ЗНЕЗАЛІЗНЕННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД НА ДВОШАРОВИХ ФІЛЬТРАХ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, визначено мету та задачі дослідження, відмічено наукову новизну та практичну значимість, особистий внесок автора роботи, відомості про апробацію досліджень та публікації.

В першому розділі виконано аналітичний огляд стану проблеми, викладені загальні принципи та існуючі технології вилучення сполук заліза за допомогою фільтрування, в тому числі, на основі спрощеної аерації води, відзначені роль і внесок вчених різних країн в дослідженні цієї проблеми. Детально розглянуті фізико-хімічні процеси і можливі трансформації сполук заліза в очисних фільтрах, особливості протікання гомогенної і гетерогенної реакцій окислення з розглядом їх каталітичних і автокаталітичних особливостей, які відбуваються внаслідок утворення на поверхні зерен і в поровому просторі завантаження осаду гідроксиду заліза.

Дана оцінка кількісного і якісного стану підземних вод, що використовуються в комунальному водопостачанні, зроблено аналіз існуючих методів знезалізнення води на основі робіт Апельцина І.Е., Клячко В.А.,Олійника О.Я.,Ніколадзе Г.І., Хомутецької Т.П., Грабовського П.А., Коммунара Г.М., Сафонова М.А., Сергеєва Ю.С., Юркова Є.В., Гіроля М.М., Кулішенко О.Ю., Остапенко В.Т., Кравченко Т.Б., Пивовара М.Г., Кривонога О.І., Дзюби С.В., Журби М.Г., Станкявічуса В.М., Мамонтова К.А.,Мінца Д.М., Мілова М.А., Орлова В.О., Кисельова С.К., Асса Г.Ю., Золотової Е.Ф., Терновцева В.О., Хоружого П.Д., Тугая А.М., Тугая Я.А., Муромцева Л.М., Руденко Г.Г., Квартенко О.М., Кітнера Г., Ден Хойпінь, Халле К., Холлюти Дж., Грохмана А. та ін.; виконано аналіз існуючих технологічних систем і конструкцій установок для знезалізнення підземних вод в локальних водопроводах, який показав, що на сьогодні розроблена і впроваджена значна кількість типів очисних станцій, в яких переважно вилучення заліза відбувається за рахунок процесу фільтрування. Вони відрізняються між собою способами окислення двовалентного заліза; напрямком руху води, матеріалом фільтрувального завантаження, методами промивки фільтра, тощо. Всі вони переважно відносяться до розгляду роботи очисних однорідних фільтрів, при розрахунку яких також ще не враховано ряд важливих факторів, які впливають на процеси очистки.

На основі виконаного аналізу даних теоретичних і експериментальних досліджень робиться висновок про необхідність і доцільність, для підвищення ефективності вилучення заліза з підземних вод, застосування двошарових фільтрів, що потребує розробку  більш надійних інженерних методів розрахунку знезалізнення на двошарових фільтрах. Виконаний аналіз показав, що ще можливо на основі переважно подальшого вдосконалення і використання математичних моделей, які описують процеси вилучення заліза фільтруванням в пористих середовищах з різними матеріалами завантаження.

У другому розділі на основі існуючого уявлення про фізичну суть механізмів процесу знезалізнення води фільтруванням (фізичної моделі процесу) розглянута постановка і виконано обгрунтування узагальненої математичної моделі з врахуванням основних факторів, що мають суттєвий вплив на динаміку очищення води від сполук заліза на двошаровому фільтрі.

О.Я. Олійником та А.М. Тугай розроблені для різних конструкцій фільтрів математичні моделі знезалізнення, основні положення яких були враховані при розробці моделі видалення заліза з підземних вод на двошаровому фільтрі.

Математична модель складається із двох взаємозв’язаних блоків: гідродинамічного (фільтраційного) і динаміки трансформації залізистих сполук в фільтраційному середовищі. Гідродинамічний блок складається із рівнянь фільтрації і нерозривності фільтраційного потоку в умовах зміни гідравлічних характеристик (пористості і коефіцієнта фільтрації) в шарах фільтра, а блок динаміки трансформації сполук заліза – із рівнянь матеріального балансу, записаних відносно концентрацій заліза Fe²⁺ і гідроксиду заліза Fe(OH)₃ в розчині і в твердій фазах.

Реалізація запропонованих моделей гідродинамічного блоку дозволяє визначити основні технологічні параметри двошарового фільтра (напори, швидкості) з врахуванням динаміки зміни фільтраційних властивостей середовища в межах шарів фільтра (коефіцієнтів фільтрації і пористості). Реалізація запропонованих моделей динаміки трансформації і вилучення сполук заліза дозволяє з врахуванням можливих фізико-хімічних процесів міграції сполук заліза в розчині, різних лінійних і нелінійних кінетик обміну і накопичення, реакцій окислення в поровому розчині і на зернах завантаження, визначити параметри вилучення і накопичення різних форм заліза на любій стадії роботи фільтру. Запропоновані на основі цих моделей методи розрахунку дозволять обгрунтувати найбільш доцільний технологічний режим роботи двошарового фільтра.