Разработка и исследование самоочищающегося фильтра для обезжелезивания воды

• Автор: Юровский, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 196 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Актуальность проблем экологии и здравоохранения, связанных

с присутствием железа в природных водах

ГЛАВА 1. Обзор исследований и патентов, посвященных совершенствованию

методов обезжелезивания и фильтрования воды с целью ес очистки.

1.1. Обзор исследований, посвященных удалению железа из природных вод

1.2. Конструкции и принципы работы самоочищающихся фильтров. Патентный

обзор.

1.3. Выводы по материалам главы 1.

ГЛАВА 2. Разработка и экспериментальное исследование самоочищающегося

медленного фильтра для обезжелезивания воды.

2.1. Описание предложенной конструкции самоочищающегося медленного
фильтра для обезжелезивания воды
2.2. Методика экспериментальных исследований
2.2.1. Приготовление модельного раствора
2.2.2. Исследование эффективности работы самоочищающегося медленного
фильтра.
2.3. Результаты экспериментальных исследований
2.3.1. Обсуждение результатов экспериментов.
2.3.2. Определение гидравлического сопротивления загрузки фильтра.
2.3.3. Определение объема порового пространства загрузки фильтра
2.3.4. Определение массы свежеосажденного гидрогеля железа П1, необходимого
для тонкой очистки воды от соединений железа
2.4. Выводы по материалам главы 2.
ГЛАВА 3. Теоретические исследования процесса фильтрации и фильтрования .
3.1. Анализ гидродинамических условий при фильтрации для случая
зернистой структуры пористой среды на основе асимптотического решения системы уравнений НавьеСтокса для ползущего течения
3.2. Анализ структуры тензора проницаемости пористой среды зернистой структуры
на основе асимптотического решения системы уравнений НавьеСтокса
для ползущего течения.
3.3. Выводы по материалам главы 3.
ГЛАВА 4. Разработка принципов расчета самоочищающегося медленного фильтра
для обезжелезивания воды
4.1. Разработка математической модели для обработки результате 1
экспериментальных исследований процесса фильтрования
при поверхностном удержании взвеси
4.2. Оценка технологических параметров процесса обезжелезивания воды
фильтрованием с предварительной аэрацией.
4.3. Оценка параметров вторичной пористой структуры, формируемой
при удержании коагулирующей взвеси фильтрованием
4.4. Выводы по результатам главы 4.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Переход марганца в нерастворимый гидроксид происходит в неполной мере при pH = 8 даже при продолжительности аэрации в течение 2 часов. После окончания процесса необходима регенерация цеолитов 0,1 и раствором соляной кислоты. Отмечается, что при фильтровании воды на загрузке Н-формы цеолитов реакция среды снижается до нейтральной, что существенно улучшаются органолептические характеристики воды. Авторы отмечают, что железо является основным загрязнителем подземных вод Челябинской области, которые являются наиболеера спространенным источником водопользования. Концентрация железа в них составляет 1,2 - 4,8 мг/л, что в раз выше допустимых значений (СанПпН 2. Одним из наиболее простых и дешевых способов очистки воды является фильтрование воды через природные сорбенты. За рубежом глауконит широко используется в промышленных фильтрующих установках в качестве фильтрующей загрузки [ - ]. Глаукониты уральского месторождения по своей структуре и физикохимическим свойствам значительно отличаются от глауконитов других месторождений благодаря факторам, которые определяли процессы образования этих минералов [, ]. В работе исследовали сорбционные свойства глауконита Каринского месторождения в К-форме. Гранулометрический состав образцов составлял от 0,1 до 0,4 мм. Сорбцию проводили из сульфатных и хлоридиых растворов металлов в статических условиях при соотношении Т/Ж — 1/0 г/мл при (pH — 2 — , pH = 3 — /'е:+). Ма, А'аС! Модификацию [, , ] глауконита проводили в следующей последовательности: глауконит промывали в течение 3-х суток 1 % раствором соляной кислоты, а затем отмывали водой до отрицательной реакции па ион хлора и высушивали при темпераутрс 5 -0 °С. Пленку оксида марганца получали одним из трех способов. ЗМпС + 2Шп + 2И2 О -» 2КС1 + 5ШОг + 4//С/. Восстановлением перманганата калия хлоридом марганца (И) (при обратном порядке подачи реактивов). КМпО, + ЗН3 ->¦ 2Мп + 2 КОН + 2Н + 2. При изучении влияния глауконита на pH растворов были получены следующие результаты. После проведения сорбционных экспериментов для ионов Са, М? НИ; отмечалась некоторая буферизация сорбатов глауконитом. Величина pH растворов менялась после контакта с глауконитом в зависимости от исходного pH сорбата (6, - 7,5). Качественный анализ проводился с кислотами и щелочами, которые показали тот же результат. Глауконит, как представитель труппы слоистых алюмосиликатов может оказывать буферирующсе воздействие на растворы, в которых он находится. Это объясняется наличием в структуре минерала таких элементов, как Яг, А/, Ре, К. На, а также воды, которые могут образовывать состав буферного раствора, состоящего из слабых кислот и солей (НЮ3. НЮ4, рК( Н4ЗЮ4)- ). При изучении сорбции железа (III) получены следующие результаты. В кислой среде при восстановительных условиях железо стремится перейти в раствор в 2-х валентной форме. При извлечении воды из подземных источников происходит окисление железа до 3-х валентного состояния. При этом образуются оксигидраты железа, способные образовывать частицы коллоидной степени дисперсности. Если вода выдерживается некоторое время в открытом водоеме, происходит образование комплексов оксигидратов железа с органическими соединениями. На 1 стадии изучения сорбции железа глауконитом рассматривалось извлечение 3-х валентной формы, далее 2-х валентной. Глауконит, как фильтрующая загрузка в фильтре выполняет две важные функции: задерживает коллоидные формы железа в результате явлений адсорбции и хемосорбции, а также оказывает каталитическое воздействие на процесс окисления железа (И). Изотерма сорбции ионов Ре'* глауконитом из раствора РеС удовлетворительно описывается уравнением Лэнгмюра. Ре'1 составляет 0, ммоль/г. При изучении сорбции Ре'" в динамических условиях 4,5 г материала помешали в ионообменную колонку диаметром мм. Раствор железа подавали снизу, для предотвращения слипания частиц со скоростью 7,4 мл/мнп. По динамической сорбционной кривой рассчитали значения динамической обменной емкости (ДОЕ) и полной динамической обменной емкости (ПДОЕ), которые составили 0,8 и 0,2 ммоль/г.