стр. 274 из 278 1. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М: Химия, 1984. 448 с. 2. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение. М: Стройиздат, 1995. 688 с. 3. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М: Стройиздат, 1987. 240с. УДК 628.161.1/546.72 ФОРМИРОВАНИЕ ХЕМОСОРБЦИОННОГО СЛОЯ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЗАГРУЗКИ МЕДЛЕННОГО САМООЧИЩАЮЩЕГОСЯ ФИЛЬТРА ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ Юровский Александр Викторович, соискатель, Лукашева Галина Николаевна, кандидат химических наук, доцент, alex_1983@hotbox.ru, ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва On the basis of the experimental data received at laboratory researches of the slow selfcleared filter of deironing, specific speed of formation of a chemisorption layer of filtering стр. 275 из 278 loading is calculated. The authors considered the ideas about about the chemical chemisorption nature of a layer and mechanisms of oxidation and chemisorption pollution. Dependence of speed of formation of a chemisorption layer from duration of a filtration cycle is received. На основании экспериментальных данных, полученных при лабораторных испытаниях медленного самоочищающегося фильтра обезжелезивания, рассчитана удельная скорость формирования хемосорбционного слоя фильтрующей загрузки. Рассмотрены, имеющиеся в литературе, представления о химической природе хемосорбционного слоя и механизмах окисления и хемосорбции загрязнений. Получена зависимость скорости формирования хемосорбционного слоя от продолжительности фильтрационного цикла. Key words: The filtering, the self-cleared filter, chemisorption layer, clearing of iron connections Ключевые слова: фильтрование, самоочищающийся фильтр, хемосорбционный слой, очистка от соединений железа Медленный самоочищающийся фильтр предназначен для очистки природных вод от соединений железа. Фильтрующая загрузка фильтра, Birm Regular, - каталитический материал, используемый для насыпных фильтров. Он действует как катализатор на железо и на марганец, вызывая окисление Fe2+ растворенным в фильтруемой воде кислородом. Сформировавшийся в процессе фильтрования воды, содержащей соединения Fe 2+ и Fe 3+ , слой пленки из гидроксида железа (III) на поверхности фильтрующей загрузки, является эффективным фильтрующим материалом. На нем происходит хемосорбция соединений железа (II) и (III) из объема раствора. Эффективность сформировавшейся пленки также объясняется каталитической активностью свежеосажденного Fe3+ в процессе окисления Fe 2+ в Fe 3+ . Поэтому процесс фильтрования характеризуется высоким эффектом обезжелезивания и замедленным темпом прироста потерь напора, что способствует увеличению продолжительности фильтроцикла. С течением времени, под действием веса фильтруемой воды, гель уплотняется, теряя некоторую часть жидкости, входящей в его структуру, - стареет. Процессы гидролиза и образования гидрогелей соединениями железа (III) имеют свои специфические особенности. Механизм формирования адсорбционной пленки на поверхности зерен фильтрующей загрузки можно представить следующим образом [1]. В стр. 276 из 278 Растворах, содержащих ионы Fe2+ и Fe3+ в результате гидролиза солей образуются гидроксиды железа (II) и (III). Гидроксид железа (II) под действием кислорода частично окисляется до гидроксида железа (III). Высокодисперсные положительно заряженные коллоидные частицы гидрозоля железа (III) адсорбируютcя на отрицательно заряженной поверхности зерен фильтрующей загрузки. В объеме раствора происходит коагуляция коллоида. Осевшие частицы гидрозоля постепенно агломерируются и покрывают всю поверхность загрузки. По мере фильтрования новых порций воды, окислению подвергается все железо, находящееся на поверхности загрузки и способное к окислению. Рентгенографические исследования [2] показали, что поверхностная, активная пленка состоит из следующих гидратированных форм Fe3+: α − FeOOH , γ − FeOOH , β − FeOOH , δ − FeOOH . При этом в ее составе содержится максимальное количество β − Fe 2 O 3 ⋅ H 2 O , β − HFeO 2 , β − FeOOH , несколько меньше α − Fe 2 O 3 ⋅ nH 2 O и α − FeOOH , а уже затем идут другие формы железа. Возникающая на поверхности зерен загрузки молекулярная структура довольно устойчива. На основании экспериментальных данных, полученных при испытании медленного самоочищающегося фильтра обезжелезивания воды, [3] проведен расчет скорости формирования хемосорбционного слоя на поверхности загрузки. Удельную скорость формирования фильтрационного слоя для каждого периода цикла определяли по формуле: vзадер.i = m задер.i / (ti * Sф), (1) где m задер.i – масса задержанных загрязнений в «i» момент времени; ti – i-время; Sф – площадь сечения фильтра = 0,238 м2. Результаты расчета представлены в таблице 1. Массу адсорбционной пленки (m ф.сл.лок.), сформированной за период, определяем по массовому балансу, используя концентрации C Fe2+ в модельном растворе, C Fe3+ в фильтрате и объем фильтрата - Vлок. mф.сл.лок. = K*C Fe2+ * Vлок. – C Fe3 * Vлок. , (2) где К = MFe(OH)3 / MFe(OH)2 = 1,19. М – молярная масса гидроксидов. Полученные результаты показали, что для медленного самоочищающегося фильтра скорость формирования хемосорбционного слоя во времени уменьшается от 1,125 мг/мин.м2 , в начале фильтрационного цикла, до 0,755 мг/мин.м2 в конце цикла перед регенерацией фильтра (графа 9,таблицы 1). стр. 277 из 278 Расчет скорости формирования фильтрационного слоя. Таблица 1 Фильтрационный цикл 2. СFe3+ в модельном растворе 16,0 мг/л. Sфильтра – 0,238 м2 № э т 1 2 3 4 5 6 7 8 t t, общ., лок., мин. мин. 20 45 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 345 360 375 390 405 420 450 480 510 540 570 20 25 15 30 30 30 30 30 30 30 30 30 15 15 15 15 15 15 30 30 30 30 30 Vi, лок., л СFe3+ фильт. мг/л mi(Fe3+) в фильт. мг mi(Fe3+) в мод. р-ре, мг 0,27 0,38 0,32 0,37 0,37 0,39 0,42 0,9 0,9 0,9 0,9 0,1 0,1 0,2 0,243 0,342 0,288 0,333 0,037 0,039 0,084 5,141 7,235 6,093 7,045 7,045 7,426 7,997 0,47 0,44 0,40 0,43 0,42 0,25 0,22 0,21 0,19 0,19 0,19 0,44 0,38 0,35 0,34 0,33 0,6 0,5 0,5 0,5 0,2 0,7 0,5 0,5 0,3 0,3 0,2 0,5 0,5 0,4 0,3 0,3 0,282 0,220 0,200 0,215 0,084 0,175 0,110 0,105 0,057 0,057 0,038 0,22 0,19 0,14 0,102 0,099 8,949 8,378 7,616 8,187 7,997 4,760 4,189 3,998 3,618 3,618 3,618 8,378 7,235 6,664 6,474 6,283 600 630 660 690 30 30 30 30 0,39 0,36 0,33 0,34 0,5 0,4 0,4 0,3 0,195 0,144 0,132 0,102 7,426 6,854 6,283 6,474 720 750 780 810 30 30 30 30 0,37 0,35 0,34 0,34 0,4 0,3 0,3 0,2 0,148 0,105 0,102 0,068 7,045 6,664 6,474 6,474 840 870 900 930 960 990 1025 30 30 30 30 30 30 30 0,40 0,30 0,28 0,25 0,31 0,27 0,327 0,9 0,5 0,3 0,2 0,3 0,2 0,2 0,36 0,15 0,084 0,05 0,093 0,054 0,065 7,616 5,712 5,331 4,760 5,902 5,141 6,226 v, mлок.(Fe3+) задер. на форм.ф.сл., фильтре, мг мг/мин*м2 4,898 6,893 5,805 6,712 7,008 7,387 7,913 1,029 1,158 1,626 0,94 0,982 1,034 1,108 ∑=46,616 vср.=1,125 8,667 8,158 7,416 7,972 7,913 1,214 1,142 1,038 1,116 1,108 ∑=40,126 vср.=1,124 4,585 4,079 3,893 3,561 3,561 3,580 1,248 1,142 1,090 0,997 0,997 1,003 ∑=23,259 vср.=1,086 8,158 7,045 6,524 6,372 6,184 1,142 0,987 0,914 0,892 0,866 ∑=34,283 vср.=0,960 7,231 6,710 6,151 6,372 1,013 0,940 0,861 0,892 ∑=26,464 vср.=0,926 6,897 6,559 6,372 6,406 0,966 0,917 0,892 0,897 ∑=26,234 vср.=0,918 7,256 5,562 5,247 4,710 1,016 0,779 0,735 0,660 ∑=22,275 vср.=0,798 5,809 5,087 6,161 0,814 0,712 0,740 ∑=17,057 vср.=0,755 mi тек (Fe3+), мг 4,898 11,791 17,596 24,308 31,316 38,703 46,616 55,283 63,441 70,857 78,829 86,742 91,327 95,406 99,299 102,860 106,642 110,001 118,159 125,204 131,728 138,100 144,284 151,515 158,225 164,376 170,728 177,645 184,204 190,576 196,982 204,238 209,800 215,047 219,757 225,566 230,663 236,814 стр. 278 из 278 Рис. 1. Зависимость концентрации Fe3+ в фильтрате от локальной массы Fe(OH)3 Эффективность очистки фильтруемой воды с концентрацией Fe2+ - 16 мг/л в модельном растворе такова, что после 20 минут работы фильтра средняя концентрация Fe3+ в фильтрате составляет – 0,9 мг/л, а в конце фильтрационного цикла, на 960 минуте – 0.3 мг/л (графы 2 и 5 таблицы 1). По графической зависимости концентрации Fe3+ от массы свежеосажденного Fe(OH)3, представленной на рисунке 1, была установлена минимальная удельная масса хемосорбционной пленки, необходимая для тонкой очистки от соединений железа (от 0,9 мг/л до ПДК - 0,3 мг/л). Она составляет 92 мг/м2. В действительности же, в процессе очистки, задействован весь сформированный поверхностный слой. Однако вклад состарившегося и свежеосажденного гелей различен, что также прослеживается на рисунке 1 при сравнении результатов по обезжелезиванию, полученных на различных этапах фильтрационного цикла. Литература 1. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М: Наука, 1977. 356 с. 2. Николадзе Г.И.. Улучшение качества подземных вод. М: Стройиздат, 1987. 240с. 3. Юровский А.В., Лукашева Г.Н. Исследование эффективности работы медленного самоочищающегося фильтра // Материалы всероссийской научной аспирантов и молодых ученых «Современные проблемы туризма и сервиса». М: ФГОУВПО «РГУТиС», 2010. конференции