Сельское хозяйство/1. Организация сельскохозяйственного производства

УДК 631.811.91

Русинова И.Н.

Саратовский государственный аграрный университет, Россия

Очистка питьевой воды в сельской местности с

использованием фильтров на основе глауконита

Качество питьевой воды – один из важных факторов экологического благополучия населения. В настоящий момент забор воды для питьевого водоснабжения осуществляется из 358 рек протекающих по территории Саратовской области. Однако в области имеются районы, где забор воды осуществляется из подземных источников. Как правило, для обеспечения потребности жителей сельской местности в питьевой воде, устанавливается водонапорная башня Рожновского. Очистка воды осуществляется в результате фильтрации через толщу песчаной загрузки (обычно используется песок), в которой взвешенные частицы извлекаются из воды и задерживаются на зернах песка под действием сил прилипания. Данный способ очистки воды не полностью удовлетворяет требованиям ГОСТ2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством», так как в основном очищает воду от механических примесей.

С целью повышения качества очистки воды нами предлагается использовать фильтр с песчаной загрузкой, в который в качестве наполнителя будет использован сорбент из глауконита. Если провести обработку глауконитсодержащего песка согласно технологии предложенной Сержантовым В.Г. [1], то получается гранулированный сорбент повышенной сорбционной способностью, который способен производить очистку воды до требований ГОСТа.

Другим достоинством гранулированного сорбента является то, что очистка воды происходит равномерно по всей толще фильтра. Это обуславливается тем, что сорбент имеет поры разного диаметра, а поскольку размер взвешенных частиц в поступающей воде очень мал, осадок на поверхности фильтра вообще не образуется. Следовательно, количество задержанного вещества всегда быстро убывает с глубиной в направлении движения воды при фильтровании.

Процесс очистки воды в фильтре выполненного из сорбента является совместным действием двух явлений - это уменьшения концентрации взвешенных частиц за счет их прилипания к зернам загрузки и увеличения концентрации частиц вследствие смывания прилипшей взвеси непрерывным движением воды. Тогда количество взвешенных частиц, задержанных слоем загрузки высотой Δh за период времени Δt можно описать уравнением:

, (1)

где ΔС₁ – концентрации взвешенных частиц за счет их прилипания к зернам загрузки, %; ΔС₁ – концентрации частиц ΔС₂ вследствие смывания прилипшей взвеси непрерывным движением воды, %.

Величина концентрации взвешенных частиц за счет их прилипания к зернам загрузки пропорциональна начальной концентрации взвеси при поступлении на фильтр:

, (2)

где β – параметр взвеси и фильтрующей загрузки; Q – расход воды, м³/ч; C – начальная концентрация взвеси, поступающей в фильтр, %; Δh – высота слоя фильтра, м; Δt – время, за которое происходит процесс очистки воды, ч.

Количество взвеси, которое выносится из фильтра определяется как:

, (3)

где a – параметр, характеризующий прочность частиц взвеси; r – плотность насыщения порового пространства фильтрующего слоя, отнесенная к единице его толщины.

Сложное выражение зависимости (3) и необходимость определения параметров a и β экспериментальным моделированием делает практические расчеты весьма затруднительными.

Поэтому приходится пользоваться критериями подобия, получаемыми из анализа дифференциального уравнения [2].

Такой анализ позволяет выразить основные закономерности процесса фильтрования более простым уравнением. Тогда продолжительность работы фильтра, состоящего из глауконитового сорбента, до момента достижения предельной потери напора, когда необходимо сделать промывку, определим как

, (4)

где γ_i – параметр для учета свойств содержащейся в воде взвеси; φ – параметр для учета степени неоднородности загрузки; υ – скорость фильтрования, м/ч; Н – предельная (конечная) потеря напора в фильтре, м; – эквивалентный диаметр пор сорбента, мм; где Р_i – весовое содержание фракций со средним диаметром пор собента d_i, %; – коэффициент пористости; Т – пористость слоя сорбента; а_ф – коэффициент формы пор; μ - динамический коэффициент вязкости воды; m – коэффициент, m=0,42.

Зависимость (4) показывает, что продолжительность работы фильтра состоящего из глауконитового сорбента между двумя промывками увеличивается пропорционально увеличению: предельной потери напора Н, эквивалентного диаметра пор глауконитового сорбента и коэффициента неоднородности загрузки. Период действия фильтра сокращается с увеличением скорости фильтрования и толщины фильтрующего слоя.

Литература:

1. Сержантов В.Г. Способ получения гранулированного сорбента. Патент РФ № 2462305 Кл. В01J 20/30, В01J 20/16, В01J 2/30. Опуб. 27.09.2012 Бюл.№27.

2. Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. — М.: ООО «БАСТЕТ», 2008. — 304 с.