Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Забезпечення населення доброякісною водою відноситься до найважливіших світових проблем сьогодення. З усіх видів водних ресурсів найбільш цінними для водопостачання є підземні прісні води, тому що в загальному випадку вони є набагато чистішими за поверхневі, їх стік є більш стабільним, а якість (за виключення інфільтраційних) практично не залежить від погодних (сезонних) змін. Майже всі підземні водоносні горизонти України мають підвищений вміст іонів заліза, який коливається від 0,5 мг/л до 30 мг/л і більше (с.м.т. Рокитно — 6,0…32,0 мг/л, орендне підприємство «Санаторій Червона калина» Рівненської області - 12,2…17,8 мг/л) і потребують знезалізнення при використанні води для господарсько-питних цілей. Для сільської місцевості важливо мати просту та компактну установку, яка забезпечуватиме необхідну ступінь очищення води та працюватиме в автоматичному режимі, практично без участі обслуговуючого персоналу. Аналізуючи відомі методи знезалізнення води, можна зробити висновок про те, що при невеликій концентрації іонів заліза у вихідній воді досить добре зарекомендували себе пінополістирольні фільтри з висхідним потоком води. Такі фільтри прості в експлуатації, мають менший будівельний об'єм, промивка завантаження не потребує спеціальних промивних насосів чи водонапірних башт, менше металоємні і трубоємні, потребують меншого об'єму води на промивку завантаження. Тому необхідно більш детально вивчати саме цей напрямок очищення природних вод від заліза з метою покращення процесу очищення, розширення діапазону застосування. При значних концентраціях іонів заліза у вихідній воді можуть бути перспективними пінополістирольні фільтри із зростаючим шаром завислого осаду. Таким чином, є актуальним дослідження процесу знезалізнення води з великою концентрацією заліза на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася у відповідності з постановою Кабінету Міністрів України № 1269 від 17 листопада 1997 р. «Про програму розвитку водопровідно-каналізаційного господарства», кафедральною тематикою Рівненського державного технічного університету «Розробка нових та вдосконалення діючих споруд для забору, очищення та транспортування води населеним пунктам та промисловим підприємствам» та госпрозрахункових договорів з різними водогосподарськими організаціями, в яких здобувач приймав участь як виконавець.

Метою даної роботи є розробка та наукове обґрунтування технології знезалізнення підземних вод з великою концентрацією заліза на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду, що дозволить інтенсифікувати процес знезалізнення води, підвищити ефективність очищення води від сполук заліза, розширити діапазон використання підземних вод, які вміщують сполуки заліза.

З цією метою поставлені наступні задачі досліджень:

виконати аналіз існуючих технологій знезалізнення води;

дослідити роботу діючих станцій знезалізнення води з «важким» та «плаваючим» пінополістирольним завантаженням для встановлення доцільних типів завантаження;

розробити технологію знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду та конструкцію установки, в тому числі гідроавтоматичні установки для малих водопроводів;

експериментально встановити умови формування зростаючого шару завислого осаду;

дослідити основні характеристики зростаючого шару завислого осаду, його вплив на ефективність знезалізнення води;

дослідним шляхом встановити раціональні конструктивні та технологічні параметри роботи установки;

розробити рекомендації для розрахунку пінополістирольних фільтрів із зростаючим шаром завислого осаду та рекомендації для їх експлуатації.

Об'єкт досліджень — процес очищення води від сполук заліза.

Предмет досліджень — процес знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети використовувалося фізичне та математичне моделювання процесу знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду. Дослідження проводились з використанням сучасних методик проведення експериментів та методів обробки експериментальних даних (метод найменших квадратів, кореляційний аналіз).

Наукова новизна отриманих результатів:

запропоновано, досліджено та наукового обґрунтовано технологічну схему знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду;

експериментально встановлено технологічні умови формування зростаючого шару завислого осаду, основні характеристики та вплив зростаючого шару завислого осаду на ефективність знезалізнення води, основні характеристики роботи установки;

отримано математичну модель зростання шару завислого осаду в залежності від якості вихідної води, швидкості фільтрування і тривалості роботи установки.

Практичне значення отриманих результатів. Проведені дослідження дозволяють використовувати отримані дані для розрахунку і проектування технологічних та конструктивних параметрів очисних установок з пінополістирольними фільтрами із зростаючим шаром завислого осаду. Новизна розробок підтверджується патентом України № 32 074А «Фільтр для очистки води від заліза». Матеріали дисертаційної роботи використовувалися при розробці рекомендацій на станцію знезалізнення на території підприємства «Рівнеоблводоканал» Рівненської області, реконструкцію станції знезалізнення м. Смєла Черкаської області, на станцію знезалізнення для орендного підприємства «Санаторій Червона калина» Рівненської області.

Особистий вклад здобувача. Наукові результати, які викладені в дисертаційній роботі, отримані на основі проведених досліджень роботи діючих станцій знезалізнення води та досліджень знезалізнення води на пінополістирольних фільтрах із зростаючим шаром завислого осаду, які проводилися особисто автором. Автором виконано математичну обробку дослідних даних на ПЕОМ з використанням програм пакету MS Office 97 та отримано залежності зростання втрат напору в установці та зростаючому шарі завислого осаду від часу, основні характеристики зростаючого шару завислого осаду від часу, концентрації заліза у вихідній воді та швидкості фільтрування. Визначено константи швидкості гомогенного окислення заліза в осаді в залежності від часу, швидкості фільтрування, концентрації загального заліза у вихідній воді. Запропоновано конструкцію установки для знезалізнення води із зростаючим шаром завислого осаду та розроблено рекомендації для її експлуатації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати і головні положення дисертації доповідалися автором на Науково-практичних конференціях РДТУ 1999, 2000, 2001 років в м. Рівне, на V міжнародній НТК «Питьевая вода — 99» в м. Одеса в 1999 р., на НПК «Сучасні технології та устаткування для інтенсифікації роботи систем водопостачання та водовідведення України» в м. Києві в 1999р., на міжнародній НПК «Водне господарство: економіка, екологія, менеджмент» в м Рівне в 2000 р., на міжнародній НПК «Проблеми і перспективи очистки і повторного використання води» в м. Харків в 2000 р.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в одній монографії, одному навчальному посібнику, п’яти статтях, чотири з яких опубліковані у фахових виданнях, десяти доповідях, тезах, інформаційних листках, одному патенту України.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, списку літератури із 142 найменувань і додатків. Загальний об'єм дисертації 153 сторінок, в тому числі 132 сторінок основного тексту, 22 таблиць, 57 рисунків.