CC BY
6с1о1: 10.5862/МСЕ.55.5
Контактное обезжелезивание подземных вод в системах сельскохозяйственного водоснабжения
Аспирант О.Ю. Поберезниченко,
Институт водных проблем и мелиорации НААН
Аннотация. На предприятии агропромышленного комплекса авторами была сконструирована экспериментальная установка контактного обезжелезивания подземных вод с биореактором и пенополистирольным фильтром для обеспечения нормативного содержания железа в питьевой воде. Разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров фильтров для обеспечения минимальных капитальных и эксплуатационных затрат при нормативных показателях качества очищенной воды.
На основе экспериментальных исследований были определены зависимости между скоростью фильтрации воды и продолжительностью фильтрования, и между скоростью фильтрации и продолжительностью зарядки фильтра (а значит, и полезной работы фильтра).
Исследованы эффективность обезжелезивания воды и потери напора на фильтре по отношению к удельной грязеемкости фильтра и скорости фильтрования. Определена минимальная удельная грязеемкость фильтра для экспериментальной установки.
Ключевые слова: подземные воды; водообезжелезивание; биореактор; пенополистирольная загрузка
Введение
Обеспечение населения качественной водой - важнейшая проблема современности. Из всех видов водных ресурсов наиболее ценными для водоснабжения являются подземные пресные воды, так как они намного чище поверхностных, их сток более стабильный, а качество практически не зависит от сезонных изменений. Значительная часть подземных вод горизонтов Украины и России имеют повышенное содержание ионов железа, которое колеблется от 0,5 мг/л до 30 мг/л и более, и требуют обезжелезивания. Согласно ДСанПин 2.2.4-171-10, который действует в Украине, концентрация железа в питьевой воде должна быть не больше 0,2 мг/л. В России действует СанПиН 2.1.4.1074-01, согласно которому концентрация железа должна составлять не более 0,3 мг/л.
Фильтрование является обязательной технологической операцией в процессе обезжелезивания воды. При фильтровании воды через фильтры с тяжелой загрузкой вода движется сверху вниз. При задержании железа на поверхности зерен фильтрующей загрузки образуется каталитическая пленка из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа, которая активно интенсифицирует процессы окисления и удаления железа из воды. Данная технология имеет следующие недостатки: кольматируется фильтровальная загрузка, а следовательно, ее нужно разрыхлять или применять сжатый воздух для разрыхления; требуется применение компрессора аэрации воды и промывки фильтров, что увеличивает общие затраты энергии.
Для сельской местности важно иметь простую и компактную установку, которая будет обеспечивать необходимую степень очистки воды и работать в автоматическом режиме [1, 2, 3]. Из анализа известных методов обезжелезивания воды видно, что достаточно хорошо зарекомендовали себя пенополистирольные фильтры с восходящим потоком воды [4-7]. Преимущества пенополистирольного фильтра по сравнению с фильтром с тяжелой загрузкой следующие:
• простота эксплуатации;
• оптимальное соотношение производительности и размера;
• промывка загрузки не требует специальных промывочных насосов или водонапорных башен;
• меньшие строительные затраты;
• на промывку загрузки требуется меньший объем воды.
Поэтому необходимо детально изучать именно это направление очистки природных вод от ионов железа.
Обзор литературы
Вопросами обезжелезивания подземных вод интересовались ученые различных стран, которые посвятили данной проблеме многочисленные труды и исследования: Г.И. Николадзе, Л.П. Румянцева, Е.Ф. Золотова, Г.Ю. Асс, К.А. Мамонтова, И.Е. Апельцина, В.А. Клячко, О.Я. Олийнык, П.Д. Хоружий, Ю.А. Тарасевич, М.А. Сафонова. С.Ю. Мартинов [7], М.Г. Журба [8, 9], В.О. Орлов [5], и др. [10, 11, 12]. Несмотря на большое количество работ, посвященных обезжелезиванию воды [14-19], практически отсутствуют разработки простых, надежных и экономичных установок обезжелезивания воды.
Для обезжелезивания воды рекомендуются следующие методы:
1) безреагентные;
2) реагентные, в которых искусственно подают реагенты;
3) биохимические, в которых основную роль в удалении железа из воды играют железобактерии (аэробные и анаэробные).
Задачей всех методов является перевод растворимых форм железа Fe(НСО3)2 в малорастворимую форму Fe(OH)3, что достигается окислением с последующим задержанием в отстойниках или фильтрах.
Постановка задачи
Задачей настоящей статьи является создание водообезжелезивающей установки и определение ее оптимальных конструктивных и технологических параметров, а именно: высоты и плотности упаковки волокнистой загрузки биореактора (БР), диаметров гранул, коэффициента неоднородности и высоты пенополистирольной загрузки контактного осветительного фильтра (КОФ), скорости фильтрования воды на БР и кОф и продолжительности фильтроцикла, интенсивности и продолжительности промывки фильтров.
Методика экспериментальных исследований
Как известно, качество очищенной воды и потери напора на фильтрах зависят от качества исходной воды, характеристики фильтрующего материала, степени его закольматованности осадком и скорости фильтрования воды [20-28]:
Сф.и. = Сс.и^е'-КнЛф'-Уф.,,;^ , (1)
Кп=(Р ае'ЛпЛфУфм;,Ои (2)
где Сф.и. та Сви. - содержание железа в фильтрованной и исходной воде соответственно, мг/дм3; de и Кн - эквивалентный диаметр, мм, и коэффициент неоднородности частиц фильтровальной загрузки; 1ф - толщина засыпки фильтра, м; - скорость фильтрования воды, м/час; Г)фи -потери напора на фильтре, м; Зи. - удельная грязеемкость фильтра в данный момент (и-й), кг/м2, то есть количество задержанного гидроксида железа Fe(ОН)3, кг, приходящегося на 1 м площади фильтра.
Математические зависимости выражений 1 и 2 могут быть установлены только на основе экспериментальных исследований, оптимальное количество которых в многофакторных зависимостях определяли методом Бокса - Уилсона [29], идея которого заключается в том, что экспериментатор выполняет небольшие серии опытов и в каждой из серий все факторы одновременно изменяются по определенным правилам.
При планировании экспериментов факторы поддерживали постоянными в течение данного опыта: конструктивные параметры ^е; Кн; ф), качество исходной воды Сви, скорость фильтрования VфU. Все факторы должны быть однозначными, совместимыми и независимыми. Опыт проводили при постоянном режиме работы установки. Число значений каждого фактора должно быть не менее трех, а погрешности всех измерений - одного порядка, так как неточное измерение только одной из величин обесценивает большую точность измерений всех остальных.
Методика измерения исследуемых параметров
Экспериментальные исследования проводили на установке, схема которой показана на рисунке 1. Данная схема отображает процессы обезжелезивания вод биологическим методом.
Рисунок 1.Технологическая схема установки для обезжелезивания воды на БР и КОФ: 1 - подача исходной воды; 2 - БР; 3 - аэратор; 4 - решетки; 5 - волокнистая загрузка; 6 - КОФ; 7 - пенополистирольная загрузка; 8 - крышка; 9 - колпачковый дренаж; 10 - отвод очищенной воды; 11 - РЧВ (резервуар чистой воды); 12 - насосная станция; 13 - подача воды потребителям; 14 - подача воды на промывку; 15 - сброс промывной воды;
16-22 - задвижки; 23 - пьезометрические трубки; 24 - пробоотборники
Водообезжелезивающая установка работает следующим образом.
Подземная вода по трубе 1 через аэратор 3 подается на БР с волокнистой загрузкой 5, которая прикрепляется в натянутом состоянии между решетками 4.
Вода в аэраторе, как в душевой сетке, разбрызгивается на мельчайшие капли, которые падают вниз с высоты не менее 0,5 м, что способствует насыщению воды кислородом и выделению из нее углекислого газа СО2 и других газов для предотвращения пузырьковой кольматации нижнего слоя фильтровальной загрузки КОФ. В волокнистой загрузке 5 происходит биохимическое окисление двууглекислого железа Fe(НСОз)2 с помощью микроорганизмов, которые прикрепляются к поверхности нитей загрузки с образованием хлопьев из гидроксида железа Fe(oH)3.
БР обеспечивает также постоянную скорость фильтрования воды в течение фильтроцикла: при увеличении потерь напора на сооружениях автоматически поднимается уровень воды в БР.
На КОФ происходит глубокое очищение воды при ее восходящем движении через пенополистирольную загрузку. На дне подфильтрового пространства накапливается осадок из хлопьев оксидов железа, который дополнительно участвует в очистке воды как осветитель с зависшим осадком. Очищенная вода собирается колпачковым дренажом 9 и по трубопроводу 10 отводится в резервуар чистой воды (РЧВ) 11, из которого она насосной станцией 12 по трубопроводу 13 подается потребителям.
В период фильтрования воды открываем задвижки 16-20, а задвижки 21 и 22 оставляем закрытыми. При промывке КОФ закрываем задвижки 16, 17, 19 и 20 и открываем задвижки 21 и 22. Вода подается по трубопроводу 14 через колпачковый дренаж 9 и движется в КОФ обратно (сверху вниз), вымывая загрязнения из пенополистирольной загрузки 7 и ее подфильтрового пространства. Промывочная вода сбрасывается по трубопроводу 15.
Промывка БР 2 осуществляется при опорожнении фильтра с помощью гидравлического эффекта, связанного с турбулентным движением воды в процессе расширения загрузки при промывке. Промывка осуществляется следующим образом: закрываем задвижки 16 и 18, открываем задвижки 17 и 22. Вода самотеком вытекает из фильтра по трубопроводу 15.
Оптимальные конструктивные и технологические параметры БР и КОФ следует определять на основе экспериментальных исследований для обеспечения минимальных капитальных и эксплуатационных затрат при нормативных показателях качества очищенной воды.
Содержание железа в воде Св и Сф, мг/дм3, определяли по ДСТУ ISO 6332:2003 «Определение железа спектрометрическим методом» [30].
Массовую концентрацию железа находили с помощью калибровочного графика и рассчитывали по формуле:
X = С • 50 / V , мг/дм3, (3)
где С - концентрация железа, найденная с помощью калибровочного графика, мг/дм3; V - объем раствора, взятого для определения содержания железа, мл.
Потери напора hф определяли с точностью 1 мм с помощью пьезометра 23 (рис.1), который подключали перед фильтровальной загрузкой и после.
Длина пути фильтрации воды между точками подключения пьезометра измерялась линейкой с точностью 1 мм.
Расход воды, проходящей через фильтр, рассчитывали по формуле:
Оф,,=%,, А.м3/ч, (4)
где и. - объем воды, который профильтровали через установку по и-й цикл измерений, м3; tu -длительность и-го цикла работы установки, год. Точность измерений №фии. - 0,01 л; tu - 1 с.
Скорость фильтрования воды рассчитывали по формуле:
^фм=40фм_/^2ф,ы/ч, (5)
где бф- диаметр фильтра, м. Значение Vфuи. измерялись с точностью 0,1 м/ч.
Для каждого цикла опытов все измерения выполнялись при постоянной скорости фильтрования, то есть когда выполнялось требование, чтобы для и-го цикла скорость фильтрования Vфu и. = const, а ее величину регулировали вентилем 16 (рис.1).
Интенсивность промывки фильтра рассчитывали по формуле:
qw.„=4QWAj7rdl,mc-M\ (6)
где Опр.и. - расход воды на промывку фильтра, л/с, который рассчитывали по формуле (4). Интенсивность промывки измеряли с точностью 0,1 л/см2 и регулировали вентилем 21 (рис.1).
Продолжительность фильтроцикла Тф, то есть время работы фильтра между его промывками, и продолжительность промывки определяли с точностью 0,01 ч.
Эффективность обезжелезивания воды определялась по формуле:
С -С
Е=—-2-100%. (7)
Накопление загрязнений в фильтре за измерительный интервал времени определяли как:
АО = К"УФС^р-"АТФ , кг/м2, (8)
1000
где Кп - переводной коэффициент, учитывающий отношение молекулярной массы гидроксида железа Fe(ОН)3 к атомной массе двухвалентного железа:
M\Fe ОН 1 107 Кп=—±---— = ——■ = 1,91; О)
А1<е1+ 56
Уф - скорость фильтрования воды, м/ч; Св- содержание железа в исходной воде, мг/дм3; Есри -средняя эффективность обезжелезивания воды в течение соответствующего измерительного периода, в долях единицы; АТф - продолжительность этого периода, час.
Удельную грязеемкость фильтра определяли как последовательную сумму величин ДОпи от начала фильтроцикла и к данному (¡-му) моменту времени:
О .=УГср"'АО ,кг/м2. (10)
/7./ / ПЛ1 ' 4 '
Коэффициент фильтрации пенополистирольной загрузки определяется по формуле:
КгЪ, ■ =УЛ 1^1 к, , м/ч, (11)
ф.и.]. ф. ] ф ф.и.]. ' ' V 1 1 /
где 1ф - толщина фильтровальной загрузки, которая в экспериментальной установке равнялась 1 м; Нфи у - потери напора на фильтре, м, в j-й момент времени фильтроцикла при скорости фильтрования воды Уф у .
Результаты экспериментальных исследований
В лабораторной модели (рис. 1) биореактор был загружен из капроновых текстурированных жгутовых волокон диаметром ^ = 13 мкм, изготовленных по ТУ 6.06-С116-87 и закрепленных вверху и внизу в колосниковых решетках 4 для фиксации жгутов в натянутом состоянии и предотвращения их скручивания [31].
Такие волокна имеют гидрофобные свойства и являются хорошим материалом для иммобилизации микроорганизмов [32]. Удельная поверхность жгутового волокна определялась по формуле:
Я0=4/</„,м, (12)
где - диаметр жгутового волокна.
Суммарная контактная поверхность волокнистой загрузки БР определяется по формуле:
(13)
где 1б - 0,8 м - длина волокна БР, м; N - количество волокон в модели БР диаметром = 0,002 м равнялась N = 200 шт.
Итак, для модели БР: Бо = 4/0,002 = 2000 м и 5в.3 = 3,140,002 0,8200 = 1,0048 м2.
КОФ был загружен вспененным полистиролом марки ПСВ ОСТ 6.05-202, гранулометрический состав которого приведен в таблице 1. Диаметр КОФ ёф = 144 мм и толщина загрузки 1ф = 1 м.
Таблица 1. Результаты ситового анализа пенополистирольной загрузки КОФ
№ п/п Диаметр отверстий сита, мм Вес пустого сита, г Вес сита с полистиролом, г Масса полистирола, г Количество фракций в пробе, Ри, % !Рн, % Средний диаметр зерен, dн, мм Соотношение, Ри^и
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 0,5 99,72 100,25 0,53 2,65 2,65 0,75 3,53
2 1 113,93 114,5 0,57 2,85 5,50 1,5 1,90
3 2 112,96 114,31 1,35 6,75 12,25 2,25 3,00
4 2,5 110,85 113,31 2,46 12,30 24,55 2,75 4,47
5 3 104,02 107,02 3,00 15,00 39,55 3,25 4,62
6 3,5 95,79 101,92 6,31 30,65 70,20 4,0 7,66
7 4,5 100,67 103,98 3,31 16,55 86,75 4,75 3,48
8 5 97,53 99,54 2,01 10,05 96,80 5,25 1,91
9 5,5 95,28 95,88 0,60 3,00 99,80 6,25 0,48
Всего 19,96 99,80 31,05
При проведении ситового анализа вспененного полистирола использовался набор сит с отверстиями от 0,5 до 5,5 мм.
Масса пробы составляла 20 г, сумма масс составляла 19,96 г, погрешность 0,2 %. Эквивалентный диаметр зерен фильтрующей загрузки определялся по формуле:
4=100/£ Ри!йи ,мм, (14)
а коэффициент его неоднородности:
Ки=ат1<*\о- 05)
В этих формулах:
Ри - количество фракций в пробе, %, со средним диаметром би, которое принималось по таблице 1; б80 и д10 - диаметры гранул, меньше которых в данной пробе находятся соответственно 10 и 80 % от общей массы, которые определяются из графика (рис. 2), построенного по данным таблицы 1.
Рисунок 2. График гранулометрического состава пенополистирольной фильтровальной загрузки: ^0 = 1,62 мм; б50 = 3,18 мм; б80 = 4,08 мм; = 3,22 мм; Кн = 2,52
Удельную грязеемкость фильтра в любой (к-й) момент времени его работы в пределах фильтроцикла можно с достаточной для практических целей точностью определить по формуле:
Gihk = 0.0019УфТфкСвЕср,м/м2,
(16)
где Св - среднее содержание железа в исходной воде за период фильтрования в течение фильтроцикла продолжительностью Тф.к, мг/дм3; Еср - средняя эффективность обезжелезивания воды в течение этого периода, в долях единицы.
Минимальная удельная грязеемкость Сп^п - такое минимальное количество осадка из Fe(ОН)3, которое приходится на 1 м2 площади фильтра, кг/м2, при котором обеспечивается нормативное содержание железа в фильтрованной воде Сф = 0,2 мг/дм3 [33]. Максимальная удельная грязеемкость Сптах - такое максимальное количество этого осадка, кг/м2, при котором фильтр нужно выключать на промывку в результате достижения предельных показателей качества воды или потерь напора на фильтре [34, 35, 36, 37].
Величины Gn.m¡n и Сп.г фильтровальной загрузки:
зависят от конструктивных и технологических параметров
G.
(17)
G.
= / ^е;кИ;1фи;Уф
(18)
Продолжительность полезной работы фильтра, то есть время после его зарядки, после которой удельная грязеемкость загрузки становится не меньше Gn.m¡n (Сп > Сп.т^), и до достижения максимальной удельной грязеемкости = Сптах), после которой фильтр нужно выключать на промывку, определяется по формуле:
Т = ^.тах = ^п.р = 1570,7 ^
*■" 0,00191 УфСвЕср 0,00191 УфСвЕср УфСвЕср ' '
где Опр - средняя расчетная (рабочая) удельная грязеемкость фильтровальной загрузки, кг/м2, которая зависит от конструктивных и технологических параметров фильтра и которую для исследуемого фильтра можно принимать в среднем Оп р = 3 кг/м2.
Как видно из формулы (19), при увеличении содержания железа в исходной воде Св и скорости ее фильтрования Уф величина Тфр будет уменьшаться.
При эксплуатации фильтра контроль величины Тфр следует уточнять по достижению
фильтрованной водой предельного качества Сф.гр = 0,2 мг/дм или соответствующей ей величины потерь напора в фильтровальной загрузке hф.max, определяемых по формуле:
^.„,ах = К,/ф / К,тт ■ М. (20)
где кф.^п - минимальный коэффициент фильтрации загрузки, м/ч, который имеет место при достижении максимально удельной грязеемкости Оп тах для данной скорости фильтрования Уф.
Исследования показали, что для одной и той же фильтровальной загрузки предельная
величина КфтП будет уменьшаться при росте величины Уф вследствие увеличения количества
осадка Fe(ОН)з, при котором растут потери напора на фильтре Ьф (табл. 2)
Таблица 2. Расчетные параметры исследуемой фильтровальной загрузки при обезжелезивании подземных вод
Уф , м/ч °п. тах - кг/м|2 °п. тт - кг/м2 ^п.раб - кг/м|2 Еср Кф.тт- М/Ч Иф.таж- М
7 3,45 0,36 3,09 0,962 20 0,35
9 3,62 0,78 2,84 0,955 16,2 0,56
11 4,21 1,14 3,07 0,948 13,5 0,82
Процессы удаления железа из воды
При исследованиях процесса обезжелезивания подземных вод на экспериментальной установке (рис. 1) для определения ее оптимальных конструктивных и технологических параметров с целью уменьшения количества экспериментов меняли только скорость фильтрования воды Vф и удельную грязеемкость загрузки 3„. Все остальные факторы были известными: Св = 2,8 мг/дм3; бе = 3,22 мм; Кн = 2,52; 1ф = 1 м. Нормативная концентрация железа в очищаемой воде - 0,2 мг/л.
Поэтому исследования на установке сводили к установлению зависимостей:
Сф.„. =/ Гф.„\вф.„. > (21)
Ки=(Р ¥Ф.^°Ф.и. ■ (22)
Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 2. Отборы проб для химического анализа очищенной воды осуществляли через 8 ч. Эффективность обезжелезивания воды Е, определяли по формуле (7), накопления загрязнений за каждый интервал работы фильтра ДСг - по формуле (8), а удельную грязеемкость фильтра, то есть количество осадка Ре(ОН)3,
задержанного на фильтре от начала фильтроцикла до данного момента времени в расчете на 1 м площади фильтра, - по формуле (9). Коэффициент фильтрации закольматованной загрузки для данного момента фильтроцикла определяли по формуле (10) после измерения величин потерь напора на фильтре в этот момент.
Конец фильтроцикла Тф определялся при достижении проскоковой концентрации железа в фильтрованной воде (Сф.гр. > 0,2 мг/дм3).
Анализ экспериментальных исследований
По результатам экспериментальных исследований построены графики Е = ЦТФ, Уф) для трех значений скорости фильтрования воды на КОФ (рис. 3), из которых видно, что в течение фильтроцикла эффективность обезжелезивания воды Е сначала возрастает до определенной величины, а затем начинает падать. Зная расчетную эффективность обезжелезивания воды, можем определить время зарядки фильтра и время эффективной работы фильтра для различных скоростей фильтрации.
.0
0 m
CR
s
1
го
cd S m
ф Ц
<D Ю О
-Û I-
о о
X
m s S
ф
-8-е-«
Протяженность фильтроцикла, Тф, ч
Рисунок 3. График зависимости эффективности обезжелезивания воды от продолжительности фильтроцикла для различных скоростей фильтрации: 1 - Е = ^Тф) при Vф = 7 м/ч; 2 - Е = ^Тф) при Vф = 9 м/ч; 3 - Е = ^Тф) при Vф = 11 м/ч; 4 - расчетная эффективность обезжелезивания воды, 92,9 %; Т3 - время зарядки фильтра, ч; Тф - время эффективной работы фильтра
По данным таблицы 3 построены графики Е = f(Gn, Уф) для трех значений скорости фильтрования воды на КОФ (рис. 4), из которых видно, что в течение фильтроцикла эффективность обезжелезивания воды Е сначала возрастает до определенной величины, а затем начинает падать. Зная расчетную эффективность обезжелезивания воды, можем определить минимальную удельную грязеемкость фильтра и эффективную рабочую грязеемкость фильтра для различных скоростей фильтрации.
си s
X
го m s
m <D
О) О"
<D
ю ш
I
m s
fc <D
-e--8 m
Удельная грязеемкость фильтра, Сп, кг/м2
Рисунок 4. График зависимости эффективности обезжелезивания воды от удельной грязеемкости фильтра для различных скоростей фильтрации: 1 - Е = при Vф = 7 м/ч;
2 - Е = при Vф = 9 м/ч; 3 - Е = при Vф = 11 м/ч; 4 - расчетная эффективность обезжелезивания воды, 92,9 %; Gn.min - минимальная грязеемкость фильтра, кг/м2; Gn.max -максимальная гряземкость фильтра, кг/м2; Gn.pаб - рабочая грязеемкость фильтра, кг/м2
Таблица 3. Результаты экспериментальных исследований
Уф, м/ч Тф, ч Оп., кг/м2
Тз Ттах Траб Оп.тт Оп.тах Оп.раб
7 8 96 88 0,28 3,45 3,17
9 15 82 67 0,54 3,0 2,46
11 18 76 58 0,65 2,8 2,15
Итак, мы видим, что чем меньше скорость фильтрования воды на обезжелезивающей установке, тем дольше период эффективного фильтроцикла и меньше время зарядки фильтра. Чем меньше скорость фильтрования воды, тем больше эффективная удельная грязеемкость фильтра. Оптимальную скорость фильтрования воды для конкретного случая нужно определять с учетом технико-экономических расчетов, поскольку с уменьшением скорости фильтрования увеличивается диаметр фильтра и его стоимость.
Промывка фильтра. При промывке КОФ в фильтровальной загрузке необходимо оставлять
осадок из гидроксида железа Fe(ОН)з в объеме минимальной удельной грязеемкости Оп т;п для
обеспечения нормативного качества очищенной воды в начале следующего фильтроцикла. Это достигается на основе опытно-производственных испытаний водообезжелезивающей установки при проведении пусконаладочных работ.
При эксплуатации КОФ важным решением является правильный выбор интенсивности дпр и продолжительности промывки плавающей пенополистирольной загрузки [18, 19], чтобы после каждой промывки не нужно было заряжать фильтр для обеспечения нормативного содержания железа в фильтрованной воде.
Для принятой величины qпp продолжительность промывки мин, должна быть такой, чтобы остаточная удельная грязеемкость фильтра была равна минимальной удельной грязеемкости (табл. 2) для соответствующей скорости фильтрования воды Уф (рис. 5).
вп, кг/м2
^пр.1 1
^р.МИН
Рисунок 5. График изменения остаточной удельной грязеемкости фильтра при интенсивностях его промывки: 1 - qпp = 18 дм3/с-м2; 2 - 14 дм3/с-м2
Как видно на рисунке 5, для фильтра, у которого Оп тах = 3,62 кг/м2 и Оп т;п = 0,78 кг/м2, при
интенсивности промывки qпp.1 = 18 дм3/см2 продолжительность промывки должна быть не более 1пр.1 = 1,3 мин (78 с), а при qпp.2 = 14 дм3/см2 - Ц.2 = 2,4 мин (144 с). Промывка фильтра осуществляется сверху вниз. Направления гидродинамических сил потока и сил гравитации совпадают, а осадок с Fe(ОН)3 быстро выносится из подфильтрового пространства.
Заключение
1. Для обеспечения нормативного содержания железа в питьевой воде предлагается использовать установку с биореактором и пенополистирольным фильтром и методику их расчета, полученную на основе обработки результатов проведенных экспериментальных исследований.
2. Оптимальные решения в многофакторных зависимостях были найдены с помощью метода Бокса - Уилсона, суть которого заключается в нахождении кратчайшего пути к оптимальному решению, при котором обеспечивается нужное качество очищенной воды при наименьших строительных и эксплуатационных расходах.
3. Исследования показали, что с увеличением скорости фильтрования воды Уф увеличивается необходимая длительность зарядки фильтра Тз и уменьшается продолжительность фильтроцикла Тф.тах, а следовательно, и продолжительность полезной работы фильтра Тф.роб..
4. Эффективность обезжелезивания воды Е и потери напора на фильтре Ьф прямо пропорционально зависят от удельной грязеемкости фильтра Gn и скорости фильтрования воды Уф.
5. При промывке фильтра необходимо оставлять минимальную удельную грязеемкость фильтра, чтобы не заряжать фильтр в следующем фильтроцикле.
Литература
1. Водопостачання. Зовшшш мережi та споруди. Основы положення проектування. ДБН В.2.5-74:2013. К: 2013. 154 с.
2. ВБН 46/33-2.5-596 Стьськогосподарське водопостачання. Зовшшш мережi i споруди. Норми проектування. К: 1996. 152 с.
3. Седлухо Ю.П., Иванов С.А., Рудак А.П. Анализ рынка технологий и оборудования для обезжелезивания подземных вод // Вода и экология. 2006. №2. С. 55-62.
4. Яворський В.Т., Савчук В.Т., Рубай О.1. Перспективш напрямки очищення свердловинних вод вщ сполук феруму // Вюник нацюнального ушверситету «Л^вська полтехшка» [збiрник наукових праць]. Л^в, 2011. №700. С. 50-54.
5. Орлов В.О. Знезалiзнення пщземних вод спрощеною аера^ею та фтьтруванням. Монографiя / Рiвне: НУВГП, 2008. 158 с.
6. Куницький С.О. Пщготовка пщземних вод при контактному знезалiзненнi на тнополютирольних фтьтрах // Вюник Нацюнального ушверситету водного господарства та природокористування. Випуск 1 (61). Рiвне: УДУВГП, 2013. 157 с.
7. Мартинов С.Ю.Знезалiзнення води на тнополютирольних фтьтрах iз зростаючим шаром завислого осаду: Дисс. ... канд. техн. наук. Рiвне, 1нститут водного господарства Рiвненського державного техшчного ушверситету. 2001. 153 с.
8. Журба М.Г. Водоочистные фильтры с плавающей загрузкой. М., 2011. 536 с.
9. Журба М.Г., Говоров О.Б., Говорова Ж.М., Квартенко А.Н. Биореакторы-фильтры с плавающей загрузкой в технологиях кондиционирования подземных вод // Сантехника. 2012. № 3. С. 50-54.
10. Орлов В.О., Квартенко О.М., Мартинов С.Ю., ^^енко Ю.1. Знезалiзнення пщземних вод для питних цтей. Рiвне: УДУВГП, 2003. 155 с.
11. Журба М.Г., Савельев С.П., Урусов Д.Ю., Габлия Ю.А., Дячук С.А., Лыков В.В., Парусов Д.В. Усовершенствование технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод города Ульяновска // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 2. С. 40-45.
12. Державш саштарш норми та правила «Ппешчш вимоги до води питноТ, призначеноТ для споживання людиною»: ДСанПН 2.2.4-171-10. [Чинний вщ 2010-05-12]. К.: МОЗ Украши, наказ №400. (Нормативный документ).
13. Гвоздяк П.И. Микробиология и технология очистки воды: Quo vadis? // Химия и технология воды. 1989. №9. С. 854-858.
14. Квартенко О.М. Використання закртленоТ мiкрофлори для очистки пщземних вод з пщвищеним вмютом залiза. Автореф.дис.....канд.техн.наук. Рiвне. 1997. 23 с.
15. Журба М.Г., Говоров О.Б., Говорова Ж.М., Квартенко А.Н. Исследование и опыт внедрения инновационных технологий кондиционирования подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. №9. С. 38-47.
16. Квартенко А.Н. Кондиционирование низкощелочных подземных вод, содержащих железогуминовые комплексы // Науковий вюник будiвництва. Харгав ХДТУБА. 2011. Вип. 63. С. 406-414.
17. Говоров О.Б. Безреагентное кондиционирование железосодержащих подземных вод на биореакторах-фильтрах: Дисс. ... канд. техн. наук. Вологда, 2007. 179 с.
18. Журба М.Г., Говорова Ж.М., Квартенко А.Н., Говоров О.Б. Биохимическое обез-железивание и деманганация подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. № 9-2. С. 17-23.
19. Machmeier R.E. Iron in drinking water, FO-1318. Reviewed 1990. Minnesota Extension Service, University of Minnesota, Agriculture.
20. Francis C.A., Obraztsova A.Y., Tebo B.M. Dissimilatory Metall Reduction by the Facultative Anaerobe Pantoea agglomerans SP1 // Applied and Environmental Microbiology. 2000. Vol. 66. No. 2. Pp. 543-548.
21. Порядин А.Ф. Экологические факторы питьевого водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №4. С. 4-6.
22. Robins N.S. Development of groundwater resources in Scotland // Proceedings of Instute of Civil Engineering. 1987. 59 p.
23. Mouchet P. Développement de la deferrisation biologique en France // Techn. sei. meth. 1989. № 7-8. Pp. 401-412.
24. Bertram Heinz-Ulrich. Die Uberarbeitung der LAGA-Mitteiluiig 20 // Baust. Recycl.+ Deponietechn. 2001. Vol. 17. No. 12. Pp. 20-28.
25. Grobler D.C., Van der Merwe W. Water quality management in the RSA: Preparing for the future // Water South Africa. 1990. Vol. 16. No. 1. Pp. 49-53.
26. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. М., 1996. 54 с.
27. Eastaugh P. Pollutant treatment process cuts water storage requirement // Offshore. 2002. Vol. 62. No. 3. Pp. 92-93.
28. Groundwater Microbiology: problems and Biological Treatment // Proceedings of IAWPRC Symposium Kuopio. Water Science and Technology. 1988. Vol. 20. No. 3. 351 p.
29. Дзюбо В.В. Подготовка подземных вод для питьевого водоснабжения малых населенных пунктов Западно-Сибирского региона. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб.: 2007. 36 с.
30. Журба М.Г. Классификаторы технологий очистки природных вод. М.: Союзводоканалпроект, 2000. 118 с.
31. Квартенко А.Н. Использование закрепленной микрофлоры для очистки подземных вод // Строительство Украины. 1998. № 3. С. 44-46.
32. Гуринович А.Д. Питьевое водоснабжение из подземных источников. Минск: УП Технопринт, 2001. 304 с.
33. Говорова Ж.М. Обоснование и разработка технологий очистки природных вод, содержащих антропогенные примеси. Автореф. дис.....док. тех. наук. М.: НИИ ВОДГЕО, 2004. 56 с.
34. Высоцкий С.П. Удаление из воды соединений железа, марганца и сульфидов // Материалы III МВФ «Аква Украина-2005 г.». Киев, 2005. С. 106-110.
35. Говоров О.Б. Усовершенствованные технологии кондиционирования подземных вод для питьевых целей // Сб. материалов конференции VII МФ «Живая вода России-2006», НПК «Вода и напитки», Москва, 2006. С. 43.
36. Киселев С.К. Моделирование и расчеты обезжелезивания воды на очистных фильтрах с учетом изменения гидравлических свойств загрузки. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Киев: КНУСА, 2000. 22 с.
37. Farm Water Supply Branch Alberta Agriculture and Rural Development. Alternatives for Iron Removal. Agdex 716 (D11). Revised March 2012.
Ольга Юрьевна Поберезниченко, г. Киев, Украина +38(097)9264877; эл. почта: olia-olenia@ukr.net
© Поберезниченко О.Ю., 2015
