СОРБЦИОННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относится к области очистки производственных вод от растворенных органических веществ, в том числе нефтяных углеводородов.
Известен сорбционный фильтр, загруженный активированным углем (Журба М.Г. Водоснабжение. - М.: Изд. архитектурно-строительных вузов. 2004. - с.146-151). Недостатком устройства являются большие габариты фильтра, а также недостаточно высокий эффект очистки воды.
Наиболее близким техническим решением того же назначения к заявляемому устройству является сорбционный фильтр (патент RU на изобретение №2422187). Сорбционный фильтр включает корпус, заполненный активированным углем марки АГ-3, и электроды, разграничивающие слои сорбента. Электроды образуют электрохимические источники тока, выполненные из перфорированных дисков из алюминия и графита, между которыми размещен гранулированный сорбент. Количество электрохимических источников тока равно 2-5. Фильтрование ведут со скоростью 5-11 м/ч. Недостатком фильтра является недостаточно высокая скорость очистки воды от растворенных органических веществ.
Задачей полезной модели является увеличение скорости фильтрования, а соответственно, скорости очистки воды от растворенных органических веществ.
Поставленная задача решается тем, что сорбционный фильтр, включающий сорбционную камеру, заполненную гранулированным активированным углем, и электроды, выполненные из алюминия и графита, разграничивающие слои сорбента в корпусе и создающие электрохимические источники тока, согласно полезной модели, сорбционная камера содержит два или более рядов стержневых алюминиевых электродов, соединенных проводником друг с другом, два или более рядов стержневых графитовых электродов, соединенных проводником друг с другом, причем ряды алюминиевых и графитовых электродов чередуются, создавая многоэлектродный источник тока, кроме того фильтр дополнительно содержит камеру генерации электрического тока, заполненную раствором NaCl, разделенную вертикальными перегородками на два или более отсеков, гидравлически соединенных друг с другом, в каждом отсеке размещены дополнительные электроды, образующие электрохимические источники тока, соединенные последовательно друг с другом и с электрохимическим многоэлектродным источником тока сорбционной камеры, а скорость фильтрования составляет 11-15 м/ч.
На фиг.1 показана схема сорбционного фильтра, на фиг.2 - электрическая схема подключения электродов.
Сорбционный фильтр состоит из корпуса 1. Подача воды осуществляется через патрубок 2, отвод воды - через патрубок 3. В корпусе сорбционного фильтра размещена сорбционная камера 4, заполненная сорбентом, и камера 5 генерации электрического тока. В верхней части сорбционной камеры 4 расположена сетка 6, препятствующая выносу сорбента в режиме обратной промывки фильтра. В объеме сорбента в камере 4 размещены чередующимися рядами стержневые электроды 7 из алюминия и стержневые электроды 8 из графита. Электроды из одинакового материала соединены проводником, образуя многоэлектродный источник тока, и соединены с клеммами 9 и 10, находящимися вне корпуса сорбционного фильтра. Электроды 7 и 8 расположены в шахматном порядке.
Камера 5 генерации тока разделена вертикальными перегородками на 2 или более отсека 11. В каждом отсеке размещены алюминиевые электроды 12 и графитовые электроды 13. Форма выполнения электродов не играет существенного значения, поэтому электроды в камере генерации электрического тока 5 могут быть стержневыми, плоскостными, объемными, пористыми и т.д. Электроды 12 и 13 могут быть выполнены из других известных электродных материалов, например цинк и медь, алюминий и железо. Электроды 12 и 13 в электролите образуют электрохимический источник тока в каждом отсеке камеры 5. Все источники тока этой камеры соединены последовательно и подключены к клеммам 9 и 10.
Сорбционный фильтр работает следующим образом. Очищаемую воду фильтруют в загрузке фильтра в направлении сверху вниз. В электрохимическом источнике тока, образованном электродами 7 и 8, возникает электродвижущая сила 4 и электрический ток. Сорбент, находящийся в электрическом поле между электродами, поляризуется, при этом увеличиваются силы адгезии, а, следовательно, повышается скорость очистки воды от растворенных органических веществ. В качестве сорбента использован гранулированный активированный уголь АГ-3.
Степень поляризации гранул активированного угля зависит от напряженности электрического поля, создаваемого электродами 7 и 8. Напряженность электрического поля зависит как от разности стандартных потенциалов между электродами, так и от расстояния между ними. Оптимальное расстояние определено в прототипе, а выбор электродных материалов ограничен. Поэтому предложено в корпусе сорбционного фильтра организовать дополнительную камеру 5, в которой разместить дополнительные источники тока. Камеру 5 целесообразно заполнить электролитом - водой с высокой минерализацией, например, раствором NaCl с концентрацией 100 г/л, для того, чтобы увеличить электродвижущую силу источника. Количество источников должно быть более двух, чтобы можно было их соединять последовательно для увеличения электродвижущей силы. Но для этого необходимо источники тока изолировать друг от друга перегородкой, не проницаемой для тока, но оставляя отверстие в перегородке для перетекания электролита. Поэтому камера 5 разделена на 4 отсека, в каждом из которых находится идентичный источник тока с электродами 12 и 13. При последовательном соединении таких источников тока электродвижущая сила практически увеличивается в 4 раза, что и требуется получить. Крайние клеммы образованной цепи дополнительных источников тока подключены к клеммам 9 и 10. Дополнительные источники тока играют роль внешних источников питания для многоэлектродного источника тока, размещенного в сорбенте. Это приводит к увеличению напряженности электрического поля в сорбенте, к увеличению эффекта поляризаций гранул сорбента, увеличению эффекта очистки воды от органических загрязнений.
Регенерация фильтра происходит обратным током воды. Замена раствора NaCl происходит периодически при снижении электродвижущей силы дополнительных источников тока.
Пример 1. В очищаемую воду введен органический краситель - метиленовый голубой. Степень загрязнения воды определяли по оптической плотности D с помощью фотоэлектрокалориметра. Исходное значение оптической плотности Do=1,0. Результаты очистки воды фильтрованием в сорбционном фильтре без дополнительных источников тока (прототип) и по полезной модели приведены в таб.1.
Таблица 1
Оптическая плотность воды после очистки в зависимости от скорости фильтрования.
Тип сорбционного фильтра
Скорость фильтрования, м/ч
8
11
14
17
20
23
Без дополнительных источников тока (прототип)
0,15
0,17
0,22
0,27
0,31
0,37
2 дополнительных источника тока
0,10
0,10
0,11
0,15
0,20
0,25
4 дополнительных источника тока
0,05
0,05
0,06
0,10
0,14
0,17
8 дополнительных источников тока
0,02
0,02
0,03
0,05
0,07
0,10
Из результатов экспериментов следует, что для полезной модели оптимальной следует считать скорость фильтрования 11-14 м/ч. При скорости фильтрования 11 м/ч эффект очистки воды по полезной модели выше, чем по прототипу:
- для 2 источников тока на 41,2%;
- для 4 источников тока на 70,6%;
- для 8 источников тока на 88,2%.