автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка и исследование самоочищающегося фильтра для обезжелезивания воды

ЮРОВСКИЙ Александр Викторович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ САМООЧИЩАЮЩЕГОСЯ ФИЛЬТРА ДЛЯ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ВОДЫ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технически?: наук

Москва-2011

4852514

Работа выполнена на кафедре «Естественнонаучные дисциплины» ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Научный руководитель; кандидат химических наук, доцент

ЛУКАШЕВА Галина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

ВОЛКОВ Виктор Анатольевич

кандидат технических наук СМИРНОВ Алексей Владимирович

Ведущая организация: ФГУ «Научно-исследовательский центр по

проблемам управления ресурсосбережением и отходами»

Защита состоится « 201! г. в /4 часов на заседании дис-

сертационного совета Д 212.150.05 при ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» по адресу: 141221, Московская область, Пушкинский район, пос. Черкизово, ул. Главная, 99, ауд. 1209, Зал заседаний советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса».

Автореферат разослан » ^СА^-^ 2011 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Диссертация посвящена разработке и исследованию самоочищающегося медленного фильтра для очистки воды от железа, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация».

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. С проблемами в области водоподготовки сталкивается промышленность, энергетика, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство и здравоохранение. Повышенное содержание железа крайне вредно для здоровья человека. Оксид железа (Ш) - гемосидирин, накапливаясь в клетках печени, приводит к их разрушению. В связи с этим существует ограничение на содержание железа в питьевой воде. По современным нормам и на основании Федеральных законов «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и «Основы законодательства Российской Федерации об охране здоровья граждан» концентрация железа (суммарно) не должно превышать 0,3 мг/дм3. Подземные воды в Российской Федерации часто характеризуются повышенным содержанием железа. В Калининграде подземные воды с повышенным содержанием железа составляют около 60%, на Дальнем Востоке (по кадастрам действующих скважин) — около 50%. Железосодержащие воды широко распространены в центральных и северных областях страны, в Сибири и Якутии, на Кольском полуострове и на Алтае. Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры, является причиной брака в текстильной, бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. При удалении железа из воды одной из стадий технологии, как правило, является фильтрование, после которой требуется регенерация < фильтров. Промывные воды после регенерации фильтров содержат до 80-150 мг/дм3 железа, поэтому сброс их в канализацию недопустим из-за опасности, которую представляют соединения железа уже в концентрации 5 мг/дм3 для микроорганизмов активного ила. Поэтому высококонцентрированные промывные воды сбрасываются на рельеф, нарушая сложившееся почвенно-экологнческое равновесие и нанося ущерб окружающей среде. В связи с этим очистка природных и сточных вод от железа является комплексной проблемой.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась:

1) в оценке по литературным данным и патентным разработкам основных тенденций совершенствования технологии очистки природных вод от железа;

2) в разработке принципов функционирования и конструкции фильтра для извлечения взвеси гидроксида железа (111), работающего в автоколебательном режиме с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на режим регенерации;

3

3) в экспериментальном исследовании процесса фильтрования взвеси гидроксида железа (III) на фильтре предложенной конструкции с установлением основных технологических параметров; ■

4) в теоретическом исследовании течения жидкости через пористую среду на основе решения системы уравнений Навье-Стокса для модельной структуры зернистой фильтрующей загрузки;

. ' 5) в разработке принципов расчета фильтров предложенной конструкции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается: , 1) в новом техническом решении для конструкции фильтра, служащего для удаления взвеси из жидкости при поверхностном удержании взвеси и работающего как гидравлическое автоколебательное устройство с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на режим сброса осадка при достижении предельных потерь напора, задаваемых конструкцией отводящего сифона;

2) в экспериментальном определении основных параметров процесса фильтрования взвеси гидроксида железа (III), позволяющих обеспечить поверхностное удержание взвеси и автоколебательный режим работы при очистке воды от железа до требований нормативов на питьевую воду;

3) в теоретическом исследовании путем решения задачи фильтрации в виде системы уравнений Навье-Стокса для модельной структуры фильтрующей загрузки, в результате которого было показано, что режимы поверхностного и объемного удержания взвеси различаются структурой тензора проницаемости пористой среды:

4) в выводе формул, позволяющих на основе экспериментальных данных по проницаемости пористой среды и скорости накопления загрязнений рассчитывать конструктивные и технологические параметры разработанного фильтра.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ заключается в том, что:

1) на материалах литературного и патентного обзоров показано, что совершенствование технологии очистки природных вод от железа в основном предпринимается за счет значительного усложнения технологии и оборудования, что вызывает резкое удорожание водо-подготовки и, соответственно, низкую конкурентоспособность новых технических решений;

2) разработано новое простое в исполнении техническое решение для процесса очистки воды от железа, заключающееся в предварительной аэрации и последующем фильтровании воды от взвеси гидроксида железа (III) на фильтре, работающем в гидравлическом автоколебательном режиме с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на ре-

жим регенерации в виде сброса накопившихся на фильтрующей загрузке загрязнений через отводящий сифон, используя эффект неразрывности струи;

3) показана принципиальная работоспособность фильтра предложенной конструкции в режиме непрерывного фильтрования, а также фильтрования с перерывами, не требующего присутствия оператора и средств автоматики для перехода с основного режима очистки на режим регенерации;

4) показана удовлетворительная работа фильтра для очистки воды от железа до норм на питьевую воду (от 6 - 16 мг/л до менее 0,3 мг/л).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:

1) новая конструкция фильтра для очистки воды от железа, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация», обеспечивающего автоматическое самоочищение;

2) экспериментальные результаты по отработке режимов функционирования самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды;

3) математическая модель фильтрования для режимов эксплуатации фильтра;

4) принципы и основные формулы для расчета фильтра предложенной конструкции.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы туризма и сервиса» (Москва, РГУТиС. 2010), «Экологический сектор энергосбережения» (Москва, РГУТиС, 2010).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано б статей, из них 3 - в журналах рекомендованных ВАК РФ. Также получено свидетельство о демонстрации на выставке «Ехроргюп1у-2009» медленного самоочищающегося фильтра для обезжелезивания воды и подана заявка на патент «Установка с медленным самоочищающимся фильтром», Заявка № 2010124297/20 (034687) от 17.06.2010.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы и приложения. Объем диссертации составляет 196 страниц; он включает 151 страницы основного машинописного текста, 41 рисунок. 22 таблицы, выводы, список литературы (120 наименований) и приложение (45 страниц).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель исследования. Научная новизна связана с разработкой нового технического решения для процесса очистки вода от железа на фильтре, работающем в автоколебательном режиме «фильтрование - реге-

5

нерация», с экспериментальным и теоретическим исследованием процесса обезжелезивания в предложенном конструктивном исполнении. Практическая значимость заключается. в том, что для процесса очистки природных вод от железа предложено повое простое в конструктивном и технологическом оформлении техническое решение, позволяющее очищать воду от железа до нормативов на питьевую воду и не требующее присутствия оператора или средств автоматики для перехода с режима фильтрования на режим сброса осадка.

Первая глава диссертации включает обзор исследований, посвященных совершенствованию различных методов очистки воды от железа, и обзор патентов фильтров, названных разработчиками самоочищающимися. Анализ материалов литературного обзора показал, что предлагаемые новые технические решения по совершенствованию технологии очистки природных вод от железа являются сложными по способу реагентной обработки и применяемому оборудованию. Это значительно снижает их конкурентоспособность по сравнению с традиционными методами обезжелезивания из-за высоких затрат, усложнения технологии и, соответственно, снижения надежности. Сделан вывод, что для процессов водоподготовки, как химико-технологических процессов крупнотоннажной переработки сырья, требуются по возможности простые и эффективные технические решения. Одним из первых самоочищающихся фильтров является медленный фильтр конструкции Оводова B.C., который после достижения предельных потерь напора самопроизвольно переключатся на режим регенерации. Патентный обзор показал, что большинство конструкций фильтров, названных авторами «самоочищающимися», требуют дополнительных средств автоматики или оператора для перехода с режима фильтрования на режим регенерации, что не вполне соответствует принципу функционирования самоочищающихся фильтров, предложенному Оводовым B.C. В работе поставлена задача изучения возможности сочетать в единой конструкции принципы автоколебательного гидравлического устройства и медленного фильтрования с поверхностным удержанием взвеси для организации процесса обезжелезивания воды.

Вторая глава диссертации содержит описание автоколебательного фильтра предложенной конструкции (рис. 1) и лабораторной установки для его исследования, методики и результаты экспериментальных исследований. В качестве загрузки использовали фильтрующий материал - Birm Regular. Он действует как катализатор на железо и марганец, вызывая реакцию окисления Fe~* растворенным кислородом.

В основу конструкции и принципа действия самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрация -

6

регенерация», положена след)ющая идея. При фильтровании природных вод. содержащих взвесь в режиме работы медленного фильтра, отложение загрязнений происходит на поверхности фильтрующей загрузки. Пленка загрязнений при обезжелезивании воды представляет собой гелеобразную (коагуляционнуга) структуру гидроксидов железа (III), которая легко разрушается и поэтому пленка через дренажную систему может быть отведена в канализацию при включении режима регенерации.

Рисунок 1. Медленный самоочищающийся фильтр: 1 - корпус фильтра; 2 - слой фильтрующей загрузки; 3 - дренажная система; 4 - патрубок отвода фильтрата: 5 - патрубок отвода накопившихся загрязнений. Разрез А-А дренажная система фильтра в разрезе.

При отложении пленки загрязнений на поверхности фильтрующей загрузки гидравлическое сопротивление фильтрации возрастает. Если на фильтр подавать воду с постоянным расходом, первоначально обеспечивающим равенство входящего и выходящего потоков, то по мере формирования пленки осадка гидравлическое сопротивление будет расти. Это приводит к тому, что нарушается баланс между входящим и выходящим расходами. Выходящий поток будет меньше входящего, а это приведет к тому, что часть входящег о потока даст прирост объема жидкости над фильтрующей загрузкой.

Если дренажную систему, расположенную в зоне отложения осадка на поверхности фильтрующей загрузки, соединить с отсасывающим жидкость сифоном, который должен включаться при достижении некоторой предельного потери напора, т.е. определенной высоты слоя жидкости над фильтрующей загрузкой, тогда через сифон будуг отводиться загряз-

1/

Разрез А-А

нення с поверхности фильтрующей загрузки вместе с накопившейся над загрузкой жидкостью. Объем этой жидкости будет объемом промывной воды в режиме регенерации. Рабочий режим фильтра восстанавливается после того, как вся жидкость с поверхности фильтрующей загрузки будет отведена через сифон и попадание в него воздуха приведет к разрыву струи. В режиме регенерации поступление исходной воды на фильтрование не прекращается.

Модельные растворы с концентрацией Яг3* 6, 10, 16 мг/л готовились весовым методом. Использовали водопроводную воду и кристаллогидрат сульфата железа (II).

Лабораторная установка состояла из емкости для фильтруемой воды, соединенной через краны регуляторы расхода с водопроводом, системы аэрации и самоочищающегося фильтра. В систему аэрации входит компрессор, регулировочный вентиль и патрубок подачи воздуха. Скорость подачи воды на фильтр устанавливалась с помощью регулировочного крана в диапазоне 0,1 - 0,3 м/ч. Фильтрат отводится из нижней части фильтра, скорость отвода которого задается регулировочным краном. Фильтр регенерируется через дренажную систему и патрубок отвода загрязнений.

Для примера результаты одного из экспериментов приведены на рисунке 2. Анализ полученных экспериментальных данных для имитатов загрязненной воды позволил установить, что на первом этапе работы фильтра через 20 - 35 минут фильтрования концентрация Ре3* в фильтрате уменьшилась примерно до 1 мг/л, а через 1,5 - 2 часа работы - до значения ПДК по Ре3* в питьевой ноде - 0,3 мг/л.

Перерывы между этапами в эксперименте составляли от двух до четырнадцати суток (вертикальные линии на рис. 2), к вне зависимости от продолжительности перерыва, выход фильтра на рабочий режим занимал не более двух часов. После начального этапа работы концентрация ге3+ в отобранной пробе фильтрата не превышала нормативное значение - 0,3 мг/л. Концентрация Л:'4 в «промывной» воде, удаленном с осадком при регенерации фильтра составляла в зависимости от концентрации железа в имитате от 50 до 10 мг/л.

Дополнительно для разработки методики расчета фильтра были выполнены эксперименты по определению гидравлического сопротивления загрузки фильтра, свободной от пленки загрязнений, по определению объема порового пространства фильтрующей загрузки, массы свежеосажденного гидрогеля гидроксида железа (111). Полученные экспериментальные данные были использованы для расчета скорости формирования фильтрационного слоя и определения массы свежеосажденного гидрогеля железа (Ш), необходимого для тонкой очистки воды от соединений железа.

Полученные результаты показали, что для медленного самоочищагоще!оея фильгра скорость формирования хемосорбционного слоя, например, для имитата с концентрацией Яг'"' 16 мг/л, во времени уменьшается от 1,125 мг/минм2, в начале фильтрационного цикла, до 0,755 мг/минм^ в конце цикла перед регенерацией фильтра. Эго связано по терминологии Николадзе Г,И. с процессом «зарядки» фильтра и улучшением его работы по мере отложения каталитической пленки осадка гидрогеля гидроксидов железа (¡11). Полученные результаты были использованы для определения минимальной массы каталитически активного гидрогеля железа (III), необходимой для очистки воды до концентрации Ге"+ в фильтрате 0,3 мг/л.

мг/л

<1-

Рисунок 2. Зависимость концентрации трехвалентного железа от времени фильтрации. Концентрация Ре ' в модельном растворе - 6 мг/л

Третья глава диссертации посвящена теоретическому исследованию процесса течения жидкости в пористой среде путем нахождения асимптотического решения системы уравнений Навье-Стокса. Задача, поставленная в данной части работы, связана с анализом некоторых модельных представлений о процессах фильтрации и фильтрования с удержанием взвеси фильтрующей загрузкой, о влиянии параметров течения на кинетику захвата взвеси, влиянии накопления осадка на динамику потока в фильтрующей среде. Для решения подобной задачи требуется анализ зависимости коэффициента фильтрации от накопления кольма-танта. Для оценки зарастания порового пространства осадком необходимо иметь возмож-

ность оценивать параметры этого процесса по изменению параметров процесса фильтрации, в частности по изменению коэффициента проницаемости пористой среды.

Для анализа структуры коэффициента проницаемости пористой среды при фильтрации построено асимптотическое решение системы уравнений Навье-Стокса для случая ползущего течения. Для этого рассмотрено движение несжимаемой жидкости в области Уг, образованной удалением из всего пространства счетного числа периодически расположенных подобластей У„ с гладкой границей. Формальное описание рассматриваемой периодической структуры сводится к следующему. В пространстве К' координат рассматривает-

ся параллепипед с ребрами величиной А (период У), а также ячейки, полученные сдвигом А на вектор вида {п/Ь, п2Ь, п,Ь), где пп п2, п3 - целые числа. Каждый период Г состоит из жидкой (Г,) и твердой (I*) частей с гладкой границей Г. Функция <р(£), заданная на X', будет }'-периодической, если +и,А, + и,й) для любого век-

тора £ е Л'1 и любого целочисленного вектора п.

Система уравнений Навье-Стокса описывает движение жидкости и в этом случае

= + {Ч,й), в у/, (1)

где г), р и й - динамическая вязкость плотность жидкости и скорость течения, р - давление, V и А - операторы градиента и Лапласа, § - ускорение свободного падения, к. - координата (высота) в направлении течения (г) (фг - сила тяжести, действующая на единицу массы жидкости в направлении г), скобки представляют скалярное произведение. Для несжимаемой жидкости —У(у,й\ = 0. Краевое условие для системы уравнений (!) состоит в Р

требовании обращения в нуль скорости жидкости на неподвижных поверхностях, ограничивающих зерна У,: и = 0 на Г.

Для построения асимптотического решения введен малый параметр е, как отношение линейного размера ячейки Г(й) к характерному линейному размеру задачи с = А/Я. Введены следующие безразмерные величины и функции задачи (1) х = —, у-—, й = —,

Н V„ и0

р = Р , где и„. H, va - характерные значения скорости, линейного размера и кинемати-PgH

ческой вязкости ( v0 = т]я /р(1 ). Для функций р, û система уравнений (1) принимает вид

= + в Yf ; ¡У, и)-0 в Yf (2)

S" "S

с краевым условием û\г~0.

Показано, что для того чтобы из системы уравнений (2) получить закон фильтрации

Fr'

Дарси, достаточно потребовать выполнения следующих оценок —— « s' ; Fr' « е'™, где а

Re'

• любое положительное число, такое что '¡¡а - целое; безразмерные критерии Fr' и Re* -числа Фруда и Рейнольдса для макромасштаба задачи, могут быть названы условными, в отличие от аналогичных критериев (Fr и Re) для микромасштаба задачи, т.е. для масштаба

зерна фильтрующей загрузки (здесь Fr" -•-—, Re'

Ф v»

Система уравнений <'2) и краевые условия в обозначениях р = е ■-('"*)-Îiî-.

gtl

• u„v. . . „ _ ...

у =с ' —•— v получают вид (знак, выделяющим оезразмерные величины р,и и х, опущен)

H'g

s'^flliïyjû^-Vp + eyAït-ï,; (Y,û) = i»; ¿?j(. =0. (31

Асимт-отическое решение задачи (3) ищется в виде

й = й,(*.£)+*лй;(х.!)+«гя«гг(*.£)+...; р = pt(x.ç)+ еир,(х,§)+е»рг (x.Ç)+... : (4)

здесь 4 = —■ Функции ut и р, в правых частях равенств (4) определены для х е Р.1, ç е У - и г

являются гладкими, }' - периодическими по â вместе с производными по х.

Из уравнений, полученных разложением исходной системы уравнений по степеням малого параметра, получено, что функции р„, р,, ..., pL.не зависят от быстрой переменной р0 = р„(х), р. = pj{x), ..., pL_i = pL.,{x)- Построение асимптотического решения с использованием двух характерных размеров задачи (х, ¿j) позволяет показать, что р„, р,,..., р,_., с точностью до s постоянны на расстояниях, соизмеримых с размером зерна. Раздельное рассмотрение процесса течения через пористую среду на двух масштабах позволяет оце-

нить вклад макро- и микропеременных на поведение решения в целом. Показано, что функции р0 и V удовлетворяют системе уравнений Дарси

Матрица й в (5) является тензором проницаемости (симметричная положительно определенная матрица).

Первый результат, полученный в этой части работы, заключается в том, что асимптотическое решение дает возможность оценить уровень достигаемых градиентов давления на масштабе порядка линейного размера зерна или поры фильтрующей загрузки. Эта оценка задается последовательностью уравнений при различных степенях малого параметра. Это позволяет оценить сдвиговые напряжения и флуктуации скорости течения вблизи зерна, а сравнение оценок градиентов скорости, например, для медленных и скорых фильтров дает возможность судить о прочности ксагуляционных структур, формирующихся при захвате взвеси поверхностью, как в случае медленных фильтров, или объемом фильтрующей загрузки, как в случае скорых фильтров.

На следующем этапе работы выполнен анализ тензора проницаемости пористой среды

где У/ - область, образованная удалением из пространства счетного числа периодически расположенных подобластей К с гладкой границей (модель жидкости в капиллярно-пористом теле, насыщенном этой жидкостью); к - период структуры (состоит из жидкой - У,, и твердой - У,, частей с гладкой границей); Ы = - У -периодическая матрица порядка 3x3;

- У -периодическая вектор-функция, у - безразмерный параметр задачи; х и д - пространственные координаты на макро- и микроразмерах задачи. Поставлена задача установить зависимость проницаемости от геометрии пористой среды. Решение задачи ищется разложением в ряды Фурье по системе ортогональных функций {¡, ^!2Сох2яК£1} -ЛзьйпК^,,

42Со$2яК$г, Ль'ШлК!;,, 2Со!2ЯЦ,СО52Т!К^, 2Со!2яК4,8т2лК$г, 25т2лК$,Со52жЦ!, 25т2пК^8т2пЦ2\.

(5)

/

(6)

При решении задачи установлено, что структура тензора проницаемости в осреднением виде задастся компонентами матрицы К

64 х- / Л-,*':*!_ _

(/ + 2т, X/ + 2т.)[(/ + 2т,)'+(/ + 2т,)' ]'

'Iй

' (/ + 2т, )2 [(7 + 2т + (/ + 2т 2)' ] 1 '

16

к-

16

л'п2{п2-

64 \

2,22

Л*-**1'*1 1 ы /ЛЧ

' (1 + 2т, X/ + Ли, )1(/ + Ля, У + (/ + г», у]' (10)

Это предоставляет определенные возможности для исследования процессов кольматации и суффозии. Взаимосвязь кольматационных процессов и структуры пористой среды в среднем

6* 16

определяется коэффициентами —гуг-г—\ »' , ,/ ,-¡. так знакопеременные ряды яв-

лп {п--4) я п'у. -4)

ляются сходящимися. В силу условной геометрии пористой среды — есть аналог радиуса

п

^ 1 1 \ 1

зерна, а I----| - аналог оадиуса поры. Если множитель , -г преобразовать следую-

п) ' п (п -4)

/Лг 1/п'

щьм образом —---;- = ———. тх) полученное выражение подобно отношению расхода

„' 7-4) /-4 V ") »

(по Пуазсйлю) к плошади фильтрационной поверхности пор. Миожители 64 и 16 могут интерпретироваться следующим образом: расход и скорость фильтрации по потоку в четыре раза превосходят колебания расхода и скорости фильтрации поперек потока. С позиций описания кольматации и суффозии пористой среды это означает, что вероятность отложения осадка между зернами фильтрующей загрузки больше в поровых полостях, находящихся в «гидродинамической тени» зерен. Вероятность отложения и закрепления частиц осадка -кольматации, в этих областях будет выше, а срыва и уноса частиц осадка из них - суффозии, будет ниже. Обратная ситуация в отношении вероятности отложения и уноса осадка будет наблюдаться в полостях, которые расположены вдоль основного направления фильтрационного потока и которые образуют некоторую статистическую канальную структуру, эволюционирующую по мере кольматации к канальной структуре правильной геометрии.

В четвертой главе диссертации использованы результаты главы 2 и главы 3 для разработки принципов расчета самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды. Технологические задачи очистки и разделения веществ порождают важный класс теоретических задач - задач с подвижной границей. К этому классу принадлежит задача описания процесса отложения суспензии при поверхностном ее удержании при фильтрации через пористую среду. В выполненной работе организация процесса фильтрования отличается от тон, которая рассматривается в классических задачах, а именно, избыточного давления нет (Рв = <?)> жидкость фильтруется под собственным весом высота столба жидкости

(А) над фильтрующей загрузкой не падает, а растет. На фильтр поступает жидкость с постоянным расходом, т.е. в этом отношении процесс является не периодическим, а непрерывным.

Из «микроскопического» подобия процессов фильтрования (т.е. на малых масштабах и малых интервалах времени) следует, что при ламинарном течении относительное распределение скоростей внутри пор не зависит от значения скорости (для этого течение должно быть безинерционным - медленным, т.е. должен выполняться закон Дарси). Из этого следует, что

скорость фильтрации V, следовательно, — до'яжны быть всюду пропорциональны — {ц -

<1:. Л

объемный расход жидкости через образец, А - площадь образца). Полная соприкасающаяся с жидкостью поверхность должна быть пропорциональна объему образца А1 (X - длина образца в направлении потока).

Исходная постановка задачи, экспериментальные результаты и выполненные оценки позволили сформулировать математическую модель процесса фильтрования в виде уравнения для роста толщины пленки осадка

(П)

Л

К„ч/„ , , (, 1-т„] , К.. г где А' = рг, с наружный коэффициент отложения =-,-4т——\> л», ■ пористость осадка взвеси, - до-

у

ля объема взвеси в исходной суспензии: /¡, - ——^-7-, У3 - объем взвеси, - объем жидкости), р и ¡л - плотность и вязкость (динамическая) фильтрата, - проницаемость пленки осадка, К - проницаемость фильтрующей загрузки (без пленки осадка), рв - внешнее избы-

точное давление над фильтруемой суспензией, рс - плотность суспензии, Л - высота столба суспензии на уровне пленки осадка, Ин - начальное значение Ъ, А, - толщина пленки осадка

на поверхности фильтрующей загрузки (условно принимается плоской). I - высота слоя фильтрующей загрузки.

Решение уравнения (И) для толщины пленки осадка взвеси имеет вид

К =■

(Гв + Рс&н + +

Для рассматриваемого случая справедливы оценки « /, рв=0, тогда

А, =-

М

/ +

.К.

м {к

В случае « 1 и, соответственно. « / уравнение (13) упрощается до вида

N

м М I. ¡С

При начальном условии ¡0~д, кн -0 уравнение (14) принимает вид

К =--+

М

М 1,1-Щ

(12)

ПЗ)

(14)

(15)

Вывод формул для расчета и проектирования фильтра предложенной конструкции следует из описания процесса фильтрования. Вода подается на фильтр с постоянным расходом , который подбирается так, чтобы филирующая загрузка была полностью затоплена и в то же время проницаемость ее обеспечивала полное просачивание через нее всего расхода

без накопления. Расход определяется расчетом по проницаемости фильт-

рующей загрузки без пленки осадка К, измеренной предварительно при фильтрации жидкости, не содержащей взвеси. Это - первое уравнение методики расчета.

В воде присутствует взвесь в определенной концентрации, которая может быть выражена в долях объема /4.. При постоянном расходе воды и постоянной концентрации взвеси

поток взвеси на фильтр также является постоянным и равным qs = д0

Л

. К моменту вре-

мени t объем отложенной к виде пленки взвеси будет равен Vs = q„ ^"s t, т.е. линейной

функцией времени. Толщина пленки осадка также - линейная функция времени

hs = &JL-,. Это - второе уравнение в методике расчета фильтра.

Методика расчета должна содержать зависимость, связывающую толщину пленки осадка (hs) и потерю напора (Л,), и соответственно, прироста этой величины в виде столба жидкости над фильтрующей загрузкой. Это соотношение задает конструктивные параметры фильтра и продолжительность фильтроцнкла. Вывод данной зависимости строится из следующих соображений. В любой момент времени при фильтровании справедливо балансовое соотношение потоков: входящего (q0), фильтруемого (qa) и потока, дающего накопление жидкости за счет росга потери напора, (qt), т.е. qa = q<! + qb. Для скорости роста высоты столба воды над фильтрующей загрузкой получено уравнение

Рассмотрение баланса сил, действующих на жидкость при фильтрации, позволяет получить dh„(t)

еще одно уравнение для — dt

M)=à*MBi JL+MÏBs JL.h^qÀI)Bs M), (1}7

dt dt 'Apg dt Apg syj iaW s Apg dt i dt

где параметры Bc и В.. определяются соотношениями К = т/Вя и Ks = msjBs. Использо-

, /ч dhAt) , qk f, dhJt) q,, /, вание уравнений для hs(t) и —hs\t)-——±i~t, —=-±2.-^-2—, и приравнивание dt A /-/j dt A l~fs

правых частей уравнений (16) и (17) дает дифференциальное уравнение первого порядка с коэффициентами, зависящими от времени,

^ + (1«)

гяе * * 4)' *.. а = ц -j—- ;

a(t) a,+a2t a{t) a,+a,t Apg ApgAl-fs

b = Bs ** — + —: с = m. ————y—, Интегрирование этого уравнения дает

Apg A l-/s A A 1-Ss А

1+^-t

Из (19) следует, что процесс может иметь стационарное состояние ->—) при по-

Ь

стоянных значениях ms и Bs. Как правило, пористость осадка уменьшается за счет сжимаемости и уплотнения, старения коагуляционпых структур и частичным их переходом в конденсационные. Эти процессы приводят также к увеличению сопротивления течению за счет увеличения Bs.

При работе исследованного фильтра стационарное состояние (q„ = —) не достигается

Ь

из-за обновления пленки осадка после регенерации, поэтому для расчета основных конструктивных и технологических параметров фильтра предложенной конструкции необходимо определить фильтрационные свойства фильтрующей загрузки и образующегося осадка, т.е. параметры: т, Ва, ms и Bs. Для определения этих параметров необходимо иметь либо непосредственно измеренные значения пористости слоя осадка гидрогеля, либо достаточно точные физико-химические или коллоидно-химические данные о структуре этого осадка.

Путем оценочных расчетов было показано, что априорные допущения о структуре осадка гидрогеля гидроксида железа (Ш) дают большой разброс в значениях пористости, то же относится к данным непосредственных экспериментальных измерений. В связи с этим была предпринята попытка построить метод оценки гидравлического сопротивления осадка гидрогеля гидроксида железа (III), исходя непосредственно из фильтрационного эксперимента. Разработанный метод является приближенным, но позволяет охарактеризовать свойства осадка, исходя из конкретного эксперимента, и применим непосредственно к конкретному объекту. Метод заключается в том, что вводятся некоторые эффективные параметра для загрузки с осадком в целом rn + и Bl = Ва + BS~. Использование только одной

величины т', полученное из независимых экспериментов или источников (по литературным данным для гидрогелей гидроксидов алюминия и железа (III) т' = 0,7 + 0.8), позволяет, зная Ва (среднее значение Ва = 2,50-10"м'2), B'ü, L и hs, рассчитать Bs, так как

Показано, что полученные в фильтрационном эксперименте данные позволяют дать оценку параметрам вторичной пористой структуры, образованной осадком гидрогеля гвдро-ксида железа (III). Оценка выполнена, исходя из двух предположений: 1 - характерный линейный размер пористой структуры, обеспечивающий справедливость формулы Пуазейля, определяется размером зерна фильтрующей загрузки, 2 - тот же размер определяется размером пор, как эффективных поровых каналов. Разница в удельных поверхностях составила 2 порядка. Это означает, что эффективная поверхность зерна значительно превышает условную сферическую поверхность (в 200 раз). Используя оценку значения А^ по размеру зерна, получили =Ьа(л^)! =Ьа -1, 19-10"м'2. Исполюуя оценку значения А„ по размеру эффективных капилляров, получили Ва-Ьа(А^У = 6, -4,0-10'° м'г. Экспериментальное значение Ва для фильтрующей загрузки без слоя осадка получили равным В„ = 2,50-10:'м'2. Экспериментальные значения для фильтрующей загрузки со слоем осадка (эффективные значения) имеют порядок За а 6,0-10" м^. Это дает оценку радиуса эффективных поровых каналов:

Г, = тАнг = 0,6 ■ Ю-5 м * 2.5 мкм.

Ю

ВЫВОДЫ

1. Природные воды, содержащие железо, широко распространены в Российской Федерации. Совершенствование технологий очистки водь; от железа, как правило, предпринимается путем значительного усложнения технологии и оборудования, что приводит к высоким затратам и. как следствие, к невостребованности новых технических решений.

2. Предложено новое техническое решение для очистки природных вод от железа путем аэрации и последующего фильтрования на самоочищающемся фильтре, функционирующем в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация».

3. Эксперименты показали, что фильтр, предложенной конструкции, позволяет снижать содержание железа в воде до требований норматива на питьевую воду.

4. Разработана математическая модель течения жидкости через пористую среду в форме решения системы уравнений Навье-Стокса, на которой показано, что существует возможность оценивать параметры процесса фильтрования и разделить два режима для поверхностного и объемного удержания взвеси.

5. Сформулирована и решена задача фильтрования в режиме «медленной» фильтрации, когда фронт удержания загрязнений движется навстречу фильтрационному потоку; по-

казано, что стационарное состоянии процесса фильтрования не достигается за счет самопроизвольного переключения фильтра в режим регенерации и сброса слоя осадка через отводящий сифон.

6. По экспериментальным данным получены оценки параметров режима фильтрования и вторичной пористой структуры осадка коагулирующей взвеси гидрогеля железа (III).

7. На основе разработанной математической модели фильтра, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация», получены формулы для расчетэ фильтров предложенной конструкции.

Основные положения диссертации изложены в работах:

1. Юровский A.B., Лукашева Г.Н. Анализ технических решений в технологиях очистки сточных вод автомобильных моек // Теоретические и прикладные проблемы сервиса, 2009. - № 2 (31). - С. 13-18. Объем 0,34 п.л. (в том числе лично автора 0,17 п.л.).

2. Лукашева Г.Н., Юровский A.B. Медленный самоочищающийся фильтр обезжелезквання природных вод // Вестник ассоциации ВУЗов туризма и сервиса, 2010.- Jfe 4 (15).-С.56-63. Объем 0,47 п. л. (в том числе лично автора 0,24 пл.).

3. Лукашева Г.Н., Юровский A.B. Анализ гидродинамических условий при фильтрации на масштабе зерна фиктивного грунта на основе асимптотических решений системы уравнений Навье-Стокса // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2010.- 4, т.6,- С. 60-64. Объем 0,29 п.л. (в том числе лично автора 0,14 п.л.).

4. Лукашева Г.Н., Юровский A.B. Анализ структуры тензора проницаемости пористой среды на основе решения системы уравнений Навье-Стокса для ползущего течения // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2011.- J6 1, т.7,- С. 49-57. Объем 0,55 пл. (в том числе лично автора 0,27 пл.).

5. Юровский A.B., Лукашева Г.Н. Исследование эффективности работы медленного самоочищающегося фильтра // Сервис в России и за рубежом. - Том 20, выпуск 1. - 2011. -http://rguis.ru/electronicjournal/mimber20/contents. - 04211000584)033. Объем 0,23 п.л. (в том числе лично автора 0,13 пл.),

6. Юровский А. В., Лукашева Г.Н. Формирование хемосорбционного слоя фильтрующей загрузки медленного самоочищающегося фильтра обезжелезивания// Сервис в России и за рубежом. - Том 20, выпуск 1. - 2011. - http://rguts.ru/electronic_journal/number20/contents. -0421100058N0034. Объем 0,27 п.л. (в том числе лично автора 0,13 п.л.).

КОПИ-ЦЕНТР св. 7:07:10429 Тираж 100 экз. г. Москва, ул. Енисейская, д.36 тел.: 8-499-185-7954, 8-906-787-7086

ВВЕДЕНИЕ. Актуальность проблем экологии и здравоохранения, связанных с присутствием железа в природных водах.

ГЛАВА 1. Обзор исследований и патентов, посвященных совершенствованию методов обезжелезивания и фильтрования воды с целью ее очистки.

1.1. Обзор исследований, посвященных удалению железа из природных вод.

1.2. Конструкции и принципы работы самоочищающихся фильтров. Патентный обзор.

1.3. Выводы по материалам главы 1.

ГЛАВА 2. Разработка и экспериментальное исследование самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды.

2.1. Описание предложенной конструкции самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды.

2.2. Методика экспериментальных исследований.

2.2.1. Приготовление модельного раствора.

2.2.2. Исследование эффективности работы самоочищающегося медленного фильтра.

2.3. Результаты экспериментальных исследований.

2.3.1. Обсуждение результатов экспериментов.

2.3.2. Определение гидравлического сопротивления загрузки фильтра.

2.3.3. Определение объема порового пространства загрузки фильтра.

2.3.4. Определение массы свежеосажденного гидрогеля железа (III), необходимого для тонкой очистки воды от соединений железа.

2.4. Выводы по материалам главы 2.

ГЛАВА 3. Теоретические исследования процесса фильтрации и фильтрования

3.1. Анализ гидродинамических условий при фильтрации для случая зернистой структуры пористой среды на основе асимптотического решения системы уравнений Навье-Стокса для ползущего течения.

3.2. Анализ структуры тензора проницаемости пористой среды зернистой структуры на основе асимптотического решения системы уравнений Навье-Стокса для ползущего течения.

3.3. Выводы по материалам главы 3.

ГЛАВА 4. Разработка принципов расчета самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды.

4.1. Разработка математической модели для обработки результатов экспериментальных исследований процесса фильтрования при поверхностном удержании взвеси.

4.2. Оценка технологических параметров процесса обезжелезивания воды фильтрованием с предварительной аэрацией.

4.3. Оценка параметров вторичной пористой структуры, формируемой при удержании коагулирующей взвеси фильтрованием.

4.4. Выводы по результатам главы 4.

СВЯЗАННЫХ С ПРИСУТСТВИЕМ ЖЕЛЕЗА В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ

Диссертация посвящена разработке и исследованию самоочищающегося медленного фильтра для очистки воды от железа, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация».

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. С проблемами в области водоподготовки сталкивается здравоохранение, жилищно-коммунальное хозяйство, энергетика, промышленность и сельское хозяйство.

Повышенное содержание железа крайне вредно для здоровья человека. Однако в организме человека и животных железо является важным элементом. Поступающее в организм человека и животных железо концентрируется главным образом в крови. Находясь в составе гемоглобина крови, оно участвует в переносе кислорода, обладая способностью легко переходить из двухвалентного в трехвалентное и обратно, и, кроме того, является биологическим катализатором. Однако при продолжительном потреблении населением воды с повышенным содержанием железа значительный его запас в виде ферритина откладывается в печени. После насыщения печени ферритином избыток железа продолжает накапливаться в коллоидной форме оксида железа (III), получившей название гемосиди-рина, который вызывает разрушение клеток печени. В связи с этим существует ограничение на содержание железа в питьевой воде, а при повышенном его содержании воду требуется обезжелезивать. По современным нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Водоснабжение населенных мест» на основании Федерального закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и «Основы законодательства Российской Федерации об охране здоровья граждан» концентрации железа (суммарно) не должно превышать 0,3 мг/дм3.

Подземные воды в Российской Федерации часто характеризуются повышенным содержанием железа. Например, в Калининграде подземные воды с содержанием железа свыше нормативов составляют около 60%, на Дальнем Востоке (по кадастрам действующих скважин) — около 50%. Железосодержащие воды широко распространены в центральных и северных областях страны, в Сибири и Якутии, на Кольском полуострове и на Алтае. Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, неприятный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и водоразборной арматуры, является причиной брака в текстильной, бумажной, пищевой и других отраслях промышленности.

Многообразие форм и концентраций железа, встречающегося в природных и сточных водах, вызвало необходимость разработки целого ряда методов и технологических схем обезжелезивания воды. Впервые обезжелезивание воды было предпринято в г. Галле (Германия) в 1868 г. В дальнейшем обезжелезивание воды получило широкое распространение также в Польше, Бельгии, Нидерландах, Скандинавских странах, США, Канаде и др. На территории Советского Союза первые обезжелезивающие установки были сооружены в Прибалтике, в Западной Украине и Белоруссии.

Вопросы, связанные с экологией, также важны. При удалении железа из воды, как правило, используется метод фильтрации, сопровождающийся регенерацией фильтров. Поскольку железо в промывной воде находится в форме высокоустойчивого коллоида, о процесс его осаждения затруднен. Промывные воды, содержащие 80-150 мг/дм железа, не могут быть возвращены в оборотный технологический цикл, поскольку это нарушит гидравлический режим обезжелезивания и снизит качество получаемой воды. Сброс в канализацию невозможен из-за опасности, которую представляют соединения железа уже в концентрации 5 мг/дм для микроорганизмов активного ила. Жизнедеятельность активного ила определяет эффективность биологической очистки на канализационных очистных сооружениях, куда поступают все стоки при общесплавной системе канализации. Поэтому высококонцентрированные промывные воды сбрасываются на рельеф, нарушая сложившееся почвенно-экологическое равновесие и нанося невосполнимый ущерб окружающей среде.

Текущее обслуживание систем водоснабжения и водоотведения предприятий, модернизация и совершенствование этих систем в рамках стратегического планирования развития населенных пунктов и предприятий входит в круг задач промышленного сервиса [1]. Сложность этих задач постоянно возрастает в связи с ужесточением требований к уровню очистки природных вод для технологических и коммунальных нужд и сточных вод перед их сбросом в системы общей канализации. В свою очередь, усложнение многих технологических задач очистки природных и сточных вод, инициирует постановку теоретических и экспериментальных исследований. Одним из процессов, который широко применятся в процессах водоподготовки, является процесс фильтрования. Его организуют как фильтрацию через пористые среды - зернистые загрузки, диафрагмы и мембраны.

Наиболее распространенные методы очистки воды от железа рассмотрены в учебной [2] и монографической [3] литературе. Однако в связи с постоянно увеличивающимся потреблением подземных и поверхностных природных вод, возникает необходимость в реконструкции существующих и строительстве новых установок обезжелезивания, а одной из важнейших задач является изыскание решений по экономии капитальных вложений и снижению эксплуатационных затрат.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась

1) в оценке по литературным данным и патентным разработкам основных тенденций совершенствования технологии очистки природных вод от железа;

2) в разработке принципов функционирования и конструкции фильтра для извлечения взвеси гидроксида железа (III), работающего в автоколебательном режиме с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на режим регенерации;

3) в экспериментальном исследовании процесс фильтрования взвеси гидроксида железа (III) на фильтре предложенной конструкции с установлением основных технологических параметров, обеспечивающих поверхностное удержание взвеси;

4) в теоретическом исследовании течения жидкости через пористую среду на основе решения системы уравнений Навье-Стокса для модельной структуры зернистой фильтрующей загр\зки:

НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается

1) в новом техническом решении для конструкции фильтра, служащего для удаления взвеси из жидкости при поверхностном удержании взвеси и работающего как гидравлическое автоколебательное устройство с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на режим сброса осадка при достижении предельных потерь напора, задаваемых конструкцией отводящего сифона;

2) в экспериментальном определении основных параметров процесса фильтрования взвеси гидроксида железа (III), позволяющих обеспечить автоколебательный режим работы и очистку воды от железа до требований нормативов на питьевую воду;

3) в теоретическом исследовании путем решения задачи фильтрации в форме системы уравнений Навье-Стокса для модельной структуры фильтрующей загрузки, в результате которого было показано, что режимы поверхностного и объемного удержания взвеси различаются структурой тензора проницаемости пористой среды;

4) в выводе формул, позволяющих на основе экспериментальных данных по проницаемости пористой среды и скорости накопления загрязнений рассчитывать конструктивные и технологические параметры разработанного фильтра.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ заключается в том, что

1) на материалах литературного и патентного обзоров показано, что совершенствование технологии очистки природных вод от железа в основном предпринимается за счет значительного усложнения технологии и оборудования, что вызывает резкое удорожание водоподготовки и, соответственно, низкую конкурентоспособность новых технических решений;

2) разработано новое техническое решение для процесса очистки воды от железа, заключающееся в предварительной аэрации и последующем фильтровании воды от взвеси гидроксида железа (III) на фильтре, работающем в гидравлическом автоколебательном режиме с самопроизвольным переключением с режима фильтрования на режим регенерации в виде сброса накопившихся на фильтрующей загрузке загрязнений через отводящий сифон, используя эффект неразрывности струи;

3) показана принципиальная работоспособность фильтра предложенной конструкции в режиме непрерывного фильтрования, а также фильтрования с перерывами, не требующего присутствия оператора и средств автоматики для перехода с основного режима очистки на режим регенерации;

4) показана удовлетворительная работа фильтра для очистки воды от железа до норм на питьевую воду (от б - 16 мг/л до менее 0,3 мг/л).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:

1) новая конструкция фильтра для очистки воды от железа, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование — регенерация», обеспечивающего автоматическое самоочищение;

2) экспериментальные результаты по отработке режимов функционирования самоочищающегося медленного фильтра для обезжелезивания воды;

3) математическая модель фильтрования для режимов эксплуатации фильтра;

4) принципы и основные формулы для расчета фильтра предложенной конструкции.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы туризма и сервиса» (Москва, РГУТиС, 2010), «Экологический сектор энергосбережения» (Москва. РГУ-ТиС, 2010).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований опубликовано 3 статьи, из них 3 -в журналах рекомендованном ВАК РФ. И получено свидетельство о демонстрации на выставке «Expopriority-2009» Медленного самоочищающегося фильтра для обезжелезивания воды и подана заявка на патент «Установка с медленным самоочищающимся фильтром», Заявка № 2010124297/20 (034687) от 17.06.2010.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы и приложения. Объем диссертации составляет 197 страниц; он включает 152 страницы основного машинописного текста, 41 рисунок, 22 таблицы, выводы, список литературы (120 наименований) и приложение (45 страниц).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Природные воды, содержащие железо, широко распространены в Российской Федерации. Совершенствование технологий очистки воды от железа, как правило, предпринимается путем значительного усложнения технологии и оборудования, что приводит к высоким затратам и, как следствие, к невостребованности новых технических решений.

2. Предложено новое техническое решение для очистки природных вод от железа путем аэрации и последующего фильтрования на самоочищающемся фильтре, функционирующем в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация».

3. Фильтр, предложенной конструкции, позволяет снижать содержание железа в воде до требований норматива на питьевую воду.

4. Разработана математическая модель течения жидкости через пористую среду в форме решения системы уравнений Навье-Стокса, на которой показано, что существует возможность оценивать параметры процесса фильтрования и разделить два режима для поверхностного и объемного удержания взвеси.

5. Сформулирована и решена задача фильтрования в режиме «медленной» фильтрации, когда фронт удержания загрязнений движется навстречу фильтрационному потоку; показано, что стационарное состоянии процесса фильтрования не достигается за счет самопроизвольного переключения фильтра в режим регенерации и сброса слоя осадка через отводящий сифон.

6. По экспериментальным данным получены оценки режима фильтрования и физико-химических свойств вторичной пористой структуры осадка коагулирующей взвеси гидрогеля железа (III).

7. На основе разработанной математической модели фильтра, функционирующего в автоколебательном режиме «фильтрование - регенерация», получены формулы, задающие принципы расчета фильтров предложенной конструкции.

1. Mobley R.K., Higgins L.R., Wikoff D.J. Maintenance Engineering Handbook. 7-th Edition. New York, Chicago, San Francisco, Lisbon, London, Madrid, Mexico City, Milan, New Delhi, San Juan, Singapore, Sydney, Toronto: McGraw-Hill, 2008, 1243 p.

2. Николадзе Г.И., Сомов M.А. Водоснабжение. M: Стройиздат, 1995. 668 с.

3. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М.: Стройиздат. 1978. 240 с.

4. Шехтман Ю.М. Фильтрация малоконцентрированных суспензий. М.: АН СССР, 1961,212 с.

5. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Строиздат, 1964,156 с.

6. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа, 1981,327 с.

7. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Строиздат, 1987. 240 с.

8. Марцкле В. Исследование явления прилипания в пористой среде. Прага: АН ЧССР, 1961, 189 с.

9. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат, 1971, 580с.

10. Гидродинамические и физико-химические свойства горных пород. /Под ред В.В. Веригина. М.: Недра, 1977, 271 с.

11. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977, 355 с.

12. Оводов B.C. Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. М.: Сельхоз-издат, 1960, 656 с.

13. Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. Львов: Львовский ун-тет, 1980, 200 с.

14. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат, 1984, 201 с.

15. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. М.: МГУ, 1996, 680 с.

16. Лукашев Е.А. Очистка и опреснение воды для коммунального водоснабжения (технологические и экологические проблемы). М.: МГУ С, 2004, 139 с.

17. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Гетманцев C.B. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М.: Научное издание, 2005, 576 с.

18. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П., Самойлович В.Г. Озонирование в процессах очистки воды. М.: ДеЛи принт, 2007,400 с.

19. Лукашевич О.Д., Патрушев Е.И. Обезжелезивание подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2005. № 4. С. 1-3.

20. El Araby R., Hawash S., El Diwani G. Treatment of iron and manganese in simulated groundwater via ozone technology . II Desalination, 2009, v. 249, N 3 (25). P. 1345 1349.

21. Stegpniak L., K^gpa U., Staiiczyk-Mazanek E. The research on the possibility of ultrasound field application in iron removal of water. // Desalination, 2008, v. 223, N 1 3, P. 180 -186.

22. Кротенок B.A., Алексеева Г.Н. Метод обезжелезивания подземных вод с применением вакуумно-эжекционных аппаратов в условиях Приморского края. // ДальнеВосточный Государственный Технический Университет, 2004, С. 73 74.

23. Золотова Е. Ф., Асе Г. Ю. Очистка воды от железа, фтора, марганца и сероводорода. М: Стройиздат, 1975, 176 с.

24. Зарубин Г. П., Новиков Ю. В. Современные методы очистки и обеззараживание питьевой воды.- М.: Медицина, 1976. 192 с.

25. Кузубова Л.И., Кобрина В.Н. Химические методы подготовки воды: Аналит. обзор / СО РАН, ГПНТБ, НИОХ. Новосибирск, 1996.- 132 с.

26. Поляков В.Е., Полякова И.Г. Тарасевич Ю.И. Очистка артезианской воды от ионов железа и марганца с использованием модифицированного клиноптилолита. // Химия и технология воды, 1997, т. 19, № 5, С. 493 504.

27. Сухарев Ю.И., Кувыкина Е.А. Использование глауконита Уральского месторождения в процессах очистки воды от железа (II, III). // Известия Челябинского научного центра. Химия и химическая технология, 2002 г, т. 14, № 1, С. 62 66.

28. Knocke W.R., Hamor J.R., Thompson С.Р. Soluble Manganese Removal on Oxide-Coated Filter Media // J. Amer. Water Works Assoc., 1988, v. 80, No 12, P. 65 70.

29. Viraraghavan Т., Winchester E.L., Brown G.J., Wasson G.P., Landine R.C. Removing Manganese from Water at Frederiction, N.B., Canada // J. Amer. Water Works Assoc., 1987, v. 79, No 8, P. 43 48.

30. Removing Iron and Manganese from Groundwater // J. Amer. Water Works Assoc., 1984, v. 76, № 11, P. 67-68.

31. Сухарев Ю.И., Черногорова А.Е. Кувыкина Е.А. Особенности структуры и сорбционно-обменные свойства глауконита Багарякского месторождения // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 1999, № 3, С. 64 68.

32. Сухарев Ю.И., Кувыкина Е.А. Структурно-морфологические особенности глауконита Багарякского месторождения // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2000, № 3, С. 63 67.

33. Егоров Ю.В. Статика сорбции микрокомпонентов оксигидратами. М.: Атомиздат. 1975, 217 с.

34. Сухарев Ю.И., Кувыкина Е.А. Неорганические иониты и возможности их применения для очистки окружающей водной среды от техногенных загрязнений // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2001, № 4, С. 63 67.

35. Кульский JI.A., Гороновский И. Т., Когановский A.M., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды Киев: Наукова Думка, 1980, ч. 1,680 с.

36. Кульский J1. А., Ярогпевская Н.В. Влияние ^-потенциала зернистой фильтрующей загрузки на ее задерживающую способность при очистке воды // Химия и технология воды, 1984, т. 6, № 2 . С. 136 139.

37. Тарасевич Ю.И. Использование природных дисперсных минералов в процессах предмембранной очистки воды // Химия и технология воды, 1991, т. 13, № 7, С. 632 640.

38. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников H.H. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. 512 с.

39. Голованчиков А.Б., Ефремов М.Ю. Интенсификация сорбционных процессов в электрическом поле. Волгоград: ВолгГТУ, 2005. 72 с.

40. Борисов Г.С. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. / Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991, 496 с.

41. Тимонин A.C. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник, т. 2. Калуга : Изд-во Н. Бочкаревой, 2002, 852 с.

42. Голованчиков А.Б., Сафонов Е.В. Исследование процесса адсорбции газов в электрическом поле // Теоретические основы химической технологии 2003, т. 37. № 5, С. 548 550.

43. Голованчиков А.Б., Ефремов М.Ю., Рязанов М.А. Моделирование адсорбционных процессов в электрическом поле // Известия вузов. Химия и химическая технология, 2003, т. 46, №3, С. 135 137.

44. Чернобыльский И.И. и др. Машины и аппараты химических производств / Под ред. И.И. Чернобыльского. М.: Машиностроение. 1975, 456 с.

45. Доклад о состоянии окружающей природной среды- Волгоградской области в 2005 г. Волгоград: Перемена, 2006, 53 с.

46. Масаелян С.М., Быков А.А. Экологическое состояние водных объектов Волгоградской области и пути его улучшения. Волгоград: ТриАС, 2004, 93 с.

47. СанПиН 2.1.4 1074-01 Технические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения Электронный ресурс. Режим доступа: http//www.ralib.ru.

48. Бирман Ю.А. и др. Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов / Под ред. Ю.А. Бирмана, Н.Г. Вурдовой. М., 2002, 296 с.

49. Potgierter J. Н., McCCrindle R. I., Sihlali Z., Schwarzer R., Basson N. Removal of iron and manganese from water with a high organic carbon loading. Part I: The effect of various coagulants // Water, Air, Solution. 2005. № 19. P. 48 58.

50. Beneiield, L. D., Judkins, J. F., Weand B. L. Process Chemistry for Water and Waste Water Treatment, Prentice-Hall, New Jersey, U.S.A., 1982.

51. Ghabbour E. A., Davies. G. Understanding Humic Substances: Advanced Methods, Properties and Applications, Royal Society of Chemistry (RSC) Publishers, UK, 1999, P. 223 -241.

52. Dennett, К. E., Amirtharajah A., Moran T. F., Gould J. P.// Coagulation: Its effect on organic matter. // J. Am. Water Works Assoc. 1996. v. 88, N 4, P. 129 142.

53. Oldham W. K., Gloyna E. F. Effect of colored organics on iron removal. // J. Am. Water Works Assoc. 1969, v. 61, P. 610 614.

54. Aguiar A., Lefebvre E., Ralini M., Legube B. Relation between raw water TOC and the optimum coagulant dose Iron(III) chloride. // J. Am. Water Works Assoc. 1996, v. 17, N 4, P. 381 -389.

55. Dempsey B.A., Ganho M.R., Omelia C. P. The coagulation of humic substances by means of Aluminium salts. // J. Am. Water Works Assoc. 1984. v. 76, N 1, P. 141 150.

56. Knocke W.R., Conley L., Van Benschoten J. E. Impact of dissolved organic carbon on the removal of iron during water treatment. // Water Res., 1992, v. 26, N 11, P. 1515 1522.

57. Edwards M., Benjamin M.M. Effect of preozonation on Coagulant-NOM interactions. // J. Am. Water Works Assoc., 1992, v. 84, N 8, P. 63 72.

58. Edwards M., Benjamin M.M., Tobiason J.E. Effect of ozonation on coagulation of NOM using polymer alone and polymer/metal salt mixtures. // J. Am. Water Works Assoc., 1994, v. 86, N 1, P. 105-116.

59. Amy G.L., Chadik P.A. Cationic polyelectrolytes as primary coagulants for removing trihalomethane precursors. // J. Am. Water Works Assoc., 1983, v. 75, N 10, P. 527 531.

60. Basson N.D., Pie terse A.J.H. Characateristics of Vaal River Water in Relation to Pu-rificaiton and Treatment Processes at the Balkfontein Plant. // Water Research Commission, 1996, Report N. 567/1/00, WRC (Pretoria).

61. Gericke G. Reduction of Natural Organic Matter in the Komati River System. // Es-com TSI Report, 1999, South Africa. Report No. RES/RR/99/00125 (Project 7761C253R).

62. El Azher N., Gourich В., Vial C., Soulami M.B., Ziyad M. Study of ferrous iron oxidation in Morocco drinking water in an airlift reactor. // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 2008, v. 47, N 9 -10, P. 1877 1886/

63. Sharma S.K., Petrusevski В., Shippers J.C. // J. Supply Technol. Aqua, 2005, v. 54, P. 239-247.

64. El Azher N., Gourich В., Vial C., Soulami M.B. Bouzidi A., Ziyad M. // Biochem. Eng. J., 2005, v. 23, P. 161 167.

65. Крымкин A.B., Гришин Б.М. Очистка подземных вод от трудноокисляемых форм железа. // Региональная архитектура и строительство, 2009, № 1, С. 113.

66. Bagga A., Chellam S., Clifford D.A. Evaluation of iron chemical coagulation and electrocoagulation pretreatment for surface water microfiltration. // Journal of membrane Science, 2008, v. 309, N 1 2, P. 82 - 93.

67. Michalakos G.D., Nieva J.M., Vayenas D.V., Lyberatos G. Removal of iron from potable water using a trickling filter. // Water Research., 1997. v. 31, N 5, P. 991 996.

68. Tekeiiekopoulou AG., Vayenas DV. Simultaneous biological removal of ammonia, iron and manganese from potable water using a trickling filter. // Biochemical Engineering Journal, 2008, N 39, N 1, P. 215 220.

69. Безродная И.В., Клеников C.C. К вопросу о фильтровании жидкости как основном этапе очистки воды. // Современные наукоемкие технологи, 2006, № 4, С.

70. Барская И.В., Лукашевич О.Д. Технологическое моделирование процесса очистки воды от соединений железа. // Вестник ТГАСУ. Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов, 2008, № 3, С. 175 180.

71. Фоминых A.M. Методика технологического моделирования и расчет скорых фильтров и контактных осветлителей. // Известия Вузов. Строительство и архитектура, 1982, № 11, С. 109-116.

72. Методики проведения технологических изысканий и моделирования процессов очистки воды на водопроводных станциях. / ОАО «НИИ Коммунального водоснабжения и очистки воды», ООО «ВОДКОММУНТЕХ» М.: ГУП «ВИМИ», 2001, 57 с.

73. Кинебас А.К., Русанова Л.П., Иванов Г.Н. Мобильная установка для моделирования процесса очистки питьевой воды. // Водоснабжение и санитарная техника, 2007, № 8, С. 10-12.

74. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды. М.: АСВ, 2003,230 с.

75. Лукашевич О.Д. Совершенствование хозяйственно-питьевого водопользования для повышения уровня его экологической безопасности (на примере районов Западной Сибири). / Под. ред. Г.М. Рогова. Томск: Том. гос. архит.-строит. ун-т, 2006, 350 с.

76. Оводов B.C. Автоматический медленный фильтр для сельскохозяйственного водоснабжения. М.: Сельхозиздат, 1963. 96 с.

77. Пластинчатый самоочищающийся фильтр / М.В. Клыков, К.А. Куцуев /: патент 2281802 Рос. Федерация № 2004130530/15; Заявл. 18.10.04, опубл. 27.03.06. Бюл. №30

78. Фильтр / О.П. Лаиотко, М.И. Мамонов, С.Н. Котиков, Э.В. Иванчик, A.M. Ар-томанов / : патент 1107885 СССР № 3584137/23-26; Заявл. 21.04.83, опубл. 15.08.84. Бюл. №30,1984 г.

79. Самоочищающийся фильтр / A.C. Соколов, М.П. Ульянов, В.М. Седых /: патент 2279904 Рос. Федерация № 2004126116/15; Заявл. 30.08.04, опубл. 10.02.06.

80. Самоочищающийся фильтр непрерывного действия / В.Е. Тройнин, И.М. Зайцев, H.A. Авдеев, М.В. Поздняков /: патент 1047495 СССР №3426380/23-26; Заявл. 21.04.82, опубл.15.10.83 г.

81. Самоочищающийся фильтр / А.Н. Ким, Г.Г. Рудзский, В.Б. Гусаковский, М.К. Негматов, Е.П. Сухушин /: патент 1493286 СССР № 4327891/23-26; Заявл. 17.11.87, опубл. 15.07.89.

82. Самоочищающийся фильтр / И.В. Каминский, В.В. Шестаков, Г.Ф. Северов, А.И. Зайцев, А.Ф. Литвиненко, Б.С. Зац, В.В. Мельников, М.У, Миропольский, Д.Л. Майзлик /: патент 697148 СССР № 2108601/23-26; Заявл. 20.02.75, опубл. 15.11.79 г.

83. Автоматический самоочищающийся фильтр Шепелева / В.А. Шепелёв, A.B. Шепелев /: патент 2224577 Рос. Федерация № 2002133882/15; Заявл. 17.12.02, опубл. 27.02.04.

84. Самоочищающийся фильтр / Н.В. Грищенко, C.B. Ковалев, В.Е. Ковалев, В.И. Колмыков /: патент 2164165 Рос. Федерация № 99121991/12; Заявл. 20.10.99, опубл. 20.03.01.

85. Самоочищающийся патронный фильтр / О.Ф. Хаталах /: патент 2072247 Рос. Федерация № 93030811/26; Заявл. 01.06.93. опубл. 27.01.97.

86. Самоочищающийся фильтр / В.В. Казачков, Е.А. Шутков, В.А. Бережков, A.B. Шепелев, В.Р. Витнер /: патент 2067017 Рос. Федерация № 93012967/26; Заявл. 10.03.93, опубл. 27.09.96.

87. Самоочищающийся фильтр для жидкости / Е.А. Шутков, В.А. Бережков, Е.А. Никитин, В.М. Костин, В.М. Ширяев /: патент 2064324 Рос. Федерация № 5003024/26; Заявл. 19.09.91, опубл. 27.07.96.

88. Фильтры самоочищающиеся «Эффект». Рекламный проспект ООО «Водмаш ЭКО», Ташкент, Узбекистан.

89. Ю.А. Зубков, Л.М. Шифрин, Я.Л. Духовный и Б.И. Колесников. Фильтр. Описание изобретения к авт. свид. СССР № 389814, 1973 г.

90. Д.И. Вербицкий и В.В. Васильев. Входной фильтр насоса. Описание изобретения к авт. свид. СССР № 21232854, 1986 г.

91. Колесников Б.И. Фильтр. Описание изобретения к патенту СССР № 1504853, 1989 г.

92. Колесников Б.И. Фильтр. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2035202, 1995 г.

93. Ефимочкин Г. И., Шипилев С.Г. Очистка охлаждающей воды конденсаторов паровых турбин. // Энергохозяйство за рубежом, 1990. № 3.

94. Фильтрующие элементы Краиухина для очистки жидкостей и газов и оборудование на их основе. Интернет, http:/Avw%v.füteres.ru/home.htm

95. Матвеев B.C., Оприц О.В. Фильтрование вязких растворов полимеров. М.: Химия», 1989 г.

96. Алиев Г.М.-А. Устройство и обслуживание газоочистных и пылеулавливающих установок. М.: Металлургия, 1988 г.

97. BRASSERT-FILTER. Рекламный проспект фирмы «PERTROLEUM TECHNICAL COMPANY S.A.», Швейцария.

98. OTOCNÉ BUBNOVE FITRY. Рекламный проспект фирмы «CKD DUKLA», Чешская республика.

99. AMIAD „EBS" FIILTERS. Рекламный проспект фирмы «Amiad Filtration Systems», Израиль.

100. SPIN-KLIN A Breakthrough in Automatic Filtration. Рекламный проспект фирмы «ARKAL Filtration Systems Ltd.», Израиль.

101. UNIBAD Badewasser-UmwÄlzpumpe. Рекламный проспект фирмы «J.H. Hoffman GmbH&Co».

102. Dipl.-Ing. L. Steffen, «Kreiselarbeitmaschinen- unentbehrliche Helfer», VEB FACHBUCHVERLAG LEIPZIG 1961, S. 44,45.

103. Коллинз Р. Течение жидкостей через пористые материалы. М.: Мир, 1964.350 с.

104. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М.: Химия, 1980.-400 с.

105. Магнус К. Колебания. Введение в исследование колебательных систем. М.: Мир, 1982.-304 с.

106. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышелнных сточных вод. М.: Химия, 1984. 448 с.

107. Оводова Н.В. Модификация поверхности зерен загрузки фильтров для увеличения их грязеемкости. М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР. 1973. Сер.З, вып. 7.

108. Ландау Л.Д., Лифшиц В.М. Теоретическая физика. Т. 4. Гидродинамика. М.: Наука, 1988.-736 с.

109. Маслов В.П., Данилов В.Г., Волосов К.А. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса. Эволюция диссипативных структур. М.: Наука. 1987. -352 с.

110. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972. 724 с.

111. Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. М.: Мир, 1984.

112. Табиш М.Н. Формирование вторичной пористой структуры в зернистой загрузке при очистке мутных вод фильтрованием. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. М.: МГУП, 1998.-21 с.

113. Бангура И.С. Исследование кольматации фильтров при добыче и очистке подземных вод на примере Московского глубокого дренажа. Автореф. дисс. . канд. техн. наук. М.: МГУП. 1996. 24 с.

114. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. 904 с.