АДСОРБЦИОННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для очистки сточных вод от загрязняющих веществ, преимущественно ароматических и алициклических аминов, ионов тяжелых металлов, являющихся результатом промышленных производств, сельского хозяйства и хозяйственно-бытовой деятельности людей.
Известен сорбционный фильтр, включающий корпус, заполненный сорбентом, и электроды, разграничивающие слои сорбента в корпусе и создающие электрохимические источники тока, выполненные из перфорированных дисков из алюминия, имеющих отрицательный потенциал, и перфорированных дисков из графита, имеющих положительный потенциал, между которыми расположен активированный уголь, причем количество последовательно расположенных электрохимических источников тока равно 2-5. В качестве активированного угля используют активированный уголь марки АГ-3. (Патент RU №2422187, кл. B01D 25/00, Бюл. №18,2011).
Недостатком этого устройства является использование растворимого алюминиевого электрода, который сам является источником загрязнения при его эксплуатации в процессе очистки сточных вод. Кроме этого необходимость установки 5-6 источников тока неоправданно усложняет конструкцию фильтра, его эксплуатацию и техническое обслуживание. Приведенный фильтр имеет ограниченную возможность регенерации фильтрующих материалов обратным током воды ввиду ограниченной способности поляризации активированного угля, заявленного в качестве сорбента.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является сорбционный фильтр, включающий цилиндрический корпус с крышкой и вспомогательными патрубками, заполненный сорбентом, а также электроды, расположенные в корпусе вертикально, причем электрод, имеющий отрицательный потенциал, выполнен многослойным из 3-6 цилиндров стальной сетки из высоколегированной коррозионно-стойкой стали, и размещен в центральной части корпуса, а электрод, имеющий положительный потенциал, выполнен в виде цилиндра из прессованного металлографита, вставленного в корпус, который, как и крышка, выполнен из прочного адаптированного пластика. Сорбент внутри фильтра представляет собой многослойную конструкцию, включающую 6 слоев загрузки, состоящих из синтетического цеолита, бентонита, модифицированного углеродными нанотрубками и глицерином, органобентонита, силикагеля и термически обработанного бентонита (Патент на полезную модель RU №169004, кл. B01D 25/00, C02F 1/46, Бюл. №7, 2017).
Недостатком данного устройства является неэффективная работа фильтра при очистке воды с высокими концентрациями загрязнений из-за недостаточной площади стальной поверхности электрода, имеющего отрицательный потенциал, а также низкой эффективности бентонита, модифицированного углеродными нанотрубками и глицерином, и термически обработанного бентонита по отношению к водным растворам с высокими концентрациями загрязняющих веществ. Кроме того, устройство из шести слоев фильтрующей загрузки повышает трудоемкость их регенерации и замены, а неоправданно большое количество слоев загрузки и использование в качестве двух из них бентонитов усложненной модификации углеродными нанотрубками и глицерином при разной термообработке, приводит к удорожанию загрузки и фильтра в целом.
Задачей полезной модели является увеличение сорбционного эффекта фильтра за счет изменения конструкций электродов и за счет использования слоев сорбента многослойной конструкции из более эффективных сорбционных материалов, а также удешевление конструкции путем уменьшения слоев загрузки и использования менее дорогостоящих, но более эффективных, сорбционных материалов.
Технический результат заключается в повышении эффекта адсорбции, и, как следствие, увеличении качества очистки воды, а также повышении безотказности конструкции.
Указанная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, адсорбционный фильтр включает цилиндрический пластиковый корпус с пластиковой крышкой и вспомогательными патрубками, заполненный сорбентом, а также электроды, создающие электрохимические источники тока и расположенные в корпусе вертикально, причем электрод, имеющий отрицательный потенциал, выполнен в виде стальных пластинок из высоколегированной коррозионно-стойкой стали, соединенных между собой стальными кольцами в единый цилиндр, вставленный в пластиковый корпус, а электрод, имеющий положительный потенциал, выполнен в виде цилиндра из прессованного металлографита. Во-вторых, наружная часть металлографитового цилиндра выполнена рифленой с длиной выступов Δ=(0,5÷1,0)b, где b - толщина стенки металлографитового цилиндра. В-третьих, многослойная конструкция сорбента включает 3 слоя загрузки, расположенные сверху вниз: первый слой - силикагель марки АСКГ; второй слой - анионит марки АВ-17-8; третий слой - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками, термически обработанный при температуре 550°С.
На фиг. 1 изображен адсорбционный фильтр для очистки воды в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сравнительная характеристика различных вариантов сорбентов по эффективности очистки воды.
Адсорбционный фильтр для очистки воды включает цилиндрический пластиковый корпус 1 с пластиковой крышкой 2, вспомогательным патрубком 3 для подачи воды в корпус 1, вспомогательным патрубком 4 для отвода очищенной воды и вспомогательным патрубком 5 для регенерации фильтрующих материалов обратным током воды, заполненный сорбентом 6, а также электроды 7 и 8, создающие электрохимические источники тока и расположенные в корпусе 1 вертикально. Причем электрод 7, имеющий отрицательный потенциал, выполнен в виде стальных пластинок 9 из высоколегированной коррозионно-стойкой стали, соединенных между собой стальными кольцами 10 в единый цилиндр 11, вставленный в пластиковый корпус 1, а электрод 8, имеющий положительный потенциал, выполнен в виде цилиндра 12 из прессованного металлографита и размещен в центральной части корпуса 1. Электроды 7 и 8 подключены соответственно к катоду 14 и аноду 15, выходы которых установлены на крышке 2. Наружная часть цилиндра 12 из прессованного металлографита выполнена рифленой с длиной выступов 13 равной Δ=(0,5÷1,0)b, где b - толщина стенки металлографитового цилиндра 12. Сорбент 6 представляет собой многослойную конструкцию, включающую 3 слоя загрузки, расположенные сверху вниз: первый слой 16 - силика-гель марки АСКГ; второй слой 17 - анионит марки АВ-17-8; третий слой 18 - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками, термически обработанный при температуре 550°С. Указанный многослойный сорбент показал наилучшие результаты эффективности очистки загрязненных ароматическими и алициклическими аминами, а также ионами тяжелых металлов, водных растворов высоких концентраций.
Адсорбционный фильтр для очистки воды работает следующим образом.
Очищаемую воду подают через вспомогательный патрубок 3 в корпус 1 к загрузке фильтра 6 и фильтруют в направлении сверху вниз через слои 16 -18 последовательно к патрубку 4. Сорбент, находящийся в электрическом поле между электродами 7 и 8, поляризуется, приводя к поляризации коллоидные частицы фильтруемой загрязненной воды. Взаимная поляризация гранул сорбента и коллоидных частиц способствует высокой эффективной адсорбции ионов загрязняющих веществ на поверхности гранул сорбента 6.
Регенерация сорбента 6 обеспечивается обратным током воды. При этом напряжение на электродах 7 и 8 отключают, закрывают вспомогательный патрубок 4 и открывают вспомогательный патрубок 5, а затем подают чистую воду через патрубок 3.
Пример использования предлагаемого адсорбционного фильтра для очистки воды от органических загрязнений высоких концентраций (2÷4 г/л) по сравнению с сорбционным фильтром (Патент на полезную модель RU №169004, кл. B01D 25/00, C02F 1/46, Бюл. №7, 2017).
Перечень составляющих сорбентов:
- органобентонит ТУ 952752-2000; представляет собой продукт взаимодействия естественных монтмориллонитовых глин с четвертичными аммонийными солями (№1);
- анионит марки АВ-17-8 (№2);
- бентонит, термическая обработка при 800°С (№3);
- бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками, термическая обработка при 550°С (№4);
- бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и глицерином, термическая обработка при 550°С при постепенном повышении температуры (№5);
- бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и глицерином, термическая обработка при 550°С (№6);
- силикагель марки АСКГ (№7);
- синтетический цеолит (№8);
Было сопоставлено 2 варианта комплексных сорбентов. Первый вариант - загрузка фильтра прототипа, второй вариант - предлагаемая загрузка. Подробно состав каждого варианта фильтра приведен в таблице.
По результатам исследований построена диаграмма на Фиг. 3, отражающая сравнительную характеристику эффективности каждого варианта комплексного сорбента и позволяющая сравнить их эффективность при очистке воды от загрязнений высокой концентрации. Исследуемый модельный раствор состоял из n-динитробензола, м-аминофенола, n-нитрофенола, n-нитроанилина и о-толуидина; объемом 200 мл пропускали через каждый сорбционный фильтр.
Полученные результаты показали, что фильтр с загрузкой №2 имеет существенное преимущество по эффективности очистки сточных вод, по сравнению с фильтром с загрузкой №1.