Фильтр с двухкомпонентной загрузкой

Полезная модель относится к области очистки воды на фильтре с зернистой загрузкой.
Из уровня техники известен фильтр с зернистой загрузкой, содержащий корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, подающие и отводящие трубопроводы и набор неподвижно установленных пластин, верхние кромки которых расположены над слоем загрузки, причем пластины установлены под углом менее 90° к горизонту, нижние их кромки размещены в верхней части слоя загрузки и пластины выполнены в горизонтальном сечении гофрированными, волнообразными или изогнутыми в виде системы наклонных лотков [RU2096 066, B01D 24/46, опубл. 20.11.1997]. В качестве зернистой загрузки использовали альбитофир, представляющий собой магматическую горную породу порфировой структуры.
Недостатком вышеописанного устройства является сложность конструкции.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является фильтр, имеющий корпус, выполненный из материалов, устойчивых к коррозии и воздействию химических реагентов. Предпочтительно внутренняя колба фильтра изготовлена методом пластического прессования, а наружное покрытие выполнено из стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Фильтрующая загрузка представляет собой поддерживающий слой гравия, природный пиролюзит с содержанием диоксида марганца 25% и каталитический материал - природный материал диатомит, покрытый пленкой диоксида марганца [RU 106613, МПК C02F 1/00, опубл. 20.07.2011].
Вода подается на фильтр, в межзерновом пространстве которого происходит автокаталитическое окисление двухвалентного железа растворенным в воде кислородом, образование частиц гидроксида трехвалентного железа и задержание его осадка.
Задачей полезной модели является расширение арсенала фильтров с загрузкой.
Техническим результатом является очистка воды от ионов тяжелых металлов, в частности железа и марганца.
Технический результат достигается тем, что фильтр с двухкомпонентной загрузкой содержит 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, при этом 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.
Существует вариант, в котором в качестве марганецсодержащего материала используют пиролюзит.
Существует вариант, в котором в качестве инертного фильтрующего материала используют диатомитовые породы.
Существует вариант, в котором в качестве инертного фильтрующего материала используют дробленный или окатанный кварцевый песок.
На фиг. 1 приведена схема фильтра с двухкомпонентной загрузкой.
Фильтр 1 с двухкомпонентной загрузкой 2 содержит корпус 3 с входом 4 для подачи исходной воды и выходом 5 для отвода очищенной воды, при этом вход 4 и выход 5 могут быть выполнены в виде патрубков. Загрузка 2 включает марганецсодержащий фильтрующий материал и инертный фильтрующий материал.
Корпус 3 фильтра 1 может быть выполнен из стеклопластика футированного полиэтиленовым вкладышем, нержавеющей стали или иных материалов, пригодных для контакта с питьевой водой. Патрубки могут быть выполнены из поливинилхлорида, полиэтилена, нержавеющей стали или иных материалов, пригодных для контакта с питьевой водой.
Кроме того, фильтр 1 включает насос 6 подачи исходной воды, а также снабжен системой промывки загрузки 2, которая включает трубопровод 7 и насос 8 подачи воды на промывку, а также размещенные в корпусе 3 вход 9 и выход 10 для подачи и отвода воды на промывку загрузки 2.
Устройство действует следующим образом.
2+
3+
2+
2+
3+
4+
4
2+
Исходная вода посредством насоса 6 через вход 4 корпуса 3 подается внутрь фильтра 1 и проходит через загрузку 2, где происходит каталитическое окисление ионов Fe до Fe c образованием осадка нерастворимого в воде гидроксида железа (III). В результате адсорбции на поверхности осадка удерживаются также ионы Mn. Кроме того, за счет каталитического окисления, которое обеспечивается присутствием в составе загрузки марганецсодержащего фильтрующего материала, возможно окислить присутствующие в воде ионы Mn до степени окисления Mn и Mn с образованием нерастворимых гидроксидов. Осаждаясь на фильтрующей загрузке 2, Mn(OH) также проявляет каталитические свойства, т.е. ускоряет процесс окисления иона Mn кислородом.
2
2
2+,
2+
2
Каталитический эффект марганецсодержащего материала, например, пиролюзита, обусловлен тем, что на поверхности частиц этого материала при взаимодействии с кислородом образуется промежуточный комплекс МnO-O. Активным участником в реакции окисления ионов Fe Мn оксидом марганца (IV) являются анион-радикалы кислорода О-, образующиеся на поверхности марганецсодержащего материала при сорбции молекул кислорода.
Инертный фильтрующий материал, входящий в состав загрузки, обладает низкой степенью истираемости и долговечностью в виду своей структуры, а также высокой степенью фильтрации соразмерных частиц нерастворимых соединений тяжелых металлов, в частности железа и марганца.
Таким образом, в толще загрузки 2 происходит каталитическое окисление ионов тяжелых металлов и задержание соответствующих нерастворимых соединений.
Затем вода через выход 10 поступает в резервуар для сбора очищенной воды либо на другие устройства для дальнейшей очистки в зависимости от характера дополнительных загрязнений.
Периодическая промывка фильтра 1 осуществляется путем подачи посредством насоса 8 через вход 9 воды на промывку по трубопроводу 7 и отвода воды через выход 10.
Полезная модель иллюстрируется следующими примерами осуществления.
Пример 1. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей пиролюзит фракции (0,5–0,8) мм, а также диатомитовые породы фракции (0,6–0,9) мм, причем объемная доля диатомитовых пород составляет 0,5.
Исходная воды с концентрацией ионов железа – 200 мг/л, ионов марганца 150 мг/л проходила очистку в фильтре согласно вышеприведенной схеме. На выходе из фильтра показатели воды составляли: концентрация ионов железа – 0,28 мг/л, концентрация ионов марганца – 0,07 мг/л
Пример 2. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей пиролюзит фракции (0,5–0,9) мм, а также дробленый кварцевый песок фракции (0,7–1) мм, причем объемная доля дробленого кварцевого песка составляет 0,1.
Исходная воды с концентрацией ионов железа – 350 мг/л, ионов марганца 200 мг/л проходила очистку в фильтре согласно вышеприведенной схеме. На выходе из фильтра показатели воды составляли: концентрация ионов железа – 0,3 мг/л, концентрация ионов марганца – 0,1 мг/л
Пример 3. Устройство для очистки воды содержит блок фильтрации с загрузкой, включающей пиролюзит фракции (0,7-1) мм, а также окатанный кварцевый песок фракции (0,5 – 0,) мм, причем объемная доля окатанного кварцевого песка составляет 0,9.
Исходная вода с концентрацией ионов железа – 350 мг/л, ионов марганца 200 мг/л проходила очистку в фильтре согласно вышеприведенной схеме. На выходе из фильтра показатели воды составляли: концентрация ионов железа – 0,29 мг/л, концентрация ионов марганца – 0,08 мг/л.
В каждом примере осуществления полезной модели концентрации ионов тяжелых металлов в воде, прошедшей очистку, не превышали предельно допустимых концентраций в соответствии с действующими в Российской Федерации нормами.
Использование частиц фильтрующих материалов размером менее 0,5 мм, существенно замедляет процесс очистки воды, при этом качество фильтрации позволяет обеспечить достижение заявленного технического результата.
Использование частиц фильтрующих материалов размером более 1 мм приводит к снижению качества фильтрации воды, что негативно влияет на достижение заявленного технического результата.
Объемная доля инертного фильтрующего материала, лежащая в интервале 0,1-0,9, позволяет формировать состав загрузки в зависимости от степени и состава загрязнений исходной воды, обеспечивая осуществление полезной модели с достижением заявленного технического результата.
В случае использования окатанного кварцевого песка в качестве инертного фильтрующего материала сокращается расход воды на промывку фильтра и происходит более полное удаление отфильтрованных веществ из фильтровального слоя.