ФИЛЬТР-ОКИСЛИТЕЛЬ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к технологии очистки подземных вод от сероводорода и может быть использована при кондиционировании воды для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Из существующего уровня техники известен фильтр-окислитель каталический для очистки воды от сероводорода, включающий емкость, частично заполненную незатопленной каталитической загрузкой из антрацита с крупностью зерен 2-4 мм и предварительным насыщением воды кислородом воздуха путем дождевания над незатопленной загрузкой (см. патент РФ на изобретение №2042644, опубл. 27.08.1995). Недостатком фильтра является низкая скорость фильтрации (1 м/ч) и, соответственно, производительность фильтра, а также загрязнение окружающей среды сероводородом, выделяемым в атмосферу при дождевании подаваемой воды.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является фильтр-окислитель каталитический для очистки воды от сероводорода, содержащий закрытую емкость, частично заполненную незатопленной каталитической загрузкой размерами зерен 5-8 мм, имеющую коллекторы подачи исходной и отвода очищенной воды и патрубки, сообщающие пространство над коллектором для подачи очищаемой воды и отвода очищенной воды с внешней средой (см. RU 88347 U1, опубл. 10.11.2009). Недостатком данного технического решения являются: большие размеры зерен загрузки (5-8 мм); низкая скорость насыщения межпорового пространства зерен загрузки кислородом воздуха и выброс через патрубки сообщения фильтра с внешней средой токсичного сероводорода. Такие размеры зерен (5-8 мм) не обеспечивают поглощение фильтрующим слоем образующуюся при окислении сероводорода коллоидную серу, а патрубки сообщения фильтра с окружающей средой при скорости фильтрования воды 3 м/ч не создадут необходимую скорость протока воздухом через незатопленную загрузку и, как следствие, насыщение межпорового пространства загрузки кислородом воздуха, а сероводород, выделяемый из воды при ее дождевании над поверхностью загрузки, через патрубок сообщения фильтра с внешней средой будет попадать в помещение фильтровального зала и, в конечном итоге, в окружающую помещение станции среду и загрязнять атмосферный воздух.
Задачей, которая поставлена перед заявляемым фильтром, является повышение фильтрующей способности загрузки в отношении серы, увеличение скорости каталитического окисления сероводорода и исключение возможности загрязнения окружающей среды отходящим от фильтра токсичным сероводородом.
Данная задача решается тем, что фильтр-окислитель каталитический содержит закрытую емкость, частично заполненную незатопленной каталитической загрузкой с размером зерен 0,8-1,9 мм, имеющую коллектор для подачи очищаемой воды и отвода очищенной воды, при этом в коллектор подачи очищаемой воды подведен трубопровод для принудительной подачи воздуха компрессором, а коллектор отвода очищенной воды дополнительно снабжен патрубком для последующего отвода воздуха.
Указанный результат достигается возможностью подавать воздух через трубопровод подведенный в коллектор подачи очищаемой воды, а принудительное нагнетание больших количеств воздуха сквозь загрузку с размером зерен 0,8-1,9 мм дает возможность ускоренного и наиболее полного окисления сероводорода с образованием элементарной серы, которая за счет поверхностных адгезионных сил задерживается на катализаторе. Фильтр-окислитель каталитический исключает контакт очищаемой воды с внешней средой, поскольку сооружение герметично, а потому исключает загрязнение окружающей атмосферы сероводородом.
На представленном чертеже изображен общий вид фильтра в разрезе.
Фильтр состоит из закрытой емкости 1, в которой на поддерживающем дренажном слое гравия 2 крупностью 5-30 мм размещена незатопленная каталитическая загрузка 3 с размером зерен 0,8-2,0 мм и высотой слоя 0,5-1,5 м. Над поверхностью загрузки 3, в верхней части емкости 1 установлен коллектор 4 для подачи очищаемой воды дождеванием с отходящими от него в обе стороны боковыми ответвлениями с отверстиями, расположенными в два ряда в шахматном порядке под углом 45° к низу от вертикали. Общая площадь отверстий составляет 0,25-0,5% рабочей площади фильтра. В дренажном слое гравия 2 у днища емкости 1 установлен коллектор 5 отвода очищенной воды оснащенный патрубком 6 для отвода воздуха. Коллектор 5 для отвода очищенной воды соединен с трубопроводом 7 для подвода промывной воды и воздуховодом 8 для подачи воздуха при промывке. В коллектор 4 для подачи очищаемой воды по трубопроводу 9 нагнетается воздух компрессором 10. В верхней части емкости 1 установлен лоток 11 для отвода промывной воды.
Фильтр работает следующим образом.
-
2
Исходная сероводородная вода из артезианской скважины подается в емкость 1 через коллектор 4, который распределяет воду над всей площадью загрузки 3, например, из высокосортного антрацита с размером зерен 0,8-2,0 мм. Процесс очистки воды заключается в фильтровании воздушно-водяной эмульсии через «сухую» (незатопленную) зернистую фильтрующую загрузку путем нагнетания компрессором 10 больших количеств воздуха по трубопроводу 9 в подающий коллектор 4 с последующим отводом его из коллектора 5 через патрубок 6. При этом в поровых каналах фильтрующей загрузки образуется турбулентный режим движения смеси, характеризующийся завихрениями и противотоками, что способствует молекулярному контакту воды с поверхностью зерен каталитической массы. На поверхности электропроводящей каталитической массы (зернах антрацита) происходит разряд ионов HS и молекул HS. При этом образуется элементарная сера, которая за счет поверхностных адгезионных сил задерживается на катализаторе. Освободившиеся в результате реакции окисления сероводорода электроны перетекают к участкам катализатора, контактирующего с кислородом, где происходит его восстановление. Продуктом окислительно-восстановительных реакций являются сера и вода. Очищенная вода собирается в нижней части фильтра в коллектор 5 оснащенный патрубком 6 для отвода воздуха. За счет принудительного нагнетания воздуха весь объем загрузки 3 стабильно работает в режиме активного каталитического окисления при избытке кислорода. При этом скорость «сухой» фильтрации возрастает до 4-5 м/ч, то есть становится в 1,3-1,6 раз выше, чем у известного фильтра. Такой результат достигается благодаря нагнетанию больших количеств воздуха в коллектор 4 через трубопровод 9 компрессором 10 и каталитической загрузке 3 с размером зерен 0,8-2,0 мм, которая стабильно работает как в режиме каталитического окисления, так и в условиях фильтрования и задержания элементарной серы.
После 2-4 суток работы фильтр выводится из режима фильтрования для регенерации каталитической загрузки и удаления из нее образовавшейся при окислении сероводорода серы. Удаление серы производится обратной водо-воздушной промывкой фильтра-окислителя, для чего в трубопровод подачи промывной воды 7 компрессором 10 по воздуховоду 8 подается воздух с последующим удалением промывной воды посредством лотка 11, расположенного в верхней части емкости 1. После регенерации загрузки 3 фильтр готов к работе с прежней интенсивностью.