Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новой безреагентной технологии удаления из воды ионов железа

Сведения об участнике
ФИО
Труфанов Алексей Романович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодский государственный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о Земле, экология и рациональное природопользование
Раздел области наук
Экология
Тема
Разработка новой безреагентной технологии удаления из воды ионов железа
Резюме
В данной работе была поставлена цель: разработать новый способ обезжелезивания подземных вод с утилизацией железа и устройство для его осуществления. Существующие способы обезжелезивания по сравнению с предлагаемым:
1. ограничены по содержанию общего и двухвалентного железа в исходной воде, pH, др.;
2. громоздки, требуют высоких затрат;
3. имеют значительное количество отходов в промывной воде, не имеют систем для утилизации удаленного из воды железа;
4. плохо управляемы и ненадежны.
При этом большое количество удаляемого железа отправляется в канализацию, то есть ни один из существующих способов не предусматривает утилизацию железа.
Ключевые слова
Подземные воды, обезжелезивание, утилизация железа
Цели и задачи
Понимая проблемы связанные с использованием подземных вод с повышенным содержанием железа, в данной научно-исследовательской работе была поставлена цель: разработать новый способ обезжелезивания подземных вод с утилизацией железа и устройство для его осуществления, которое бы не только исключало недостатки существующих систем очистки, но и давало бы совершенно новый взгляд на данную проблему. Для достижения этой цели в её рамках были определены следующие задачи:
1. оценить существующие системы обезжелезивании природных вод и выявить их недостатки;
2. разработать новый способ обезжелезивания природных вод;
3. разработать новое устройство обезжелезивания, основанное на новом способе обезжелезивания;
Введение

На юге Дальнего Востока, Западно-Сибирской низменности, Севере Европейской части России в том числе и на территории Вологодской области подземные воды используемые для обеспечения населения питьевой водой имеют повышенные концентрации железа. Например, только в Вологодской области из 3 тыс. действующих скважин 2,4 тыс. имеют превышения ПДК по концентрации железа. Согласно СанПиН содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л[1]. Эффективному решению этой проблемы посвящена данная работа. 

Методы и материалы

Решения поставленной цели подразумевало использование как группы эмпирических методов исследования, так и теоретического познания.

Наши исследования были основаны на свойстве подвижности иона железа в постоянном электрическом поле.[2]

Экспериментальная часть исследований представляла из себя пропуск с постоянным расходом снизу вверх воды, имеющей определенную концентрацию железа, через емкость цилиндрической формы из диэлектрика, на внутренней поверхности которой расположен инертный анод в виде спирали, а в центре - катод в виде круглого железного стержня. На начальной стадии исследования между электродами было установлено постоянное электрическое поле с начальным значением градиента потенциала. На выходе из емкости вода пропускалась через фильтрующую перегородку и затем контролировалось содержание железа в фильтрате. В дальнейшем исследовались процессы обезжелезивания при градиентах потенциала до 10 В/см. При этом визуально наблюдались изменение структуры взвеси на фильтрующей перегородке и структура катода.

Используя метод сравнительного анализа был посчитан экономический эффект от разработанного устройства. 

Описание и обсуждение результатов

Таблица – Результаты исследований влияния градиента потенциала на содержание железа в фильтрате

Градиент потенциала, В/см

Наличие осадка, % от общей массы

Содержание железа в фильтрате, г/м3

На катоде

В фильтрате

3

95

5

0.6

3.5

95

5

0.5

4

90

10

0.4

4.5

90

10

0.3

5

90

10

Менее 0.3

6

85

15

Менее 0.3

7

85

15

Менее 0.3

8

85

15

Менее 0.3

9

75

25

0.6

10

65

35

1.0

  1. В процессе обезжелезивания воды имеется возможность обеспечивать требуемое содержание железа в фильтрате путем регулирования градиента потенциала.
  2. При выборе условий обезжелезивания оптимальным принимается вариант, когда обеспечивалось максимальное увеличение массы железа на катоде.

Ближайшему к предлагаемому устройству для реализации данного способа является установка обезжелезивания воды патент RU 2501740 [3]. Однако данное устройство имеет ряд существенных недостатков:

  1. Малая производительность из-за больших затрат промывной воды для отделения гидроксида железа от катода.
  2. Необходимость использования не менее двух корпусов, так как в одном из них осуществляется процесс обезжелезивания, а в другом – отмывка катода.
  3. Большие размеры каждого корпуса из – за малого градиента потенциала (до 2 В/см) и, следовательно, малой скорости передвижения ионов железа от анода к катоду.
  4. Сложная, громоздкая и малоэффективная система сооружений для утилизации гидроксида железа.

Устранение данных недостатков достигается тем, что в разрабатываемом устройстве обезжелезивание подземных вод происходит за счет увеличения градиента потенциала больше 2 В/см, что в свою очередь приводит к крепкому осаждению на катоде ионов железа находящихся в воде. Так как на катоде происходит жесткое закрепление ионов железа находящихся в воде, то его утилизацию можно назвать добычей железа из подземных вод, то есть комплексному использованию природных ресурсов.

В предлагаемом устройстве предусмотрен блоком автоматического управления (полная автоматизация всех процессов). Использование предлагаемого способа и устройства позволит:

  1. Увеличить производительность, за счет отказа от отмывки и необходимости отделения гидроокиси железа от катода.
  2. Обеспечить процесс обезжелезивания в одном малогабаритном корпусе.
  3. Отказаться от громоздкой и затратной системы сооружений для утилизации гидроксида железа.

Экономический эффект достигается за счет сбора железа перешедшего из очищаемых подземных вод на катод. 

Используемые источники
1. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – Введ. 01.01.01. – Москва: Госэпидемнадзор России, 2001. – 111 с.
2. Патент 2501740 Российская Федерация, Устройство для обезжелезивания подземных вод / С. М. Чудновский, Г.А. Тихановская, Л.М. Воропай, М.Н. Орлова, Н.А. Волохова, С.В. Шмырин, А.А. Суконщиков; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.тех.ун-т. – Опубл. 20.12.2013. Бюл.№35. – С. 7-9.
3. Заявка №2016112558 Российская Федерация, Способ обезжелезивания подземных вод с утилизацией железа и устройство для его осуществления / С.М Чудновский, Г.А. Тихановская, Л.М. Воропай, А.Р. Труфанов; заявитель и патентообладатель Вологодский гос.ун-т. – Дата поступления 04.04.2016.


Information about the project
Surname Name
Trufanov Alexei
Project title
Development of new technologies nonchemical removal of the water of iron ions
Summary of the project
In this study, the goal was set: to develop a new method of iron removal of underground water recycling iron and device for its implementation. Existing methods of iron removal as compared with the present:
1. limited in content and total iron in the ferrous raw water, pH, etc .;
2. cumbersome, require high costs;
3. have a significant amount of waste in the wash water do not have systems for recycling of iron removed from the water;
4. poorly managed and unreliable.
A large amount of iron removed is sent to the sewer, that is none of the existing methods do not provide recycling of iron.
Keywords
Underground water, removal of iron, iron utilization