К.т.н. Малютина Т.В., к.т.н. Кочергин А.С., к.т.н. Титов Е.А.,

студент Серединский А.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Экспериментальные исследования по использованию электрогидродинамического устройства для активации процесса обезжелезивания подземных вод

Одной из наиболее трудных проблем при обезжелезивании воды является удаление из нее органических форм железа. Однако, до настоящего времени, вопросами глубокого удаления железоорганических комплексов в процессах подготовки подземных вод, используемых для технических целей и, в частности, для питания промышленных котлов теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) уделялось недостаточное внимание, что диктует необходимость применения новых технологических и конструкторских решений в этой области.

Одним из таких решений является использование технологии, где в качестве аппарата для смешения и активации действия реагентов при обезжелезивании воды используется электрогидродинамическое устройство (ЭГДУ), обеспечивающее высокую эффективность процессов подготовки воды для технических нужд ТЭЦ [1-6].

С целью сокращения затрат коагулянтов при водоподготовке, авторами была разработана модель ЭГДУ, которая в составе лабораторной установки проходила испытания на ТЭЦ-3 г. Кузнецка Пензенской области. Конструкция ЭГДУ приведена в работах [3, 5].

Концентрация железа в воде была равна 4,8-4,9 мг/л, перманганатная окисляемость составляла 9,5-10 мгО/л.

В процессе экспериментов, проводимых на лабораторной установке, исследовалось влияние электрического поля, создаваемого в ЭГДУ, на кинетику очистки подземной воды при ее реагентной обработке. В качестве реагентов использовались органические реагенты FL-45 С и FO 4240, а также минеральный коагулянт ПОХА, которые вводились в воздушный патрубок эжектора при 20%-ной рециркуляции водовоздушной смеси. Исследовались два варианта наложения электрического поля на поток водовоздушной смеси в ЭГДУ:

1) центральный стержень – анод, корпус–катод; 2) центральный стержень – катод, корпус – анод.

Площадь поверхности центрального стержня составляла S₁=0,9∙10^-2 м², площадь внутренней поверхности ЭГДУ S₂=0,4 м². Напряжение на клеммах источника постоянного тока варьировалась от 12 В до 48 В, удельное количество электричества при расходе пропускаемой воды через ЭГДУ 1,8 м³/ч соответственно изменялось в пределах q=2,4-8,3∙10^-2 . Дозы вводимых органических реагентов изменялись от 0,05 мг/л до 0,3 мг/л, минеральных коагулянтов – от 5 до 30 мг/л.

Как показали эксперименты, анодная поляризация центрального стержня как при использовании органических, так и минеральных коагулянтов во всем диапазоне применяемых дозировок ухудшала качество фильтрата по соединениям железа по сравнению с экспериментами второго этапа, т.е. без наложения электрического поля. Для катодной поляризации центрального стержня ЭГДУ плотность тока на катоде изменялась от 4,8 А/м² до 16,3 А/м² при увеличении напряжения на электродах от 12 В до 48 В. В данном варианте наблюдалось улучшение эффекта очистки по сравнению с данными экспериментов, полученными без наложения электрического поля практически во всем диапазоне доз реагентов и значений напряжения на электродах. Наиболее значимые результаты были достигнуты при напряжении на электродах 48 В и удельном количестве электричества q=8,3·10^-2 А∙ч/м³. Так для коагулянта FL-45С при дозе 0,3 мг/л остаточная концентрация железа в фильтрате составила 0,83-0,84 мг/л, а для флокулянта FO 4240 при дозе 0,27-0,3 мг/л остаточное содержание железа было в пределах 0,4 мг/л. При дальнейшем увеличении доз органических реагентов эффект очистки воды от железа не наблюдался.

В случае использования минерального коагулянта ПОХА с катодной поляризацией центрального стержня ЭГДУ лучшие результаты по эффективности удаления железа (Fe_ост=0,22 мг/л, эффект очистки 95,5%) были получены при дозах коагулянта Д_к=25 мг/л и удельном расходе электричества q=8,3·10^-2 . При дозах коагулянта более 25 мг/л улучшение не наблюдалось. Увеличение удельного расхода электричества свыше 8,3·10^-2 при дальнейшем возрастании напряжения на центральном стержне ЭГДУ также не привело к улучшению эффекта дальнейшей очистки воды от соединений железа.

Наилучшие результаты очистки воды от железа после реагентной обработки и двухступенчатого фильтрования были достигнуты при дозах ПОХА Д_к=15-17 мг/л с добавлением флокулянта FO 4240 с дозами Д_р=0,15-0,2 мг/л (Fe_ост=0,12-0,14 мг/л, эффект очистки 97,3%). При дальнейшем увеличении доз FO 4240 эффект очистки воды от железа практически не увеличивался.

Экспериментальные данные по удалению взвешенных веществ и перманганатной окисляемости из подземной воды показали, что при дозах коагулянта ПОХА Д_к=17-17,5 мг/л совместно с FO 4240 в дозах Д_р=0,15-0,2 мг/л достигается уменьшение мутности воды с 16-17 мг/л до 1 мг/л и менее, что соответствует требованиям, предъявляемым к добавочной воде ТЭЦ (М_ост.тр≤1 мг/л). При дозах коагулянта ПОХА и флокулянта FO 4240 соответственно Д_к=16-17 мг/л и Д_р=0,2 мг/л достигается снижение перманганатной окисляемости подземной воды после двухступенчатого фильтрования до 3 мгО/л и менее, что соответствует требованиям, предъявляемым к добавочной воде ТЭЦ (ПО_ост.тр≤3 мгО/л).

Литература

1.Grishin, B.M. Removal of iron organic forms from underground water with application of reagents and electric field / B.M. Grishin, M.V.Bikunova, S.Y. Andreev, N.N. Laskov, A.I. Shein, O.N. Zubareva // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2017. – № 12. - №4. – С. 1025-1029.

2. Гришин, Б.М. Технологии реагентной обработки природных вод с применением вихревых смесительных устройств / Б.М. Гришин, И.А. Гарькина, Н.Г. Вилкова, М.В. Бикунова, А.И. Шеин // Региональная и строительство. – 2016. - №4(29). – С. 100-107.

3. Гришин, Б.М. Реагентное обезжелезивание подземных вод с применением электрогидродинамического устройства / Б.М. Гришин, А.Н. Кошев, М.В. Бикунова, М.А. Сафронов // Региональная архитектура и строительство. – 2016. - №3(27). – С. 118-124.

4. Гришин, Б.М. Теоретические обоснование использования электрогидродинамических устройств для обработки подземных вод, содержащих органические формы железа / Б.М. Гришин, М.В. Бикунова, Т.В. Малютина, А.А. Зебрев // Альманах современной науки и образования. – 2014. - №7(85). – С. 58-61.

5. Гришин, Б.М. Использование электрогидродинамических устройств для реагентной обработки подземных вод / Б.М. Гришин, С.Ю. Андреев, А.Н. Кошев, Н.Г. Вилкова, М.В. Бикунова / Региональная архитектура и строительство. – 2012. - №2. – С. 121-127.

6. Крымкин, А.В. Очистка подземных вод от трудноокисляемых форм железа / А.В. Крымкин, Б.М. Гришин // Региональная архитектура и строительство. – 2009. - №1. – С. 113.