ФИЛЬТР ДЛЯ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ПЫЛЕВИДНЫМ АКТИВИРОВАННЫМ УГЛЁМ (ПАУ).

Полезная модель относится к устройствам для очистки сточных вод или доочистки воды для получения воды питьевого качества и может быть использована в коммунальном хозяйстве на очистных станциях питьевого водоснабжения.
Известно, использование активированных углей для извлечения из воды органических веществ (ПАВ, ядохимикатов, микроорганизмов), драгоценных металлов (золота и серебра) С.Н. Линевич, С.В. Гетманцев. Современные и перспективные методы и технологии кондиционирования природных вод в водоснабжении. М.: Издательство ОАО «Аурат». 2013 г. - 324 с. [1].
С.Н. Линевич и С.В. Гетманцев рекомендуют сочетать окислительные и сорбционные методы, например, озонирование и углевание с помощью ПАУ-пылевидных активированных углей.
3
+
Подготовка озона достаточно затратный метод получения активного окислителя, да и озон летучее соединение и обслуживающий персонал может пострадать при контакте с ним. Поэтому более перспективен окислитель, полученный в проточных электролизерах из хлоридов молекул воды (гипохлорид HClONa и О+Н. При взаимодействии с тиосульфатом
2
2
3
2
4
2
NaSO+HOCl→NaSO+S (коллоидная сера)
3
2
2
2
2
2
2
и аминами HOCl+NH→NHCl+HO, NHCl+HOCl→NHCl+HO образуются моно и дихлорамины. ПАУ задерживает и коллоидную серу и активные формы хлора HOCl, NHCl и непрореагировавшие ПАВ, ядохимикаты, микроорганизмы и удерживает их в своих порах, размером 0,07-0,12 мм.
При исчерпании сорбционной емкости ПАУ они нуждаются в регенерации (химической или термической) в фильтрах. Эксплуатация фильтров более экономична, но ПАУ используется по сорбционной емкости менее эффективно.
Наиболее близким по экономичности и эффективности использования являются фильтры, применяющиеся для задержания выносимых из биореакторов очистки сточных вод микроорганизмов, выполненные с насадкой из стекловолокна, базальтового волокна или супертонких полиамидных волокон Н.И. Куликов и др. Очистка муниципальных сточных вод с повторным использованием воды и обработанных осадков. - М.: Логос, 2015. - 400 с. [2].
Процесс очистки сточных вод от микроорганизмов происходит в фильтрах с насадкой из ершей, преимущественно на поверхности полиамидных волокон при скорости движения воды до 3 м/час. Полиамидные волокна обладают гидрофобными свойствами, поэтому взаимодействуют с гидрофобной поверхностью микроорганизмов и действуют за счет хемосорбции. Кроме того, у волокон имеется положительный электрический заряд и они притягивают отрицательно заряженных микроорганизмов (электросорбция). Ввиду покрывания волокон частицами с отрицательными зарядами образуется двойной слой сорбируемых веществ, и могут быть задержаны ионы металлов, аммония и т.д., т.е. взвеси положительно заряженные. Но лучше удерживаются вещества, ушедшие в поры ПАУ, задержанного на волокнах хемосорбцией. В соответствии с данными прототипа, чем выше скорость фильтрования, тем выше величина положительного заряда волокон полиамида. Увеличение скорости фильтрации с 20 м/час до 70 м/час дает увеличение заряда в 10 раз, поэтому процесс хемосорбции при его исчерпании по сорбционной емкости может дополняться эффективной электросорбцией.
Реактивация сорбционной емкости волокон обеспечивается механическим, химическим или термическим воздействием на сорбент.
Термическая реактивация полиамидных волокон невозможна ввиду их деформации при t=60-70°С и плавления при t=270-280°С. Термическая реактивация возможна у базальтовых волокон, имеющих температуру плавления выше в 5 и более раз, т.е. более 1000°С.
По данным В.М. Мухина и соавторов [3] кислотная обработка ПАУ обеспечивает 80%-ную реактивацию ПАУ, а щелочная термическая (при t=650-750°С) гарантирует почти 100%-ную реактивацию ПАУ, поэтому если ПАУ используются для извлечения органических веществ, то их регенерацию достаточно эффективно можно производить кислотной низкотемпературной обработкой сорбента. Сорбат при этом вымывается из сорбента в регенерационный раствор и подвергается сжижению, центрифугированию и прочим физическим методам воздействия. Например, ионы металлов возвращены в производство, а органические вещества превращены в углекислоту и т.д.
Задачи полезной модели:
1. Упрощение процессов фильтрации и реактивации сорбентов в фильтрах сорбционной очистки воды;
2. Снижение затрат на фильтрацию воды и реактивацию сорбентов, исчерпавших сорбционную емкость;
3. Увеличение нагрузки на сорбционные фильтры.
Достигается решение поставленных в полезной модели задач за счет выполнения сорбционного фильтра в виде устройства, заполненного волокнистой ершовой насадкой из полиамидных волокон сечением 15 мкм и модификации поверхности волокон пылевидным активированным углем.
Полезная модель поясняется Фиг. 1 и Фиг. 2; На Фиг. 1 изображен продольный вертикальный разрез сорбционного фильтра; На Фиг. 2 - внешний вид ерша из каталитического полиамидного химволокна, покрытого пылевидным активированным углем.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 использованы следующие позиции:
1. Корпус фильтра
1′ Съемная крышка корпуса 1
2. Трубопровод ввода исходной воды
3. Трубопровод отвода очищенной сорбентом воды
4. Ерш, свитый из полиамидных волокон сечением 15 мкм, модифицированный пылевидным активированным углем (ПАУ)
5. Шнур фиксации ершей (4) в корпусе (1);
5′. Болт фиксации шнуров.
6. Барботер регенерации ершей воздухом
7. Воздуховод.
7′ Запорно-регулирующая арматура подачи воздуха
Фильтр устроен следующим образом:
Пластмассовый корпус (1) имеет две крышки (1′) (нижнюю и верхнюю). Внутри корпуса (1) зафиксированы ерш (4) с помощью шнуров (5). Шнуры (5) зафиксированы болтами (5′). К нижней крышке (1′) подведена труба (2) ввода воды или угольной суспензии перед запуском фильтра. К верхней крышке присоединена труба (3) отвода фильтрата. Над крышкой (1′) внутри корпуса (1) в нижней части помещен барботер (6) из перфорированной трубы с подводом воздуха по воздуховоду (7) с запорно-регулирующей арматурой (7′).
Фильтр для сорбционной очистки воды, выполненный в виде герметичного корпуса круглой формы и содержащий нижнюю и верхнюю крышки, ершовую насадку для удержания пылевидного активированного угля (ПАУ), трубки ввода исходной воды и отвода очищенной воды, отличающиеся тем, что ершовая насадка состоит исключительно из полиамидных супертонких волокон диаметром 15 мкм и имеет размер ерша 50 мм в диаметре, расход ПАУ с размером частиц 0,07…0,12 мм на 1 кг ершовой насадки составляет 1 кг ПАУ/кг ерша, время сорбции 8…10 минут, скорость фильтрации 10…15 м/час, сорбционная емкость ПАУ - 1 г органических веществ на 1 г ПАУ.
Работает фильтр следующим образом:
3
При снятых крышках (1′) внутрь корпуса (1) помещается ерш (4), зафиксированный посредством шнуров (5) под верхней крышкой (1′) и над нижней крышкой (1′). Шнуры (5) зафиксированы в корпуса болтами (5′). Над нижней крышкой (1′) размещен барботер (6) регенерации ершей (4) воздухом, поступающим от воздуховода (7) через запорно-регулирующую арматуру (7′). Внутрь корпуса (1) вводится замоченная предварительно на 1 час суспензия ПАУ в количестве 10% от веса воды в корпусе фильтра, т.е. при объеме фильтра 10 м вес угля 100 кг. ПАУ сорбируется на ерши и удерживается ими. При диаметре ершей 50 мм внутрь корпуса (1) помещается 100 кг ершей, и они могут удерживать около 1 кг ПАУ по сухому веществу.
3
2
По трубопроводу (2) внутрь фильтра подается очищенная вода на доочистку со скоростью до 15 м/час. В среднем сечении корпуса (1) и при объеме фильтра 1 м время обработки воды для высоты фильтра 2 м и при его сечении 0,5 м составит 8 минут, что сопоставимо с работой фильтра на гранулированном активированном угле (ГАУ). В то же время сорбционная емкость ПАУ выше, чем у ГАУ и это обеспечивает получение экономического эффекта от полезной модели фильтра за счет более экономного расходования ПАУ, снижения затрат на его регенерацию и реактивацию, уменьшение потерь угля (Задачи 1 и 2). Задача 3 решается уменьшением времени очистки, и увеличением нагрузки на ПАУ.
Использованная информация:
1. С.Н. Линевич, С.В. Гетманцев. Современные и перспективные методы и технологии кондиционирования природных вод в водоснабжении. М.: Издательство ОАО «Аурат». 2013 г. - 324 с.
2. Н.И. Куликов и др. Очистка муниципальных сточных вод с повторным использованием воды и обработанных осадков. - М: Логос, 2015. - 400 с.
3. Мухин В.М. Разработка и применение активных углей в гидрометаллургических процессах извлечения золота /В.М. Мухин, В.И. Таркановский // Мат. 5-й Межд. конф. «Золотодобывающая промышленность России: состояние и перспективы развития». 5-6 февраля 2003 г. - М.: Союз золотопромышленников России, 2003. с. 161-165.