автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Использование закрепленной микрофлоры для очистки подземных под с высокой концентрацией железа

<5? ' 2?

■о ^

‘ УКРАШСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ВОДНОГО

С?

«V

ГОСПОДАРСТВА

На правах рукопису

Кзартенко Олександр Миколайович

ВИКОРИСТАННЯ ЗАКРІПЛЕНОЇ МІКРОФЛОРІ

для очиспаттадзЕї^пшхвод з птдсишенил;

- ВМІСТОМ ЗАЛІЗА

05.23.04. - Водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого стугння кандидата технічних наук

Рівне -1997

Робота виконана в Українській державній академії водного господарства, м. Рівне

кандидат технічних наук, професор, член-кореспондент Академії будівництва України Сафонов М.А.

доктор технічних наук, професор Журба М.Г. доктор технічних наук, доцент Гіроль М.М. «Укрводопроект» м. Київ. •

Захист відбудеться «ЗЬ » 1997 року в «»

годин па засіданні • спеціалізованої ради К 17.01.01 по присвоєнню вченого ступеню кандидата технічних наук при / Українській державні:“! академії водного господарства /м. Рівне, пул. Соборна, 11/.

З днсертаїїісю с можливість ознайомитись в бібліотеці Української державної академії водного господарства. .

Відгук на автореферат прохання надсилати за адресою: 26600С, м.* Рівне вул. ■ Соборна, 11, вченому секретарю спеціалізованої ради. • • .

Автореферат розісланий . . « 1997 року.

Науковий керівник-

Офіціііні опоненти -Ведуча організація -

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук

В.М.Сівак

_ Загальна хпп;іі.тсристіік:і ;;о»оти.

Актуальність теми.* Значне зростання водоспоживання і широке будівництво централізованих систем водопостачання rio Україні обумовлюють необхідність використання підземних вод, які містять значні концентрації розчинених солей заліза від 0,5 до 8,5 мг/л ( а в західних областях країни до 25...30 мг/л ) та марганцю від 1 до 3 мг/л. Крім сполук заліза і марганцю в підземних водах міститься ряд інших елементів, які впливають на процес очистки. Це передусім діоксид вуглецю та сірководень. Тому, в сучасних умовах технологічно доцільно при знезалізнеіші передбачати комплексну очистку підземних вод від різних елементів та сполук, концентрації яких перевищують допустимі норми ГОСТу 2S74-82 “Вода питна”. . ■ '

Постановою Кабінету Міністрів України від 14 березня 3992 року N 134 передбачене в період з'1992 до 2000 року широке будівництво централізованих систем водопостачання сільських населених пунктів, які базуються з основному на підземних водах. Виконання затвердженої урядом України державної програми дозволить забезпечити 50% сільського населення централізованим водопостачанням, а в екологічно забруднених районах - 100 %. Але ще досі залишається остаточно не вирішеною проблема знезалізнення підземних вод з високою хонцентрацісю заліза (від ;

З,У до 30,0 мг/л). .

На думку багатьох вчених світу XXI століття - це століття біотехнології. Проте в процесах очистки природніх вс-д цей вид технології до теперішнього часу ще не стримав належного застосування. На нашу думку, застосування біотехнології в галузі очистки підземних вод призведе до значного покращення роботи водознезалізнюючих установок..З літературних джерел відомо, що

автотройкі залізобактерії здатні окислювати гідрокарбонат заліза

" \ '

з .

б гідрооксид. Для утворення 1 г. нової клітинної маси залізобактерій необхідно окислити близько 279 г. двохвалентних1 іонів заліза, тому невелика мікробна активність може викликати значне осадження гідроокс:щу заліза (III). •

Для прийняття такої кількості гідрооксиду заліза, нами запропоновані спеціальної конструкції -біопоглиначі, які розміщуються в водяній подушці освітлювального фільтру, або ж в окремому апараті. В якості носія закріпленої мікрофлори виявилося доцільним застосування модулів із ’капронової текстурованої джгутової натки (КТДН), яка мас питому поверхню від 2000 до 8000 м!/м3. . .

Для практичної реалізації біологічної технології знезалізнеиня підземних вод нами пропонується високоефективна водознезалізнююча установка, яка складається з аератора-дегазатора, біопогличача та освітлювального фільтру з !'ожлиеістіо видалення з води від З до 24 мг/л гідрокарбонату заліза, до 2 мг/л марганшо, до 3 мг/л сірководню.та-до 50 мг/л двуокису вуглеіио.- ' ’ .

Запропонована нам;! технологія та установка для очистки підземних бод стали предметом дисертаційних досліджень. ’

Нпукоп-- нозіпна,- Експериментально доведена • реальна можливість1 використання закріпленої мікрофлори для очистки

підземних г.од з різним фізихо-хімічним складом, для чого: ______

« визначена структурна характеристик?. капронових текстурованих джгутових ниток та доцільність їх використання для іммобілізації залізобактерій; -

« вивчена кінетика процесу окисления гідрокарбонату заліза мікроорганізмами;

• проведені дослідження технології очистки г'риродніх

підземних подз високою концентрацією-заліза з застосуванням

. нової технологічної схеми;

• виявлений вплив рН-ЕЬ ссредовиша на життєдіяльність різних родів і груп мікроорганізмів,якГокислюють залізо та марганець;

• .виявлений вплив деяких органічних речовин па .процес окислення сполук марганцю при різних його концентраціях в воді яка обробляється;

• визначений ряд активаторів та інгібіторів біологічного

окислення;

• розроблені конструкції аератора-дегазатора, модулів

самопромивної насадки біопоглинача та освітлювального

фільтру; , ■ -

• виконана математичка обробка результатів проведених

досліджень процесу біологічної ОЧИСТКИ підземних . вод, які містять залізо ¡мобілізовані!:.!!! мікроорганізмам'!!, в-значені умозн її застосування пр:і розрахунку технологічних параметрів пронесу; • ■

» складені рекомендації по застосуванню запропонованих нами водознгзалізжоючгих установок для очистки підземних вод для наступних діапазонів вмісту заліза: від 3.0 до 6.0 мг/л , від 6.0 до і2.0 мг/л, від 12.0 до 24.0 мг/л.

Практична ’ла-жличіеть та_______г-сглЬзкія г.озультяті?. ?»бот,к

Розроблена технологічна схема біологічної очистки підземних вод, яка базується на ферментативному окисленні сполук заліза та марганшо ¡мобілізованими на поверхні зануреної насадки мікроорганізмами, більш ефективна з порівнянні з тими, які

П *

застосовують сл.

Голосною перевагою розробленої технології с те, що значно зменшується навантаження на освітлювальні фільтри, за рахунок надходження на них води з попередньо окисленим залізом на модулях насадки біопоглинача. Це призводить до зменшення тривалості промивки та збільшення фільтроциклу. ■ Одночасно з очисткою зоди від сполук заліза застосування даної технологічної схеми дозволяє видаляти з води марганець, а також розчинені гази ( вільний вуглець, сірководень, аміак ). Крім того, застосування нашої технології. зменшує ймовірність біообростання водопровідних мереж.

Проведенні дослідження носять теоретичний та прикладний характер. За запропонованою, нами технологією, інститутом «Укрводопроект» розроблені проекти станцій знезалізнення продуктивністю ЮО, 200. 400 м:7доо., з можливістю застосування в якості насадки біопоглнпача як мінеральних зернистих, так і синтетичних волокнистих матеріалів. .

Сарке-іськнй "авод «Металіст» Держводгоспу України за кресленнями, які виконало НВО «Потенціал .ЕКО» освоїв випуск технологічного обладнання -для .'станцій біологічного знезалізнення підземних вод, які повинні будуватися в Рівненській області. , . - . - .

Мста Еоботі;. Наукове обгрунтування можливості практичного глікориста’ш.і закріпленої мікрофлори для очистки_п’:дз_емш:х вод з підвищеним вмістом з;-ліза. В зв’язку з цим, необхідно було:

• розробиш і провести дослідження нової технологічної схеми знезалізнення підземних вод, яка містить модулі з КТДН, які розташовані в. біореахторі спеціальної конструкції, та освітлювальні фільтри; ■

* визначити ефективність і технологічні параметри процесу біологічного знезалізнення підземних йод, коли поїш рухаються вздовж волокон модулів КТДН;

* нстаношіти порівняльну , характеристику роботи

нінополістирольних і пісчаких фільтруючих завантажень при знезал.зненні ¡¡оди. після попередньої її обробки на модулях КТДН; . .

« вивчити кінетику процесу окислення гідрокарбонату заліза та марганцю мікроорганізмами; ,

» розробити рекомендації '.модо гастосутанпя запропоног лшх нами установо.': для очистки підземних вод.

Дпробипія поПот и. Результат:: і основі» полонення роботи були докладенчі та обговоренні на: науково - технічних конфгрсиаіях «Мікробіологія та біотехно.югія очистки води», м. Львів 1939 рік; «Підвищення ефективності ■ використання водних ресурсів в сільському господарстві», м. Новочеркаськ 1989 рік; «Вдосконалення систем водопостачання, водовідведення і очистки стічних вод», м. Ріьне 1990 рік; науково-технічній конференції прнемченнін 70-річчю УІІВГ, м.Ріине 1993 рік ; «Екологічні проблемі! раціонального використання та охорони водних ресурсів», м.Вологда 1994 рік; «Мадозідходн: та енергозберігаючі технології й системі зодіюге господарства» м. Пенза 1995 рік, «Ювілейна науково - технічна конференція професорсько-викладацького складу та студентів інституту, присвячена 50-річчю Перемог!! в Великій вітчизняній війні», м. Рівне 1995 рік. ПуГілікапії. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 14 робіт і подано дві заязкн на винахід.

Об’єм днсертаи". Дисертація складається із вступу, семи розділів, висновків, бібліографії з ІНІ назв. Загальний об’єм робот» складає ¡¡іі сторінок, втому числі 5? рисунків та Ц(Ь таблиць.

Зутіст роботи.

В пепіномУ -розділі наводиться коротка характеристика сучасного стану якості води в підземних водних джерелах і проведений аналітичний огляд основних методів їх очистки, які застосовуються сьогодні, від сполук заліза та марганцю.

В дисертації розглянуті роботи вітчизняних та зарубіжних дослідників: Клячко Б.А., Кульського Л.А., Ніколадзе Г.І., Артемешока Н.Д., Тернозцева В.Е., Перлинсї А.М., Балашової Т.В., Асса Г. Ю., Золотової Е. Ф.. Сафонова М.А., Руденко Г.Г., Гвоздяка П.І., Кулікова М.І., ОлеГшіка О..Я., Холодного М.Г., Заварзіна Г.А., Горленко B.7v', Дубініної Г.А.', Холлюти, Нордела, Кітнера т.-.інших. ■

За останні 15-20 років дослідники почали звертати увагу на суттєву роль б окислювальних процесах залізобактерій. Термін «залізабакт-.рії» введений в науку в 1SSS році відомим російським мікробіологом Виноградським С.К. Технологія, перетворення гідрокарбонату заліза в гідрооксид за участю залізобактерій на станціях очистки підземних вод отримала назву біологічного знезалізнення. Ця технологія вперше була застосована з системі водопостачання міста - Страсбурга" (Франція), при цьому, для закріплення мікрофлори застосоьуьадось зернисте мінеральне завантаження. ,

Результати попередніх досліджень процесу біологічного зкезалізпення опубліковані Сафоновым М. А. із співавторами в 1984 році (Український інститут інженерів водного господарства)

та Хорузкнм П.Д. із сп'тарлорпмн а 1996 ноні (Інститут гідротехніки та меліорації УЛАН). ' .

Для обгрунтування можливості застосування біотехно.аогії для очистки підземнич вол, які забираються h cn:p;nomi в Північно-Західних областях Україні; і володіють специфічними особливостями якісного складу, необхідно було ■ проведення систематичних досліджень, як в лабораторних, так і її виробничих умовах на природних волах. ’ -

В другому розділі призеденс теоретичне обгругітувашія інтенсифікації процесу очистки природних зод із застосуванням в якості біокаталЬаторів залізо- та марганцсокпслююянх бактерій.

■ Теоретична передумова запропонованого методу базувалась на відомій здатності автотрофних залізобактерій окислювати гідрокарбонат заліза з використанням енергії, яка при цьому виділяється на свої основні життєві процес;:; а також па здатності більшості існуючих мікроорганізмів до виділення в якості одного з продуктів бактеріального метаболізму перекису водню, який утворюється б процесі окислення органічних речовин прн переносі електронів по -цчалькому ланцюгу. -

Оіл:с:;ен:п мікроорганізми; роду Galîioneîla неорганічних сполук споріднена з переносом електронів на шітохромл і призводить до вивільнення невеликої кількості енергії

2РеСОз+ЗЇ 1:0 + !/;С;=2Ре(ОН)з + 2СО:^-29 кал. .

Нашими дослідами, проведеними в лабораторні« умовах, підтверджене положення висунуте доктором мікробіологічних наук Дубініною Г.А., про те, що мікроорганізми роду Leptothrix виділяють Н;0:, який інгібує ріст клітин.

В технології очистки підземних код доцільно звернути увагу на використання здатності мікроорганізмі» утворювати перекис водшо, якн'іі виділяється з клітин в процесі окислення органічних

речовин ¡'накопичується в навколишніх капсулах для окислення розчиненого в воді заліза та марганцю

" •' 2Fc2*+ Н;0>+ 2Н+ -> 2Fe3+ + 2Н:0

, Мп:+ + 'ЛЬОї -> МпОї + 2Н20

Суттєвою особливістю с те, що окислення марганцю за допомогою мікроорганізмів відбувається при тих значеннях ’рН і Eh, коли хімічне окислення киснем неможливе.

Р. третьому розділі приведений, опис методик та оцінка результатів лабораторних досліджень по очистці підземних вод від сполук заліза та марганцю за допомогою мікрофлори

закріпленої па . капроновії“: текстурованій джгутовій нитці. Гігієнічні дослідження проведені длі.н. Цапко В.В.у Київському науково-дослідному інституті загальної та комунальної гігієни, дозволили обгрунтувати використання капронозої нитки у спорудах для забору, очистки,трасиортування та зберігання

підземної води. На першому етапі дослідження.проводились на модельних розчинах, які містять іони заліза в кількості від 3,0 до 60,0 тіл та марганцю з кількості гід 3,0 до 6,0 мг/л.

Лабораторні дослідження дозволили визначити структурні характеристики КТДК'(рис. І) з точки-зору використання ,ії в процесі водоочнсткн і можливості іммобілізації на пій різних видів залізо - і марганцеокнслювальних бактерій. Питома поверхня КТДН оцінювалась нами за формуло»: . ■

' So = 4/d, (м-! у ---- — :----

де d - діаметр джгутової нитки (м).

Сумарна контактна поверхня КТДН знаходилась за формулою --, ' . - Sz= ~ d 1 N,_(m2) '

де ! - довжина ниток (м), N - кількість ниток На одиницю площі.

Для встановлення можливості іммобілізації залізобактерій на насадці з ІСГДН було використане спеціальне лабораторне’

• ю ’ *

середовище за методикою професора Виноградського С.Н. Відбір проб показан наявність на ' поверхні ниток насадки мікроорганізмів роду Leptothrix ochracca, Leplothrix trichogenes. Наявність обростання носія залізоокислювальїшми мікроорганізмами ілюструється фотознімками, які отримані за допомогою фотонасадки до мікроскопу. Крім роду Leptothrix в лабораторних умовах культивувались мікроорганізми . родів Gallionella і Mettallogenium.

В проведених нами дослідженнях по накопиченню залізобактерій роду Gallionella використовувалося поживне середовище наступного складу: дистилят 1 л., сірчанокислий амоній 1,5 г., сірчанокислий магній 0,05 г., фосфоролислий калій

0,05г..двовуглекислий марганець 0,01 г., металеві ошурки 0,5 г., в середовище вносили невелику кількість осаду утвореного з води свердловини № 7 с.м.т. Рокитне Рівненської області, яка містить велик; кількість типових гвинтоподібно закручених стеблин Gallionella. Результати досліджень показали, що вже через добу на середовищі спостерігався слабкий ріст мікроорганізмів даного роду, який в подальшому інтенсифікували пропусканням двоокису вуглецю.

Також в роботі ставилося завдання виділення з підземних вод мікроорганізмів, які окислюють як марганець так і залізо, в залежності від їх присутності в воді. .

Виділення колоній мікроорганізмів .і грибів проводили в чашках Петрі . з використанням середо г :ца Чапека із стрслто:.;іц;шо:.:. Виділенні культури пересівали в прошркн на рідке поживне середовище нзетупного складу: 1 л. дистиляту, 7 мг/лМпБО.!, (NH4 >S04 - 1,5 r., KCl, К2НРО* - 0,05 r., Ca( N03 )2 -

0,01 r., 2 мг/л СбНігОб. Встановлена здатність мікроорганізмів

її

роду ЬерюЛпх окислювати марганець пр!і відсутності в ісгредознщі іоіізв заліза. ,

Тангм чином, окислення мгрганцю у нитчастих залізобгхгерій регулюється. інтенсивністю утворення Н;0; в дихальному ланцюзі під час окислення органічного субстрату та лктзіелігтю кзгаяази. .

В четвертому розділі приведені методики та результати досліджень в виробничих умовах. Дослідження проводились в два стала. На першому - на експериментальній установці, розміщенній на стлицІІ знезалізнеші'я Рівненського міськводопрозоду, спбудовгшай біля с. Горбаків Гоїданського району. Технологічна схема; подвійна спрощена аерація - фільтрування. Експериментальна установка являла собою швидкий відкритий фільтр із стгдевоТ труби діаметром 1000 мм. і висотою 4950 мм., в водяній подушці якого розміщувався модуль з капронових текстурованих джгутових ииток (РСТДН;, висота якого складала 500 ми. при Ібікпсах з. Л см2. .

.Фільтруючий шар - гранітний пісок з граничною крупнісі.о ■зех і 1—2 мм. та висотою 700 мы. Параметри експериментальної устаногки дозволяли проводгти фільтрування з: швидкостями від 5 до 15 м/год. Експериментальний фільтр працзэвав паралельно з виробничник на воді, що забиралася із свердловин, пробурених в поймі р. Горинь. Кількість гід/-жароскату заліза - 3,0 ... 3,5 мг/л, сірководдно - 0,12...0,54 мг/л, двооїшсу вуглецю. 3 5—42 мг/л. На -експериментальному фільтрі було прозедгно 56 фільтроцнклів в різні пори рожу, 9 із яких з застосуванням модуля КТДН.

Тривалість фільтроциклу на егазердкштальній установці змінювалась від 65 до 160 годин, при ефекті знезалізнення

85...97%. Тривалість промивки експериментального фільтру становила від 8 до 10 хвилин, виробничих фільтр з 40. ..60 хвилин.

Співвідношення об'ємів промивної та профільтрованої за фільтроцикл води складало для виробничих фільтрів 3,15...4,18°,«. для експериментального фільтру: без модуля КТДН 8,1-...9,3%, -модулем КТДН-0,7... 1,2%.

Ефект очистки підвищувався по мірі утворення на нитках модуля біоплівки. Якість фільтрату досягала норм ГОСТу 2874-82 через 17...4“ години на виробничих фільтрах і-ї черги, через 15...20 годин на виробничих фільтрах 11-ї черги, а на експериментальному фільтрі через 20...30 хвилин.

Результати одного з характерних фільтроциклів представлені на рис. 2. '

На друго..іу (. гпі дослідження проводились на експериментальній установці яка була змонтована в приміщенні станції знезалізнення води в селищі міського типу Рокатнс Рівненської області.

Дана установка складалась з аератора-дегазг.тора двох фільтрів 1-го ступеі"г> та двох фільтрів '1-го ст\тєі!:'і. /.:р:• ор-дегазатор був виконанні! із сталезоїтруби діаметром 13=262 мм.та висотою Н=4500 мм. В ніжній частині колони був змонтований повітророзподільний пристрій для впуску та диспергування стисненого .¡овітря з діаметром отворів 2 мм. На повітророзподільному пристрої Сули «оптовані ту 1 ежекційні трубки а=15 мм., ;200 ;,:м. Пре«, гір аератор а-д.ч~їаюра між

-- ---- -ежекційними трубками заповнювався на висоту 1000 мм.

кільцями Рашига.В вщ ній част. лі аератора-дегазатора розташовувався модуль зануреної насадки з КТДН висот яко регулювалася в межах від 500 до 1000 мм. при ¡6 нитках на 1 сч;. Фільтри 1-го ступеню були виготовлені зі стал их груб з ¿=¡50 мм. і висотою Ь=4000 мм.

/т*.,

"7л’

3.Í

2Л

м

10

1,6

11

0,8

0/7

í,<sia''rI • Í.W0*

Кількість

ниточ на. ім7 площі насадки,;^ • -

Гис.1 Структурна характеристика КТДІІ.

Ріїс.З Гсзультат» експсримсмгальїтх дотдаень процесу змезалпнеїшя води на свердловинах с.м.т. Рокптпо. • .

І)міст заліза: 1 - в шіхідніи воді, 2 - після аератора-деіазатора ^ модулем КТДН; З - після птополістирольїюго фільтру;

Зміна величини окислювально - гілнорлюрплі.іюго потенціалу л’сля:- 4 -аератора-мгазатора; 5 - пінополістнрольїюго фільтру; б - ефект змезалізнешія після аерагора-дегазатора. .

АХ

■-І-Д.А-tij ■ і -rj

1 '

0 V S тб102'і2ЬМіШ’іЧ ÍH0 О’168 Р^бМ^'і 90 S'lOíW fe

3%

?5

05

75

С5

,WJL

Рис.2 Результати порівняльних досліджень роботи виробничих та експериментального з модулем КТДН водозпезалізшоючих фільтрів.

Пміст з іліза в: 1 - в вихідній воді, мг/л; 2 - після виробничих фільтрів 1-ї черги; 3 - після виробничих фільтрів II-ї черги, 4-після експериментального фільтру з модулем КТДН. ЕФект знезалізнеїшя на: 5- фільтрах 1-ї черги, б - фільтрах

ІІ-Ї черги; 7 - експериментальному фітьтрі.

Фільтри ІІ-ro ступеню також виготовлялись із сталевих -труб d’= 150 мм., висотою h=2000 мм. На даній експериментальній установці Суло проведено 35 оі.тьтроппклів. Виробнича станція знезалізнення води була обладнана компресором і ресивером, що дозволяло при проведенні дослідів застосовувати як спрощену, так і глибоку аерацію води. '

З виробничих умовах дослідження проводились на підземній воді с в.-.Y? 7 с.м.т. Рскитне -з вмістом загального заліза 6...S мг/л, розчиненого кисню 0.! ...0,15 мг/л, двоокису вуглецю 70...SO мг/л, з температурою S...10 °С, pH=6.S, Eh=-0,8...-0,5f В. '

При барботуванні вихідної води в аераційній колоні стисненим повітря;.!, в кількості 2...4 м3 на ! м3 води " спостерігалось підвищення pH вихідної води з 6,63...6,1 до

6.80...6.85, а також збільшення окиелювально-відновлювального потенціалу від -0,7...-0,65В на вході до +0,3...+0,6 після фільтрів . ІІ-го ступеню. В завантаженні ф-льтріз створювалось окислювальне сереговнше, яке інтенсифікувало окислення гідрокарбонату заліза та природпто до кальматації завантаження.

Встановлено, що при закріплені в верхній часіині аератора-дегазатора зануреного модуля, ефект очистки на цьому апараті збільшується до 32...38% на протязі вже перших 10... 12 годин роботи, на 3...4 добу нитки покривались тонким шаром -слизистої біоилівкн, а на сьому добу ефект очисткм досягав 50...57"'\ Швидкість фільтруьапня підтримувалась в межах 9,8... 10,5 м/год.

Наші експерименти показали, що через 15...і7 дніз після розміщення насадки в аератері-дегазаторі ефект очистки складав біля 70 %. що значно полегшувало роботу оезітлювалмшх фільтрів. Через 30...35 днів ефективність роботи колони досягала

50...93 %. ,

З подальшому .дослідження проводились з іглкорнстанням піаополістирольпого фільтру з крулнісш фракцій 0.63...2.0 мм. і висото» шару Ь=0,б м. Результати одного з фідьтрощалт наведені на рис. 3. • '

Дані, отрнмаи. при очистці води з концентраціє.-;» заліза до 24' м;Ул і:а біопопшначі, з наступним двоступеневим фільтрувати»! на піконодістирольшіх фільтрах, вказухль на стабільний ефект очистки. Вміст заліза и фільтраті після !!-ступеню не иеревпілупа:; норм 0.3..С.5 мг/л. '

. Проте СЛІД ВІДМІТГ.7Н, що досягнення стабільної роботи водознезалізнюючо; установки стало можливим після розміщення модуля з ХТДН в окремій колоні з осадовою частиною та наступним фільтруванням соди па пінонолістиролі.ному фільтрі. В таких умовах, потік рідини який проходить повз волокна біологлинача, може бути розглянуто за аналогією з рухом рідн!!:: у тонкошарових апаратах. По мірі обростання 1СТДН продуктами метаболізму залізобактерій, зменшується жпппн перетин потоку, що призводять до збільшення швидкості руху води. Це обумовлює підрив чаростіз Ге(ОК)з гід поверхні КТДІЇ та їх вимивання в осадову частину апарату. Таким чином досягається самопрошівка насадки біопоппшача. По даних тгб. 1 видно, що при видаленні з підземної води заліза в кількості більше 30 мг/л із застосування:.: спрощеної аерації і фільтрування, відбувається різке зниження рН води та зростання її корозійної активності. Належний ефект очистки води досягається •• з використанням глибокої аерс '.ї, біологлинача та пінополістпрольнсго фільтру (Рис. 4.В).

Було встановлено, що при збільшенні ЕЬ від 0.5 до 0/65 В роль біологічного фактора окислення сполук заліза знижувалась.

Таким чином,,при очистці підземних вод характерних для’ західних . областей України, зона оптимальних умов для

життєдіяльності бактерій відрізняється від підземних вод з інших регіонах і знаходиться в межх окислювально-відновлювального потенціалу від -0,1 до 0,45 В, рН=6,5...7,5 для заліза і до 8,3 для марганцю. •

Таблиця 1.

№ Показники якості вихідної води Ефектиішість очистки води на спорудах

дослі- дів Назва Величини Після аератора- дегазатора Після біопогли- нача Я7=800 м* Після фільтру 1-го СІЛЧіеі ІЮ Після фільтру ІІ-ГО ступеню

2 3 4 5 6 7

1 Залізо, мг/л 12.1...32,4 - - 4.4...6,5 0,3-0,5

pH . 6,0-6,3 - - ■ 5,5...5,5 3,8-5,5

Залізо, мг/л 5.7...3,: 0,57... 1.64* - - 0,06-0,18

2 pH ■ 6,5...6.75 6,74...6.89 - 1 - 6.7...6,75

ЕЬ, В -0,74...-0,6 -0,18...-0,07 - - -0,1.„0,05

Залізо, мі'/л 12,1...16.7 5.5...8,55” - ІД..4,3 0,08—0,25

3 pH 6,24-6,3 6,30...6,40 - 6,!2...6,21 6,04-6,08

Е!і, В ■ 0,1...0,25 0,30,„0,50 - 0,44.-0,72 0,75-1,05

Залізо, мг/л 12,5... 17,4 10,5... 15,0 4,2...6,4 - 0,15-0,23

- pH 6,21.„6,25 6,35...6,40 6,15...6,25 - 6,05...5, ¡7

ЕЬ. В . 0,12...0,25 0,40...0,45 0,57.-0,55 ■ - ' 0.75...0,54

Залізо, мг/л 1У...24 16.4...21,5 -4,1 ...6,75 • - 0.24-0,45

5 РН 6,15...6,20 6.3. ..6,4-і 6,!...6,17 - 6,02—6.08

І ЕЬ, В <1,10...0,15 0,35...0.45 0,5—0,55 - 0,7...0,73

- ;^:д:у!іпсть елементу :і ~ О'і¡о.:огі'і:пГ: схоч-і;

" наявність в аератсрі-дегззаторі .модулч КТДН.

' . В п’ятому рог-т-і празелені результата матечаткчасї обробки даних, отриманих з результаті досліджень' пронесу біологічіїого з::гзгліз;іст:пл прьу-одыл. йод з вмістом заліза від 5 до 8,5 мг/л і Е’п = -0,75...- 0,55 В та для вод з вмістом заліза від 10 до 24 мг/л та №=0,1 ...0,15 В.

За результатами експериментів складені рівняння регресії, з еіігляді полінома 1-го ступеню в кодованих та фізичних змінних.

1.Для її оді і з іімістом заліза від 5 до 8,5 мг/л:

У = 60.69 + 0.54Хі+]4.84Х:- 3.74Хз 2.54Х,Х;-1.09Х:Хз;

З = ЗО.З-гЗ.ЗРе+ЗІ.ЗЕЬ-І.К’+З.ЗгеЕЬ-І.ОЗх'ЕЬ;

2. Для вод з вмістом заліза від 10 до 24 мг/л: . _

■ У = 61.04-l.54Xi - 7.71X2-4.79Хз- 0.79Х2Х3;

. З— 94.5-0.4Fc-3S.6Eh-0.6v-l ,05\’Еп.

. При розв'язанні рівняння (І) чітко видно зниження ефекту очистки у всіх діапазонах швидкостей при ЕЬ нижче - 350 мВ і підвищення ефективності в діапазоні від -0,3 до 0,1 Б. Зниженії/, ефективності очистки на 20 % при збільшенні редокс потенціалу від 0,2 до 0.5 В, вказус на наявність верхнього бар'єру проникності кліткової мембрани.

’Теоретичні та експериментальні дослідження дозволили нам застосуиахі! наступну формулу для визначення кпсогн модуля біопоглшта: '

Н = Чг(Споч-Скін)/Ьах ВпнтДСср (м),

і . . де о,- - гідравлічне навантаження (м3/м:доо); Сг,оч,Скін - початкова,

кінцева концентрації Ре(КСОз); (г/м3); кі -. коефіцієнт масог.ередачи по кисню в системі, поживний субстрат -клітина (м/год); ах - економічний коефіцієнт; 8Ш:т . - питома поверхня насадки (Vі): АССр - середня сила завдяки якій рухається процес (г/.\;3); -

Б шостому розділі представлені схеми апаратів продуктивністю від 5 до 100 м3/год для очистки підземних вод з вмістом заліза: а) від 3,0 до 6,0 мг/л; б) від 6.0 до 12.0 мг/л; з) від 12 до 24 мг/л (рис .4).

Застосування рекомендованих схем та нових конструкцій водоочисних апаратів можливе при иаступяихпоказшксах якості

вихідної води: залізо від 3 до 24 мг/л, марганець від 0,5 до 0,8 мг/л, сірководню до 3 мг/л, двоокису вуглецю до 70...80 мг/л.

Крім того їх застосування дозволяє: .

• попередігпі розвиток залізобактерій в системі трубопроводів та інших спорудах водопроводу;

• відмовитись від застосування запірно-регулюючої

арматури промивних насосів; .

• значно скоротити об’єм промивних вод та збільшити' тривалість фїльтроциклу.

Рис 4 л*[('»штіпо'М!«мх .1'* інсзілписніі» лоа а знчррі<спммі«ч ■и*;чтіч»сн

А - д.ч* яо11 ц-істом ззяітл під 1.0 ,~Ая 6.0 иг/я, 0 - длі ш>д і »чіпси чалім і«л л» 12.0 мг/л. ЇХ» .V»« «лл і . ииістоміало* під 12 дл 14 мггя. , •* ;

1 - »ср.ппр-г.сгацтор, 3 ■ оглл'>а чдспни; 4 * рр<>м '»**и11 с><ф>м»

5 - с< піг;ко»лл*..<ш' ^,’,г ^тр, 6 - Г-х :•*< Г> г.;х>мі)ї>нрі сг-Л, "7 - гдрО'ліис»;». ї - иігаз*-» ***{**1??*,

9- ргсп.гтльч* .тҐ*; Ю-н&ипи із ЧТ/ІДї. 51 • ст^ктогогїсрЬ;--», 12-

*Г>«чу йі».улг^Д2 * сї*5СГ!у в'і.ті;'зш-омм:я м»«з'і-'Х »од, ^ * тт*;.^сгго"!Я їх*ггчц

¡•нчіг.іцч }><*ли. 15 *~7>}^опроімд еідгоду фічьгргіа. ? 6- тк*«ітр<рі«гус*плП г.'-ач »¿V» кліг.см,

17 - •*р)^чі:,г.ті-н *411.1 з'сдч^г 'їсл.тору *осі*‘*»у і гїчЬ^ісллвім*'« ,ч-*;ч>и, К<- »■*-р'ч:ус«’ч-»і і;"н*<Ч'рг«гл

В сьомому розділі виконане тсхніко-економічнс порівняння варіантів запропонованих установок біологічної очистки підземних вод. а тако:к установок типу «Сіруя» ( оіі використання реагентів та з їх застосуванням). -

Результати виконаних розрахунків показали, що застосування моноблочних установок біологічної очистки підземних вод дозволяє на 15...30 %'зменшити приведені затрати при вмісті заліза в вихідній воді до 8 мг/л. на 12...25 %, при його вмісті від 8 до 20 мг/л.

' Внснопк-И, . .

1. Для інтенсифікації процесу очистки підземних вод з високою концентрацією заліза нами пропонується використовувати

' біопогяпначі з' закріпленою мікрофлорою, які володіють здатністю самопромивкп та малим гідравлічним опором.

2. В якості носія мікрофлори, ми пропонуємо використовувати модулі з капронової текстурованої джгутової нитки з вертикальною контактною поверхнею від 500 до 1000 и2.

3. Рсзулвтапї Лабораторних досліджень показали, шо на різних

■ поживних середовищах відбувається накопичення культур

бактерій родів Galb'onelia, Leptothrix, Mettallogenium, при

4 ньому в залежності від зміни фізико-хімічних показників води, яка підлягає обробці, можливе, шгібіруваїшя розвитку одних видів і бурхливий рісг інших, при загально: .у постійному ефекті

очистки. ■

/ '

4. Встановлені оптимальні значення pH - Eh середовища для ■

розвитку мікрофлори, показана висока швидкість біогенного окислених Fc і Мл природньою мікрофлорою яка знаходиться в підземних водах і іктеьсявно розвивається г середовищі біопоглпначів. ' . .

5. Розміщення: модулів з КТДІі з закріпленою мікрофлорою в товщі води над фільтруючим завантаження;.,! або в спеціальному апараті з осадовою зоною, дозволяє значно знизити грязьове навантаження на освітлювальні фільтри. '

. 6. Математичною обробкою дослідних даних отримані експериментально-статистичні моделі процесу біологічного процесу знезалізнення підземних вод різного фізико-хімічного складу. '

7. Запропоновані наступні технологічні схеми для очистки підземних вод від сполук заліза та марганцю:

• при вмісті заліза в вихідній воді від 3,0 до 6,0 мг/л - спрощена

аерація - обробка води в контактній камері з біопоглиначем -освітлення води на пісчаному, або пінополістирольному фільтрах; •

• при вмісті заліза від 6,0 до 12,0 мг/л -.блок споруд який

складається з аераційної колони з модулем КТДН з наступним одноступеиевим фільтруванням на пінополістирольному фільтрі; •

• при вмісті заліза від 12,0 до 24,0 мг/л - аератор-дегазатор, біопоглинач, з осадовою частиною та освітлювальний п і! і о п ол і стир оль н и й фільтр.

8.3л 'нашими рекомендаціями та методиками розрахунку інститут «Укрводпрое'-т» розробив типові проекти станцій знезалізнення. підземних вод продуктивністю 100, 200, 400 м'/добу з можливістю використання в якості насадки біопоглинача як зернистих так і синтетичних волокнистих матеріалів. -

9. Виготовлення перших зразків технологічного обладнання для станції біологічного знезалізнення підземних вод, за кресленнями які виконало КВО «Потенціале налагоджено на Сг.пненському заводі «Металіст» Держводгоспу України. Впровадження даного обладнання здійснюється на об’єктах водопостачання які запроектовані . для будівництва в Черкаській та в Рівненській областях.

10. На технічні рішення за запропонованою нами технологією подано дві заявки на винахід, які пройшли попередню експертизу та отримали тимчасовий правовий захист.

11. Техніко - економічнішії розрахунками встановлено, що застосування' запропонованих нами установок біологічної очистки підземних вод дозволяє на 15...30% зменшити приведені затрати в порівнянні з відомими установками. Це досягається завдяки застосуванню високоефективних біопоглиначів ' з' закріпленою мікрофлорою, а також гідроавтоматнчних установок без застосування запірно-регулюючої арматури да промивних насосів.

, Основний зміст віпоГівзженчй п пастуш»:* публікаціях:

1. Квартенко О.М. Вибір оптимальної технологічної схеми очистки підземних вод з підвищеним вмістом заліза. Тез.доп. конф./листопад 1992 / Рівне, с. 7-S.

2. Квартенко О.М., ■■ Знезалізнсння 'підземних вод з • застосуванням

іммобілізованих залізобактерій./Брощюра/. Рівненський ЦНТІ. Рівне, 1993.-12 с. ’ . '

3. Квартенко A.H., СафоноЕ КА. Использование закрепленной микрофлоры. для работа водообезжелезивающих фильтров в кн. Экологические проблемы рационального использования и охрани водных ресурсов. Материалы научнотехнической конференции /4...6 октября 1994/ г. Вологда, с.21-22.

4. Квартенко О.М., Сафонов М.А. Очистка природних вод різного фізико-

хічічного складу від сполук Fe та Mn з використанням закріпленої мікрофлори. Тез. доп. науково-технічної конференції/27 березня - 15 квітня 1995 року/м. Рівне. ,

5. Квзргснко О.М. Технологія біологічного знезалізнення підземних вод. і! Будівництво України.- 1997,- Je 2.

6. Сафонов H.A., Квартенко А.Н. Технология к установки для биологического

обезжелезквания подземных вод, в кн. Микробиология и биотехнология очистки воды-Тез. докл. конф./IS-22 сентября 19S9 года/. Киев-с.37-39. .

7. Сафонов H.A., Квартенко А.Н. Технология и установки для обезжелезивання подземных вод, Ровенской области в кн. Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельской хоздйстве.Тез. докл. конф. / 25-29 сентября 19S9 года /. Новочеркасск, - с. 152.

8. Сафонов H.A., _Квартенко А.Н. Интенсификация процессов очистки

подземных вод содержащих повьциенные концентрации железа и железобакіерий, в кн. Совершенствование систем ■ водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод.Тез. докл. конф. /2S-29 ноября 1990 року Л Ровно, с.11-12. - •

9. Технологическая схема очистки подземных вод з небольшим содержанием

железа. Сазонов H.A., Квартенко А.Н. / Инф.'листок К? 69-91. Сер. Эк-плуагация водопроводно-канализационных систем к подготовка питьевой воды. Ровно. 1991. • .

10.Сафонов М.А., Квартенко О.М. Станції біологічного знездлізкення підземних вод для систем сільськогосподарського водопостачання. Тез. Доп. ксмр. /листопад 1992/ Рівне, с.17-18.

11.Новая технологическая схема биохимической очистки подземных вод.

Сафонов H.A., К..артенко А.Н. / Инф. листок Хе 47-92. Сер. Эксплуатация водопроводно-канализационных сетей и подготовка питьевой воды. Ровно. 1992. •

12.Сафонов H.A.. Квартенко А.Н. Биологическое обезжелезивзние природных вод различного целевого назначения, в кн. Малоотходные и ?нерго-сберегаку.нис технолог!'.« в системе водного хозяйства. Тез. межгосударственной научно-технической конференции / 21-22 марта 199з года/ г.Пста. .

Квартенко А.Н. Использование закрепленной микрофлоры для очистки подземных под с высокой концентрацией железа.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.А4 -Водоснабжение. канализация. Украинская государственная академия водного хозяйетза. Ровно 1997. •

В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана новая технология и аппараты для очистки подземных вод с концентрацией железа от 3 до 24 мг/л. путем применения биопоглотителей с закрепленной микрофлорой, катализирующей процесс превращения гидрокарбоната железа в гндрооксндЛ _

' Обоснована целесообразность применения для иммобилизации микрофлоры капроновых тсксгурнросанкых лтутоаых нитей. Установлены оптимальные параметры процесса, разработана методика расчета и предложены рекомендации на проектирование и конструирование водоочистных аппаратов применительно к гидрохимическим }слозия\5 Северо-Западного региона Украины.

Ключевые слова: бисокислсние, железобактерии. биолсглот:гтель.

в ол о кш I с гые н аса дкн.

Kvartenko А. N. Application of Fixed Microflora for Purification of Underground Water with Iron Concentration. . '

Tlie thesis of the academic t’erree of candidate in engineering science, speciality of 05.23.04 - water supply, canalization. Ukrainian Stats Academy of Water Managmcnl. Rovno, 1997.

A new technology and apparatus for purification cf underground water with iron concentration 3 ... .24 p. p. m. by application of bioabsorbers with fixed microflora that cataliscs the process of transformation iron hydrocarbor.ats into hydroxide were worked in conseqaer.ee of carried out theoretical and experimental research. Expedientlimentation of textured kapron braided filaments application for microflora immobilization is grounded out.

.The optimal paramètres of the process are determined, the. me.boas of calculation and designing of watertreatmtr.i apparatus are developed appli'.iv tn the hvdrochemical conditions of the North-Western Ukraine regions.

Key word»- biooxidation, ironbacterias, bioabsorbers. fibreuses packing.