Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой

Полезная модель относится к области очистки сточных вод предприятий от загрязняющих веществ, в частности ионов тяжелых металлов, органических соединений, поступающих со сточными водами в окружающую среду.
Известен биосорбционный фильтр для очистки сточных вод, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, причем в качестве наполнителя он содержит слои: сорбент Н - недожог окорки древесины, кору елово-осиновую 5-летнюю и отход целлюлозно-бумажной промышленности - скоп, в качестве мелкозернистой загрузки - гравий фракции 50-100 мм; в качестве крупнозернистой загрузки - шлак; последовательность расположения слоев в корпусе фильтра по ходу движения очищаемой воды следующая: кора, шлак, скоп, сорбент, гравий(патент РФ №2186618, кл. B01J 20/00, B01D 39/00, 2002).
Недостатком этого устройства является невозможность замены отдельного слоя сорбента и необходимость замены всей загрузки целиком, что требует дополнительных усилий и затрат.
Известен сорбционный фильтр для очистки воды, содержащий расположенные одна над другой кассеты, заполненные зернистой загрузкой, средство для подачи очищаемой воды в верхнюю кассету и патрубок для отвода очищенной, присоединенный к нижней кассете, при этом кассеты выполнены в виде расположенных одна в другой емкостей, внутренняя емкость имеет в верхней части отверстия для перелива избыточной воды и в ней расположена загрузка, а внешняя снабжена средством для установки кассет одна на другую и их снятия (патент RU №2073551, кл. B01D 24/10, Бюл. №27, 2000).
Недостатком данного устройства является большая вероятность поступления в верхнюю кассету залповых расходов очищаемой воды, приводящих к излишкам сбросов через борта кассет, неравномерности распределения воды по площади кассеты и к образованию воронок размыва в фильтрующих загрузках верхних кассет.
Известен сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод, содержащий расположенные одна над другой три кассеты, выполненные в виде отдельных емкостей, заполненных различными сорбентами, и снабженные средствами для установки и фиксации кассет одна над другой, причем кассеты выполнены из высокопрочного пластика, а в днище каждой кассеты имеются равномерно распределенные по площади цилиндрические водопропускные отверстия, и на дне каждой кассеты размещена сетка с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента; кроме того, в качестве заполнителя каждой из кассет используются сорбенты: верхней кассеты - силикагель марки МСКГ; средней кассеты - анионит марки АВ-29-12П; нижней кассеты - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-570°С; при этом конструкция накрыта металлической крышкой, с внутренней стороны которой равномерно размещены по площади и закреплены перфорированные пластиковые трубки, прикрепленные к металлической крышке корпуса, соединены со шлангом подачи очищаемой воды, а нижняя кассета размещена на металлической стойке, к которой прикреплен водосборный патрубок для очищенной воды (патент RU №210852, кл. C02F 1/28, B01D 24/14, Бюл. №14, 2022).
Недостатком этого фильтра является сложность конструкции, а также необходимость тщательного уплотнения и герметизации кассет фильтра друг над другом в рабочем состоянии для недопущения протечек очищаемой воды, что требует дополнительных финансовых затрат, строгого постоянного контроля состояния фильтра и замены уплотнителей между кассетами.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является фильтр с двухкомпонентной загрузкой, содержащий корпус, имеющий вход для подачи исходной воды и выход для отвода очищенной воды, причем внутри корпуса размещена загрузка, одним из компонентов которой является марганецсодержащий фильтрующий материал, а вторым компонентом загрузки является инертный фильтрующий материал, фракция обоих компонентов составляет 0,5-1,0 мм, а объемная доля второго компонента составляет 0,1-0,9; при этом в качестве марганецсодержащего материала используют пиролюзит, в качестве инертного фильтрующего материала используют диатомитовые породы, дробленый или окатанный кварцевый песок (патент RU №209638, кл. C02F 1/00; B01D 24/10, Бюл. №8, 2022).
Недостатком данного устройства является большая вероятность поступления сверху в загрузке залповых расходов очищаемой воды, приводящих к неравномерности распределения воды по площади фильтра, при котором боковые части загрузки, расположенные дальше от входа очищаемой воды, будут недостаточно задействованы в работе, что снизит эффективность работы фильтра, а также приведет к образованию воронки размыва в фильтрующей загрузке; кроме того, перемешивание сорбционных материалов компонент фильтрующей загрузки может привести к снижению адсорбционной активности сорбентов.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности очистки воды за счет равномерности поступления и распределения воды в фильтрующей загрузке, а также неперемешивания компонент загрузки внутри корпуса фильтра.
Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки воды и повышении надежности конструкции.
Указанная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает корпус, имеющий вход для подачи исходной воды и выход для отвода очищенной воды, размещенную внутри корпуса загрузку, систему промывки загрузки; при этом корпус накрыт крышкой, под которой установлены соединенные с входом и равномерно распределенные по площади перфорированные пластиковые трубки, что способствует равномерному распределению исходной воды по площади фильтра при попадании ее в верхнюю часть загрузки через отверстия в трубках и повышению эффективности очистки воды. Во-вторых, между компонентами загрузки размещена сетка с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента, что исключает перемешивание компонентов загрузки, повышая тем самым эффект сорбционной очистки воды. В-третьих, одним из компонентов загрузки является анионит марки АВ-17-8, обладающий высокой степенью адсорбционного извлечения ионов тяжелых металлов, ароматических соединений и других токсикантов из водных растворов, а вторым компонентом загрузки является бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С, являющийся высокоэффективным адсорбентом большинства приоритетных загрязняющих веществ из водных растворов. Фракция обоих компонентов составляет 0,5-1,5 мм, а объемная доля второго компонента составляет 0,5-0,9, что обеспечивает наилучший эффект очистки воды.
На фиг. 1 изображен адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой.
Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает корпус 1, имеющий вход 2 для подачи исходной воды и выход 3 для отвода очищенной воды, размещенную внутри корпуса 1 загрузку 4. Корпус 1 адсорбционного фильтра накрыт крышкой 5, под которой установлены соединенные с входом 2 и равномерно распределенные по площади перфорированные пластиковые трубки 6, выполненные с возможностью равномерной подачи исходной воды в верхнюю часть загрузки 4 через отверстия 7 в трубках 6. Между верхним 8 и нижним 9 компонентами загрузки 4 размещена сетка 10 с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента. Верхний 8 компонент загрузки 4 представляет собой анионит марки АВ-17-8, а нижним 9 компонентом загрузки 4 является бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С; кроме того, фракция обоих компонентов составляет (0,5-1,5) мм, а объемная доля нижнего 9 компонента составляет 0,5-0,9. Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает насос 11 подачи исходной воды, а также снабжен системой промывки загрузки 4, которая включает трубопровод 12, насос 13 подачи воды на промывку, размещенные в корпусе 1 вход 14 и выход 15 для подачи и отвода воды на промывку загрузки 4.
Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой работает следующим образом.
Исходная вода при помощи насоса 11 через вход 2 корпуса 1 поступает в перфорированные пластиковые трубки 6 и далее через отверстия 7 в трубках 6 направляется в верхнюю часть загрузки 4, равномерно распределяясь по площади, что обеспечивает полноценную работу верхнего 8 компонента загрузки 4 по всей площади корпуса 1 фильтра и позволяет увеличить эффект очистки воды. Профильтровав через верхний 8 компонент загрузки 4, очищаемая вода поступает к сетке 10, и далее через отверстия в сетке 10 - в нижний 9 компонент загрузки 4. После чего профильтровав через нижний 9 компонент загрузки 4, очищенная вода поступает на выход 3. В процессе фильтрации очищаемой воды последовательно через оба компонента фильтрующей загрузки 4 реализуется эффект динамической адсорбции загрязняющих веществ разной природы на обоих сорбентах.
Повышение эффективности очистки воды достигается за счет равномерного распределения исходной воды по площади фильтра при попадании ее в верхнюю часть загрузки 4 через отверстия 7 в перфорированных трубках 6, что исключает залповые расходы воды, обеспечивая повышение безотказности конструкции. Повышение качества очистки воды обеспечивается недопущением перемешивания компонентов 8 и 9 загрузки 4 путем размещения между ними сетки 10 с отверстиями диаметром равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента, что способствует усилению эффекта сорбционной очистки воды. Повышение эффекта водоочистки обеспечивается также за счет использования в качестве компонентов загрузки высокоэффективных сорбционных материалов: верхний 8 компонент - анионит марки АВ-17-8, обладающий высокой степенью адсорбционного извлечения ионов тяжелых металлов, ароматических соединений и других токсикантов из водных растворов, нижний 9 компонент - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С, являющийся высокоэффективным адсорбентом большинства приоритетных загрязняющих веществ из водных растворов.
2+
2+
Пример использования предлагаемого адсорбционного фильтра с двухкомпонентной загрузкой, включающей анионит марки АВ-17-8 и бентонит, модифицированным углеродными нанотрубками после термической обработки при температуре 550-560°С, для очистки воды от ионов металлов Fe и Cu по сравнению с прототипом и загрузкой из традиционно используемого активированного угля марки БАУ-А. Подробно состав каждого варианта фильтра приведен в таблице.
2+
2+
2+
2+
3
4
2
4
2
По результатам исследований построена диаграмма на фиг. 2, отражающая сравнительную характеристику эффективности каждой фильтрующей загрузки, позволяющая сравнить эффективность фильтрации при очистке воды от ионов металлов Fe и Cu. Модельные водные растворы соединений FeSO⋅7HO и CuSO⋅5HO содержали ионы Fe и Cu в концентрациях 20÷100 мг/дм. Объем каждого из модельных растворов составлял 500 мл.
2+
2+
Полученные результаты показали, что фильтр с загрузкой №3 имеет существенное преимущество по эффективности очистки воды от ионов Fe и Cu, по сравнению с фильтрами с загрузками №1 и №2.