Каталитически активная фильтрующая загрузка для водоподготовки подземных вод

1. Тема: «Каталитически активная фильтрующая загрузка для водоподготовки подземных вод»

Выпускная квалификационная работа
Тема: «Каталитически активная фильтрующая загрузка
для водоподготовки подземных вод»
Выполнил:
Студент 2 курса магистратуры по направлению «Строительство», профиль
«Современные строительные материалы и технологии»
Диваков Евгений Владимирович
Руководитель:
Кандидат технических наук, доцент
Курочкин Евгений Юрьевич

2. Актуальность

На территории области в системе централизованного
водоснабжения
работают
14
водоочистных
станций
обезжелезивания. Очистка воды на всех станциях производится
фильтрованием на скорых фильтрах. В качестве фильтрующих
элементов используются зернистые материалы, такие как
сорбент АС, сорбент MC, Супер Ферокс, Agua-mandix,
AuaSand, Сорбент ОДМ-2Ф.
На территории Калининградской области вышеуказанные
фильтрующие материалы не производятся. В связи с этим
изучение характеристик химически модифицированной
загрузки, произведенной на территории Калининградской
области является актуальным научно-техническим вопросом.
1

3. Цели и задачи

Цель:
Разработка каталитически активной фильтрующей загрузки для водоподготовки подземных вод.
Задачи:
– Проанализировать существующие технологий обезжелезивания подземных вод;
– Изучить характеристики применяемых фильтрующих загрузок;
– Разработать способ изготовления каталитически активной фильтрующей загрузки для фильтров
обезжелезивания подземных вод;
– Провести опыты и получить результаты работы каталитически активной загрузки;
– Подготовить рекомендации о целесообразности применения нового фильтрующего материала.
2

4. Анализ существующих технологий обезжелезивания подземных вод

Рис 1. Технологическая схема обезжелезивания воды методом
упрощенной аэрации.
1-подача воды; 2-карман; 3-фильтр; 4-отвод фильтра.
Рис 2. Технологическая схема обезжелезивания воды глубокой
аэрацией.
1-подача воды; 2-напорный аэратор; 3-воздуходувка; 4-раздача
воздуха; 5-насос; 6-фильтр; 7-отвод фильтра.
3

5. Анализ существующих технологий обезжелезивания подземных вод

Рис 3. Технологическая схема обезжелезивания и
деманганации воды методом «сухой фильтрации».
1-подача исходной воды; 2-воздуходувка; 3-смеситель;
4-незатапливаемая загрузка; 5-отвод фильтра.
Рис 4. Технологическая схема обезжелезивания воды на
намывных фильтрах.
1-подача исходной воды; 2-воздуходувка; 3-смеситель; 4патроны; 5-сборный резервуар; 6-отвод фильтра.
4

6. Анализ существующих технологий обезжелезивания подземных вод

Рис 5. Технологическая схема обезжелезивания воды в
водоносном пласте.
1-эксплуатационная скважина; 2-вспомогательная скважина; 3зона аэрации; 4-подача водовоздушной смеси; 5-отвод воды
потребителю.
Рис 6. Технологическая схема обезжелезивания и деманганации
воды озонированием.
1-подача исходной воды; 2-подача озона; 3-контактный резервуар; 4насос; 5-фильтр; 6-отвод воды; 7-аппарат каталитического
разложения озона
5

7. Фильтрующие материалы, применяемые в Калининградской области

SuperFerox
Фильтрующая загрузка СУПЕРФЕРОКС - материал, предназначенный для удаления
растворенных в воде ионов железа и марганца, а также снижения мутности и цветности
воды
Требования к исходной воде
Основные физические характеристики материала
6

8. Фильтрующие материалы, применяемые в Калининградской области

Сорбент МС
Сорбент МС - каталитический алюмосиликатный сорбент нового поколения. Разрабатывался и
применяется для очистки любых типов воды от огромного спектра загрязнений, в том числе и
железа в концентрациях до 50 мг/л., марганца до 4,5 мг/л.
Физические свойства:
цвет: красно-белый;
насыпная плотность: 1 200 ± 50 кг/ м³;
плотность: 2 850 кг/ м³;
удельная поверхность 60 ± 10 м²\г
истираемость - 0,01 %
измельчаемость: 0,19 %
условная механическая пористость: 0,75 %;
межзерновая пористость: 47,5 ± 1,5 %
коэффициент неоднородности: 1,7 ± 0,1;
7

9. Фильтрующие материалы применяемые в Калининградской области

ОДМ-2Ф
Сорбент ОДМ-2Ф представляет собой гранулированный материал с содержанием основных
компонентов: SiO2 до 84%, Fe2O3 не более 3,2 %, Al2O3, MgO, CaO – до 8 %.
Технические характеристики:
Измельчаемость - 0,04 – 0,06
Истираемость - 0,08 – 0,10
Условная механическая прочность - 0,79
Пористость - 46-58
Насыпная плотность - 700 — 720кг/м3
Удельный вес при эксплуатации в фильтрах -1500 кг/м3
Коэффициент формы зерна - 1,61 – 1,70
Коэффициент неоднородности загрузки - 1,56 – 1,75
Рекомендуемая скорость фильтрации - 12 м/час
Скорость фильтрации при форсированном режиме - 14-16 м/час
Рекомендуемая интенсивность промывки - 8 — 10 л*сек/м2
8

10. Фильтрующие материалы, применяемые в Калининградской области

Aqua Mandix
«Аква-Мандикс» является природным диоксидом марганца без примесей и добавок. Он имеет
темно-коричневый цвет. Марганца в MnO2 содержится около 78-80 %. При этом за счет высокого
содержания двуокиси марганца обеспечивается огромный окислительный потенциал катализатора
при его эксплуатации с достаточно низким нижним уровнем водородного показателя воды рН=6,5
Скорость промывания: составляет 35 м/ч
Скорость фильтрации быстрая – 12-15 м/ч,
Скорость фильтрации замедленная – 6-9 м/ч.
Насыпная плотность 2000 кг/м.
9

11. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Разработка каталитически активного материала
Изначально для каталитически активной загрузки
был выбран материал керамзит, однако результаты
экспериментов показали, что фильтрующий
материал не прошел проверку по истираемости в
соответствии с в ГОСТ 51641 – 2000
«МАТЕРИАЛЫ ФИЛЬТРУЮЩИЕ
ЗЕРНИСТЫЕ»
10

12. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Разработка каталитически активного материала
Мраморная крошка фракцией 2мм
Раствор марганца
11

13. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Разработка каталитически активного материала
Обработанная раствором крошка
Сушильная камера
заполненная крошкой
12

14. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Разработка каталитически активного материала
Высушенный материал при температуре 105°C
После того как материал остыл до комнатной температуры процесс повторяется. Материал еще
раз обрабатывается в растворе железного купороса.
13

15. Экспериментальные исследования по доочистке питьевой воды

Описание экспериментальной установки
1
4
2
5
6
7
4
3
9
6
1- клапан для засыпки загрузки
2- корпус фильтра
3- фильтр грубой очистки
4- манометр
5- счетчик учета воды
6- шаровой кран для регулировки скорости воды
7- шланг для подачи исходной воды
8- патрубок для промывания материала
9- отвод фильтрата
8
14

16. Результаты экспериментальных исследований

Легенды:
PH-водородный
показатель,
восстановительный
потенциал,
TDS-общая
электропроводность, SALT – соленость
ORP-окислительноминерализация,
EC-
№оп.
V,л
T,с
CFe
CMn
PH, ORP TDS, EC, SALT
, мВ мг/л µS/cm , %
V, м/ч
Исхо
дная
-
-
0,13
0,18
8,25
127
224
412
0,02
-
1
0,567
772
0,12
0,17
7,53
164
215
424
0,02
8,28
2
0,620 1640
0,11
0, 15
7,62
256
212
399
0,02
4,3
3
0,458 3600
0,12
0,14
7,72
229
230
462
0,02
1,44
15

17. Диаграмма Пурбе с результатами экспериментов

..
Железо
...
Марганец
16

18. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Результаты экспериментальных исследований.
X;Y- скорость и концентрация соответственно,
CFeисх=const=0,13 мг/дм3; CMnисх=const=0,18 мг/дм3.
0,18
0,122
1,4; 0,12
0,17
0,16
4,3; 0,15
0,15
1,44; 0,14
0,14
0,118
0,116
0,114
0,112
4,3; 0,11
0,13
0,11
0,12
0,108
0
1
2
3
4
5
Скорость V,м/ч
6
7
Рис 5. График изменения концентрации марганца
8
9
8,28; 0,12
0,12
Концентрация Fe, мг/дм3
Концентрация Mn, мг/дм3
8,28; 0,17
0
2
4
6
Скорость V,м/ч
8
10
Рис 5. График изменения концентрации железа
17

19. Экспериментальные исследования обезжелезивания воды

Вывод
1.
2.
3.
4.
Изготовленная каталитически активная загрузка работает на водопроводной воде, доочищая
железо и марганец.
Разработана технология получения фильтрующего материала
Наиболее оптимальная скорость фильтрования (по показателю качество воды «железо»)
находится в интервале 4-5 м/ч. Марганец, как более трудно окисляемый металл требует большей
продолжительности контакта с каталитически активной загрузкой.
Рекомендуется апробировать фильтрующий материал на сырой подземной воде с изначально
более высокими концентрациями загрязняющих веществ.
18

20. Вывод

Спасибо за внимание