Исследования фильтрующего зернистого материала в фильтрахэшкаконского водопровода

Алешин Александр Викторович

Alyoshin Alexander Viktorovich Ростовский государственный строительный университет, Кафедра водоснабжения и водоотведения Rostov State University of Civil Engineering, Department of Water Supply and Sanitation

Доцент/Lecturer Кандидат технических наук

Середа Евгения Андреевна

Sereda Evgeniya Andreevna Кафедра инженерной защиты окружающей среды Department of Environmental Engineering Магистрант/Graduate student evgesha_sereda@mail.ru

05.23.04 Водоснабжение и водоотведение

Исследования фильтрующего зернистого материала в фильтрах

Эшкаконского водопровода

Studies filtering particulate material in the water filters Eshkakonskogo plumbing

Аннотация: Представлены экспериментальные данные и дано теоретическое

обоснование процесса осветления воды Эшкаконского водохранилища с использованием различных фильтрующих загрузок. Сделан вывод о высокой эффективности применения местных фильтрующих материалов: дробленого гранита и отходов фарфора

The Abstract: The experimental data and a theoretical rationale to the process water clarification Eshkakonskogo reservoir using different filter media. It is concluded that the high efficiency of local filtering materials: crushed granite and porcelain waste

Ключевые слова: Очистка природных вод, фильтрующий материал, фильтроцикл, скорость фильтрования, грязеемкость.

Keywords: Natural water purification, filter material, filter cycle, the rate of filtration and dirt-holding capacity.

***

Зернистая фильтрующая загрузка на водоочистных фильтрах является одним из важных рабочих элементов при конечной очистке природных вод.

В настоящее время в системе водоснабжения РФ используются десятки различных фильтрующих материалов. Поэтому при наличии на местах нескольких видов таких материалов их выбор производится на основе технико-экономических расчетов. При этом принимаются во внимание такие факторы, как возможность повышения производительности, действующей в фильтровальных сооружениях, сокращение расходов воды на собственные нужды очистной станции и затрат на транспортные расходы по доставке фильтрующего материала, а также долговечность и фильтрационная способность материалов [1,2].

Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

В течение многих лет применяются сегодня такие зернистые материалы как кварцевый песок, дробленый керамзит, полистирол, антрацит, шунгизит, горные породы - все они прошли длительную лабораторную и технологическую проверку.

За последние 10-15 лет появилось большое количество разнообразных зернистых фильтрующих материалов. Они представляют собой отходы горно-обогатительных фабрик, строительных материалов, шлаки металлургических комбинатов и разработок горных пород, прошедшие соответствующие испытания [3,4].

Нами на Эшкаконском водопроводе проводились исследования местных фильтрующих материалов - это отходы фарфора от фабрики «Феникс» в г. Кисловодск и гранита в районе очистных сооружений Эшкаконского водопровода на территории Карачаево - Черкесской республики.

Опыты проводились с осветленной водой после горизонтальных отстойников очистной станции на специальной установке (рис.1), состоящей из четырех колонок диаметром 150 мм и высотой 3,5 м, загруженных разными фильтрующими материалами: кварцевым песком, керамзитом, гранитом и отходами фарфора. Полученные опытные данные выявили скорости фильтрования, кинетику осветления, прирост потерь напора и фильтроциклы в вышеперечисленных фильтрующих материалах. Работа слоя загрузки продолжалась пока относительная концентрация суспензии не достигала значения С/С0.

Реальная взвесь, содержащаяся в фильтруемой воде, всегда состоит из частиц различного размера, и физико-химические свойства частиц, включая их способность к прилипанию, также неодинаковы. Нами проведены исследования на опытной установке (рис.1) с определением показателей при фильтровании низкотемпературной воды Эшкаконского водохранилища (табл. 1).

Рис. 1. Экспериментальная установка фильтров с различными загрузками

Для учета структурных особенностей фильтрующей среды, на основании опытных данных таблицы 1 производим связь параметров Ь, а/Ь и А для различных фильтрующих материалов по формулам 1,2,3.

Показатели работы опытной фильтровальной установки

фильтрующих материалов

Таблица 1 при загрузке из различных

Ф ип ьтрующ ий мат ери ап Д ИЗДЮ Тр з ерен, І'.-И'.'І Скорость фильтров 4НМЯ, МАі і, час, *=150 см К см ¿0 Ъ, м?- л/Ь, м/ч А С/Со

К&арце&ый о,з 7,4 14,6 5,26 0,6 5>,9 0,0213 3,5 0,45 0,1

песок о,а 10,5 8,6 6.3 0,9 ад 5 0,0354 2,1 0,36 од

1,0 15.1 5,06 5.14 0,3 2,09 0,0546 0,7 0,13 од

1,45 15,1 2,63 1 ,96 0,4 1,6 0,0 96 0,43 0,11 од

Д рО бл ЙЫНЪГИ 1,43 7,4 109 6,9 0,1 16,2 0,003 43 0,31 од

керамзит 1,43 10,6 65 10,5 0,2 13,3 0,013 30 0,77 од

1.43 15,1 38 18 0,3 10,6 0,021 22 0,73 од

Д ро Бп енный 1,34 7,4 73 3,3 0,1 10,5 0,01 1 21 0,72 од

фар ф о р 1. 34 10,0 43 7.1 0,2 9,01 0,018 16 0,67 од

1,34 15,1 24,6 10,2 0,3 7,79 0,030 9,4 0,61 0,3

ДробпеННЫИ 0,93 2,9 27,0 7,3 0,4 10,6 0,037 4,7 0,50 од

гранз-гг 1,0 9,1 77 3,6 0,9 20,4 0,013 3 0,42 П 1

1,13 10,1 66 2,7 0,6 1,58 0,019 2,3 0,33 0,1

1,25 14,0 40 1,2 0,4 1,20 0,024 1,2 0,23 0,1

Ь = 2 46 • Ь •

икрм “кварц ?

(^) крм = 0, 4 (^) кварц;

(1 - Акрм) = 0,46 • (1 - Акварц]

'фар

1,7 • Ь

кварц

(^) фар = 0,57 (^) кварц;

(1 - Афар) = 0,68 • (1 - Акварц);

у

Ь = 1 15 • Ь •

кр кварц

(;) гр = 0,85 (;) кварц;

>

Полученные зависимости дают возможность сократить объем фильтрационных анализов, также на их основе представляется возможным использовать накопленные ранее результаты фильтрационных анализов, проведенных с кварцевым песком, при применении других материалов.

На рис. 2 приведены графики прироста потери напора по высоте загрузки. Качество фильтрата на протяжение опытов оставалось постоянным при исходной концентрации Со - 10 мг/л.

И, см 100

80

60 40 20

О 4 8 12 16 20 24 Тч

Рис. 2. - Прирост потери напора по высоте загрузки:

1 - кварцевый песок; 2 - гранит; 3 - фарфор; 4 - керамзит

Из графика видно, что потери напора в кварцевом песке больше, чем в граните, фарфоре и керамзите, поэтому и фильтроцикл в кварцевом песке ниже, чем в вышеперечисленных фильтрующих материалах (табл.1).

Любой фильтр с зернистой загрузкой всегда имеет неоднородный фильтрующий материал. Однако если фракции неоднородной загрузки равномерно перемешаны по всему объему, то поведение такой загрузки совершенно ничем не отличается от поведения однородной.

В таблице 2 приведены данные производственных исследований. Из таблицы 2 и рис. 3 видно, что применение местных материалов дробленого гранита или фарфора в качестве фильтрующих материалов вместо кварцевого песка, позволяет увеличить производительность существующих очистных сооружений водопровода 1,5-2,0 раза при сохранении высокого качества очистки, при этом упрощается при необходимости обеспечение вновь построенных и действующих сооружений фильтрующей загрузкой.

Таблица 2

Показатели параллельной работы скорых фильтров с различной загрузкой

Вид загрузки Скорость фильтрования, м/ч Пр одолжит ельно сть фильтроци кла, ч Пр оизводите льность фильтра, м^/м3 Взв ешенные вещества, мг/л Грязеемко с ть, кгЛм2

начало ср едняя после отстойни ка фильтр ат

Кварц 1 5,00 10,80 5, Ю 54,80 2 0,00 1,28 1,16

Кер амзи т 1 5,00 10,70 31,00 1 15,00 2 0,00 0,69 3,52

Ф ар ф ор 1 5,00 9,20 17,20 99,00 2 0,00 0,71 8,10

Гранит 1 5,00 8,90 10,20 82,20 2 0,00 0,79 7,30

Кварц 1 0,00 7,4 0 18,30 1 28,00 2 5,00 0,98 3,08

Кер амзи т 10,00 7,4 0 44,20 256,00 2 5,00 0,45 8,18

Ф ар ф ор 10,00 7,3 0 27,5 0 229,20 2 5,00 0,52 7,90

Гранит 10,00 7,0 0 17,70 1 92,00 2 5,00 0,61 7,00

Г, кг/н£

- к

1 I С 1 1 1 1! 1 1

О 4 а 1& Ш £0 24 ев 32 36 40 44 48

Рис. 3. Величина грязеемкости при максимальных фильтроциклах:

1 - кварцевый песок; 2 - керамзит; 3 - фарфор; 4 - гранит.

Выводы

1. Экспериментально и теоретически обоснована кинетика процесса осветления воды при ее фильтровании на различных фильтрующих материалах: кварцевый песок, керамзит, фарфор и гранит;

2. Выполнены исследования на опытной полупроизводственной установке на осветленной низкотемпературной воде Эшкаконского водопровода и проведено сравнение четырех фильтрующих материалов: кварцевого песка, дробленого керамзита, гранита и отходов фарфора;

3. Опыты показали, что применение местных фильтрующих зернистых материалов: дробленого гранита и отходов фарфора вместо кварцевого песка, позволяет увеличить

Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 1100 - до 1800) Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

производительность действующих фильтров в 1,5 - 2,0 раза при сохранении высокого качества очистки и экономии эксплуатационных затрат;

4. Ранее полученные результаты исследований с кварцевым песком после проведения нами технологического моделирования позволяют сократить объем фильтрационных анализов и расчетов при применении других фильтрующих зернистых материалов (формулы

1. Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. - Львов: Вица школа, 1980, 220

с.;

2. Мартенсен В.Н. Дробленый керамзит - новый фильтрующий материал для водоочистных фильтров - Куйбышев.:КИСИ,1976,168 с.;

3. Петросян Г.Г. Фильтрующие элементы для очистки вод на базе туфов Армении // Материалы междунар. научн. - практич. конференции «Строительство - 2012», Ростов-наДону.:РГСУ,2012;

4. Турянский И.П., Сапрыкин Д.В. Исследование эффективности очистки питьевой воды // Материалы междунар. научн. - практ. Конференции «Строительство - 2008», Ростов-на-Дону :РГСУ,2008.

Рецензент: Марочкин Алексей Алексеевич, доцент, кандидат технических наук, ООО «Акватрат»,г.Ростов-на-Дону.

1,2,3).

ЛИТЕРАТУРА