Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза
Узагальнені лабораторні та виробничі дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза, як такими, що найчастіше присутні у підземних водах України. Наведений метод розрахунку кольматажу фільтрів при недостатній концентрації закислих форм заліза та кисню у вихідній воді. Показано...
Saved in:
| Published in: | Екологічна безпека та природокористування |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58248 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза / А.М. Тугай, Я.А. Тугай // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 87-92. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860112935226966016 |
|---|---|
| author | Тугай, А.М. Тугай, Я.А. |
| author_facet | Тугай, А.М. Тугай, Я.А. |
| citation_txt | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза / А.М. Тугай, Я.А. Тугай // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 87-92. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологічна безпека та природокористування |
| description | Узагальнені лабораторні та виробничі дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза, як такими, що найчастіше присутні у підземних водах України. Наведений метод розрахунку кольматажу фільтрів при недостатній концентрації закислих форм заліза та кисню у вихідній воді. Показано вплив кольматажу фільтрів залізистими відкладеннями на продуктивність трубчастих колодязів.
Обобщены лабораторные и производственные исследования кольматажа фильтров трубчатых колодцев соединениями железа, которые наиболее распространены в подземных водах Украины. Приведен метод расчета кольматажа фильтров при недостаточной концентрации закисных форм железа и кислорода в исходной воде. Показано влияние кольматажа фильтров железистыми отложениями на производительность трубчатых колодцев.
The article sums up laboratory and full-scale researches on filter colmatage of piped wells by iron compounds, which are typical for Ukrainian groundwater. Calculation method for colmatage of filters at low concentrations of reduced form of iron and oxygen in initial water is given. Influence of filter colmatage by iron-containing deposits on debit of water wells is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:34:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
87
__________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________
Розділ 2. Основи природокористування та безпека
життєдіяльності
____________________________________________________________________________________________ ______________________________________________
УДК 628
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛЬМАТАЖУ ФІЛЬТРІВ
ТРУБЧАСТИХ КОЛОДЯЗІВ СПОЛУКАМИ ЗАЛІЗА
А.М. Тугай, д-р техн. наук, проф.;
Я.А. Тугай, канд. техн. наук, доцент
(Київський національний університет
будівництва і архітектури)
Узагальнені лабораторні та виробничі дослідження кольматажу фільтрів
трубчастих колодязів сполуками заліза, як такими, що найчастіше присутні у
підземних водах України. Наведений метод розрахунку кольматажу фільтрів при
недостатній концентрації закислих форм заліза та кисню у вихідній воді.
Показано вплив кольматажу фільтрів залізистими відкладеннями на
продуктивність трубчастих колодязів.
Обобщены лабораторные и производственные исследования кольматажа
фильтров трубчатых колодцев соединениями железа, которые наиболее
распространены в подземных водах Украины. Приведен метод расчета
кольматажа фильтров при недостаточной концентрации закисных форм
железа и кислорода в исходной воде. Показано влияние кольматажа фильтров
железистыми отложениями на производительность трубчатых колодцев.
The article sums up laboratory and full-scale researches on filter colmatage of
piped wells by iron compounds, which are typical for Ukrainian groundwater. Calculation
method for colmatage of filters at low concentrations of reduced form of iron and oxygen
in initial water is given. Influence of filter colmatage by iron-containing deposits on debit
of water wells is shown.
Широке дослідження існуючих методик розрахунку процесів кольматажу і
декольматажу фільтрів, забруднених сполуками заліза, проведено як
вітчизняними, так і зарубіжними авторами в лабораторних і виробничих умовах
© А.М. Тугай, Я.А. Тугай, 2012
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
88
[1,2,3,4]. При цьому порівняльний аналіз переважно виконано для умов, коли у
вихідній підземній воді концентрація закислих форм заліза значно перевищує
допустиму норму, а прийнята технологія очистки дозволяє в достатній кількості
забезпечити киснем процес знезалізнення (С>3 мг/л). У цьому випадку процес
накопичення осадів заліза на фільтрах проходить швидко, з інтенсивною
динамікою. Стосовно водозабірних свердловин, такий процес з високою динамікою
накопичення осаду відбувається при внутрішньопластовому знезалізненні, а
регенерацію свердловин проводять часто з використанням різних технологій їх
обробки. Враховуючи, що механізми і фізико-хімічні процеси кольматації фільтра
свердловин у цьому випадку будуть такі ж, як на очисних фільтрах, і
відрізнятимуться тільки особливістю потоку в області фільтрації, лабораторні
дослідження, які проведені на різних дослідних установках в умовах лінійного
фільтраційного потоку, на наш погляд, можуть бути використані при проведенні
порівняльного аналізу у випадку радіального фільтраційного потоку до
свердловин. Подібні підходи застосовані в роботах [5,6] при оцінці й аналізі
результатів теоретичних досліджень параметрів внутрішньопластового
знезалізнення підземної води за допомогою свердловин.
Стосовно очисних фільтрів, запропоновані методи розрахунку знезалізнення,
які розроблені на основі загальної математичної моделі, побудованої для лінійного
потоку, досить ґрунтовно апробовані в роботі [7]. При цьому були використані
дослідні дані, отримані в лабораторних і виробничих умовах різними авторами на
фільтрах з різними завантаженнями і режимами фільтрування [8]. В цілому ця
апробація показала достатню достовірність і надійність запропонованих моделей і
методів розрахунку. Тому вважаємо, що запропоновані моделі і методи роз-
рахунку, розроблені для умов радіального фільтраційного потоку на основі тих же
механізмів і фізико-хімічних процесів при інтенсивній динаміці їх протікання
переважно за рахунок гетерогенної реакції окислення, повинні давати також
задовільні результати. В якості прикладу розглянемо дослідження кольматації
фільтра, проведені в лабораторних умовах при інтенсивній динаміці накопичення
осаду заліза [7]. Опис дослідної установки і методики проведення цих дослідів
наведено в цій роботі, тому тільки зазначимо, що вміст загального заліза у вихідній
воді коливався в межах С01 ≈ 2,5...10 мг/л (в тому числі закисного заліза не менше
від 70%), забезпечення процесу киснем у достатній кількості (С02>3мг/л)
здійснювалось методом спрощеної аерації. Дослідження проводились у
лабораторних умовах на циліндричних фільтрах, які мали завантаження з
волокнисто-пористого полістиролу (ВПП) і з гранул пінополістиролу (ППС). У
роботі наведені результати цих досліджень, проведених при різних вихідних
значеннях концентрації С01, швидкості фільтрації V0 і параметрів завантаження.
Для можливості зіставлення дослідних даних з розрахунковими спочатку було
проведено аналіз значень коефіцієнтів фільтрації к, визначених за даними з
використанням для цього розробленої в роботі [7] методики обробки. Зіставлені
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
89
теоретичні і дослідні дані зміни k = k (σ3) для завантажень з ВПП d = 0,12 мм і п0=
0,79 і з ППС d = 0,5...3,0 мм, розглянуті у цій роботі, дозволили одержати наступні
значення: α = 1,00 дм3/г і k0 ≈ 90 м/год для ВПП і α = 1,10 дм3/г і k0 ≈110 м/год для
ППС. В цілому аналіз одержаних дослідних даних показав, що значення α для
завантаження з ВПП у кожному досліді були менші ніж для завантаження з ППС, а
концентрація осаду гідроксиду заліза σ3 в кінці досліду для завантаження з ВПП
була більша ніж для завантаження з ППС.
Рис.1.Зростання втрат напору Δh в фільтрі з ВПП завантаженням
На рис.1 показано зростання втрат напору у фільтрі Δh(L,t) при V0= const, що
відповідає зниженню рівня у свердловині S(r,t) при Q = const. У роботі [7], крім
графіка рис.1., наведені також результати порівняльного аналізу втрат напору на
очисних фільтрах з іншими типами завантаження (гравійно-піщане, гранули
пінополістиролу, керамзиту).
Здійснений порівняльний аналіз показав, що результати розрахунків у всіх
розглянутих випадках добре узгоджуються з дослідними даними, одержаними у
фільтрах з різним завантаженням і режимами фільтрування.
Таким чином, сказане вище зрештою дає підставу зробити висновок, що
розроблені загальні математичні моделі, які більш повно описують механізми і
особливості процесів формування кольматажу фільтрів, дозволяють розробити
досить надійні і достовірні методи розрахунку необхідних технологічних і
конструктивних параметрів. Порівняно з розглянутими вище, інший випадок
формування кольматажу спостерігався часто на фільтрах свердловин, коли
концентрація закислих форм заліза у вихідній воді була незначною і знаходилась
десь у межах допустимої, а концентрація розчиненого кисню також незначна і
процес окислення лімітувався нестачею кисню. У цьому випадку, як вже
зазначалося, процес кольматації фільтра буде проходити з дуже повільною
динамікою накопичення осаду. При цьому можна прийняти, що перехід закислих
форм заліза в гідроксидні відбувається переважно за спрощеною моделлю
кінетики гомогенної реакції в розчині з урахуванням впливу різних факторів на
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
90
проходження реакції і в цілому процесу кольматації. Вважається, що весь
утворений осад із сполук заліза осаджується в порах матеріалу фільтра. Таким
чином, процес кольматації фільтра в цьому випадку будемо розглядати на основі
наступної математичної моделі:
qtr
C
r
q
t
C
n 311
C
, (1)
1
3 kC
qt
(2)
при початкових і граничних умовах С1(r,0)=0, С1(r1,t)=С01, σ3(r,0)=0. У результаті
розв‘язання цих рівнянь одержимо при r~t :
r~
011 eCt,rC , (3)
r~teCnt,r r~
01C3 , (4)
де
q
Krr
r~
22
1
, t
n
k
t
C
, k - узагальнений коефіцієнт, який визначає швидкість
проходження реакції і осідання з води важкорозчинних солей, пс - усереднене
розрахункове значення пористості, інші позначення наведені вище. Згідно з
попередніми рекомендаціями усереднене значення коефіцієнта фільтрації по
всьому об‘єму фільтра приймаємо:
t
0c
C3ekk
. (5)
Вираз для усередненої величини масової концентрації осаду визначається за
формулою:
CC r~
C
r~
1
0
01C32
C
C3 er~e11tCntdt,rr
r1
2
t
, (6)
де
1
C
C
r
r
r~ ,
1r
r
r , t
n
K
t
C
,
q2
Krr
r~
2
C
2
1
C
,
m2
Q
q
.
При 5,0r~C і 1t , тобто для більшості практичних випадків маємо:
KtCt 01C3 . (7)
Величина зниження рівня у свердловині буде визначатися за формулою:
c
1
C r
r
ln
mk2
Q
tS
, (8)
а початкове значення (на початку експлуатації) буде:
c
1
0
0
r
r
ln
mk2
Q
S
, (9)
Порівнюючи (8) і (9), одержимо таке співвідношення для питомих витрат:
Розділ 2. Основи природокористування та безпека життєдіяльності
91
t
0
c
0
C3e
k
tk
q
tq
. (10)
Якщо прийняти концентрацію σ3с за формулою (7), то розрахунковій зале-
жності для визначення динаміки зниження питомих дебітів за рахунок кольматації
фільтра можна надати вигляду:
t
0
*e
q
tq
,
(11)
в якій узагальнений параметр кольматації (коефіцієнт ―старіння свердловини‖) β*
визначається за формулою:
KC01* .
(12)
Для цього випадку широкі багаторічні дослідження кольматації свердловин,
проведені нами в натурних умовах під час їх експлуатації в ряді регіонів України,
викладені у роботі [9].
При цьому в якості нормативних документів для проведення фізико-хімічних і
технологічних аналізів води свердловин, що досліджувались, були використані
матеріали державних стандартів (ДЕСТ «Вода питна», ДСанПіН, Руководство по
химическому и технологическому анализу воды).
Характеристики і параметри водоносних горизонтів, умови експлуатації
свердловин і їх параметри, методики проведення й обробки дослідів, необхідне
для цього обладнання і апаратура, а також аналіз одержаних результатів наведені
в роботах [9] та ін. Слід зазначити, що за наявності у воді навіть у незначних
кількостях заліза у формі Fe2+ і особливо після його трансформації у форму Fe3+
процес кольматації значно посилюється. Обробка дослідних даних з
використанням формул (11) і (12) показала, що за наявності у воді заліза
коефіцієнт β* змінювався в межах від 1,5-10-2 до 2,5-10-2 рік-1, а за наявності у воді
заліза, але в умовах підвищеної жорсткості води коефіцієнт β* змінювався в межах
1,5-10-2 до 4,0-10-2 рік-1. При цьому менші значення коефіцієнта β* приймаються в
перші роки експлуатації свердловин, коли кількість утвореного кольматанту ще
незначна і мало впливає на продуктивність свердловин, і більші значення
коефіцієнта β* приймаються після багаторічної їх експлуатації, коли кількість
утвореного осаду вже значно впливає на продуктивність свердловин, суттєво
знижуючи її дебіт. На рис. 2 в якості прикладу зіставлені дані багаторічних дос-
ліджень роботи свердловин, які переважно кольматуються сполуками заліза, з
результатами розрахунків згідно з наведеними вище рекомендаціями. У
розглянутих випадках, як це видно з рис.2, результати розрахунків добре
узгоджуються з дослідними даними.
Тому в зазначених умовах значно уповільненої динаміки накопичення осаду
переважно сполуками заліза, тобто при багаторічній експлуатації свердловин,
ефективність їх роботи в часі може бути оцінена і наближено визначена за
запропонованою вище методикою розрахунків.
Екологічна безпека та природокористування____________________________________
92
Рис.2. Динаміка зниження питомого дебіту свердловин внаслідок їх кольматації
переважно сполуками заліза при підвищеній жорсткості води
* * *
1. Тугай A.M., Олійник О.Я., Тугай Я.А. Продуктивність водозабірних свердловин в
умовах кольматажу, Харків ХНАМГ, 2004 - 240 с.
2. Алексеев B.C. Методика прогноза химического кольматанта фильтров
водозаборных скважин / Водоснабж. и сан.техника. - 1968, № 10. - С. 28 - 31.
3. Муфтахов А.Ж. К расчету дебита скважин с измененной проницаемостью
призабойной зоны. Труды института ВОДГЕО, гидрогеология. - М. - Вып. 13. 1966.-
С. 181-186.
4. Тугай А.М., Тугай Я.А. Кольматаж фільтрів і при фільтрових зон водозабірних
свердловин та методи їх регенерації// Будівництво України, К.: - ВП ―Гранмна‖. -
2002, № 5 - С. 27 - 31.
5. Алексеев B.C., Коммунар Г.М., Янбулатова Ф.Х. Расчеты установок
обезжелезивания подземных вод в водоносных пластах // Водосн. и сан. техн. -
1984. -№4.-С.16-18.
6. Коммунар Г.М., Середкина Е.В.Тегля В.Г. и др. Опыт внутрипластовой очистки
подземных вод от железа // Водосн. и сан. техн. - 1997. - № 11.-С. 10-11.
7. Киселев С.К. Моделирование и расчеты обезжелезивания воды на очистных
фильтрах с учетом изменения гидравлических свойств загрузки // Дис. канд. техн.
наук, 05.23.04. - К. - 2000. - 158 с.
8. Дренаж с волокнистыми фильтрами для защиты территорий от подтопления /
Пивовар Н.Г., Бугай И.Г., Фридрихсон В.А. и др. НАНУ, Институт гидромеханики. -
К. - 2000. - 332 с.
9.Тугай A.M., Прокопчук І.Т. Розрахунок додаткових опорів кольматажу фільтрів
свердловин з використанням дослідних даних // Вестник национального
технического университета ―ХПИ‖. - Харків.: - 2002. - том 1. - С. 84-88.
Отримано: 30.01.2012 р.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-58248 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0062 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:34:52Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тугай, А.М. Тугай, Я.А. 2014-03-21T14:05:00Z 2014-03-21T14:05:00Z 2012 Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза / А.М. Тугай, Я.А. Тугай // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2012. — Вип. 9. — С. 87-92. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. XXXX-0062 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58248 628 Узагальнені лабораторні та виробничі дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза, як такими, що найчастіше присутні у підземних водах України. Наведений метод розрахунку кольматажу фільтрів при недостатній концентрації закислих форм заліза та кисню у вихідній воді. Показано вплив кольматажу фільтрів залізистими відкладеннями на продуктивність трубчастих колодязів. Обобщены лабораторные и производственные исследования кольматажа фильтров трубчатых колодцев соединениями железа, которые наиболее распространены в подземных водах Украины. Приведен метод расчета кольматажа фильтров при недостаточной концентрации закисных форм железа и кислорода в исходной воде. Показано влияние кольматажа фильтров железистыми отложениями на производительность трубчатых колодцев. The article sums up laboratory and full-scale researches on filter colmatage of piped wells by iron compounds, which are typical for Ukrainian groundwater. Calculation method for colmatage of filters at low concentrations of reduced form of iron and oxygen in initial water is given. Influence of filter colmatage by iron-containing deposits on debit of water wells is shown. uk Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України Екологічна безпека та природокористування Основи природокористування та безпека життєдіяльності Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза Article published earlier |
| spellingShingle | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза Тугай, А.М. Тугай, Я.А. Основи природокористування та безпека життєдіяльності |
| title | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| title_full | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| title_fullStr | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| title_full_unstemmed | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| title_short | Результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| title_sort | результати дослідження кольматажу фільтрів трубчастих колодязів сполуками заліза |
| topic | Основи природокористування та безпека життєдіяльності |
| topic_facet | Основи природокористування та безпека життєдіяльності |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58248 |
| work_keys_str_mv | AT tugaiam rezulʹtatidoslídžennâkolʹmatažufílʹtrívtrubčastihkolodâzívspolukamizalíza AT tugaiâa rezulʹtatidoslídžennâkolʹmatažufílʹtrívtrubčastihkolodâzívspolukamizalíza |