Процесс очистки подземных вод от коллоидных соединений железа и его аппаратурное оформление

• Автор: Мачехина, Ксения Игоревна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. КОЛЛОИДНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ И ПРОБЛЕМЫ ИХ УДАЛЕНИЯ
1.1 Характеристика железосодержащих подземных вод
1.2 Коллоидные растворы и их физико-химические свойства
1.3 Современные способы очистки природных вод, содержащих коллоидные соединения железа
1.4 Постановка задач исследования
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Методики эксперимента
2.1.1 Методики химического анализа
2.1.2 Методика определения дзета-потенциала
2.1.3 Методика определения порога коагуляции
2.2 Приборы для анализа воды
2.3 Расчет ошибок эксперимента
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КОЛЛОИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ СОЕДИНЕНИЯМИ КРЕМНИЯ И ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
3.1 Исследование строения коллоидных соединений железа
3.2 Устойчивость коллоидных соединений железа при действии электролитов
3.3 Устойчивость коллоидных соединений железа при различных значениях pH среды
3.4 Обработка растворов, содержащих коллоидные соединения железа диоксидом углерода
3.4.1 Термодинамические закономерности процесса деструкции коллоидных соединений железа
3.4.2 Факторы, влияющие на процесс осаждения гидроксида железа (III)
3.5 Кинетика процесса осаждения коллоидных соединений железа
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ КОЛЛОИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА
4.1 Методика расчета абсорбера
4.2 Расчет отстойника

4.3 Выбор фильтра
4.4 Описание аппаратурно-технологической схемы установки для удаления коллоидных соединений железа из подземных вод
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ АППАРАТОВ НА ЗАДАННУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы:
В России, пятая часть населения не имеет доступа к централизованным источникам водоснабжения и потребляет воду без предварительной очистки. Кроме того, развитие газо- и нефтедобывающей отрасли и создание вахтовых поселков, не имеющих централизованного водоснабжения, требуют немедленного решения проблемы по обеспечению населения качественной питьевой водой, отвечающей потребностям жизнедеятельности человека. Большинство таких объектов располагаются в Западно-Сибирском регионе, активно развивающемся в промышленном отношении. Несмотря на обилие открытых водоемов на территории Западной Сибири, единственным доступным источником питьевого водоснабжения являются поземные воды. Это связано с тем, что поверхностные воды являются экологически незащищенными от антропогенного воздействия, а заболоченность территорий способствует содержанию в поверхностных водах гуминовых веществ. Использование подземных вод ограничено повышенной концентрацией ионов железа, что характерно для Западно-Сибирского региона. Обогащение подземных вод железом происходит вследствие выщелачивания и растворения железистых минералов, запасы которых обнаружены на территории Западной Сибири. Наряду с повышенным содержанием ионов железа, подземные воды обогащены соединениями кремния и органическими веществами гумусового происхождения. Содержание указанных примесей способствует образованию коллоидной системы, обладающей повышенной устойчивостью к воздействиям, используемым в настоящее время в технологиях водоподготовки [1, 2]. При обработке вод такого состава снижается эффективность работы установок, и возникают проблемы получения качественной питьевой воды,

остается нерешенной. Это связано с тем, что физико-химические свойства коллоидных растворов железа, содержащих органические вещества гумусового происхождения и ионы кремния, не изучены. Недостаточно исследована устойчивость такой системы. В связи с этим, существующие способы очистки подземных вод от коллоидных соединений железа, стабилизированных органическими веществами и соединениями кремния, неэффективны и имеют ряд недостатков: использование реагентов, высокая стоимость мембранных технологий, сложность обслуживания технологий биологического обезжелезивания, особенно в северных регионах Западной Сибири.
Перечисленные проблемы по удалению железа в коллоидной форме позволили сформулировать цель работы, которая заключается в разработке процесса очистки подземных вод от коллоидных соединений железа на основе абсорбции диоксида углерода и его аппаратурном оформлении.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Установить состав примесей подземных вод, способствующих образованию коллоидных растворов железа.
2. Исследовать физико-химические свойства природных коллоидных растворов и установить факторы, влияющие на их устойчивость.
3. Рассчитать термодинамические и кинетические параметры процесса деструкции коллоидов железа с использованием абсорбции диоксида углерода на основе экспериментальных результатов.
4. Разработать методику расчета аппарата абсорбера для осуществления процесса абсорбции диоксида углерода.
5. Разработать аппаратурно-технологическую схему очистки подземных вод от коллоидных соединений железа.