ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, ПРИМЕНЯЕМЫЙ В СФЕРЕ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ВОД
FILTRATION ELEMENT FOR NATURAL WATER CLEANING

Изобретение относится к области фильтрования, в частности к очистке природных вод в фильтрах различной конструкции с помощью фильтрующих элементов.
Известен способ очистки природных мутных вод [2055630, B01D 25/26, опуб. 1996.03.10] на скором фильтре. Сущность изобретения: скорый (безнапорный) фильтр содержит корпус, на дне которого установлены фильтроблоки, изготовленные из пористого полимербетона, закрепленные стяжками, лотки для отвода промывных вод и выпуска фильтрата и вход для подачи жидкости на фильтр.
Недостатками этого способа является применение в конструкции скорого фильтра фильтроблоков, на основе полимербетона, при производстве которого используются дорогостоящие компоненты - песок, цемент.
Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению являются полимербетонные фильтры для очистки промстоков и технической воды в системах оборотного водоснабжения предприятий от механических примесей (песок, окалина, волокна и др.), а также питьевой воды в системах хозяйственно-питьевого. водоснабжения [ООО "Эколот", http://www.ecolot.ru]. Основная деталь фильтров - цилиндрические фильтроэлементы из пористого полимербетона. Предлагаемая технология позволяет получать пористый полимербетон оптимального состава. В качестве наполнителя используется кварцевый песок - зерна размером 0,6-1,2 мм, имеющие форму близкую к сферической (скатанные).
3
Недостатками этой конструкции являются: высокая стоимость кварцевого песка, используемого для получения фильтроэлементов; трудоемкость выделения необходимой фракции кварцевого песка, что увеличивает затраты на получения 1 м очищенной воды.
Задачей изобретения является создание технического решения возможной утилизации отходов угольной промышленности при изготовление фильтрующего элемента, применяемого в сфере очистки природной воды; снижение стоимости фильтрующего элемента; снижение стоимости очистки природной воды; улучшения экологической ситуации угледобывающих районов за счет применения горелой породы терриконов при производстве фильтрующих элементов.
Поставленная задача достигается за счет замены кварцевого песка и каменного щебня, входящих в основной состав нового фильтрующего элемента, на нерудные материалы, выделенные из горелых пород терриконов - отходов угольной промышленности. В качестве заполнителей применяется - отсев с размером 0,3-5 мм и отсев 10-50 мм, наполнителей - мука из тонкомолотого отсева горелых пород терриконов, вместо кварцевого песка и каменного щебня, вяжущего - эпоксидная смола или полиэфирная смола; применения новой формы фильтрующих элементов - правильный шестиугольник.
Фильтрующий элемент с использованием нерудных материалов, выделенных из горелых пород терриконов, позволяет снизить стоимость очистки природной воды; повысить качество очистки природной воды; улучшить экологическую ситуацию угледобывающих районов за счет применения горелой породы терриконов при производстве фильтрующих элементов.
Фильтрующий элемент получают классическим способом (СН 525-80 "Инструкция по технологии приготовления полимербетонов и изделий из них"), но заменяют кварцевый песок и каменный щебень на нерудные материалы, выделенные из горелых пород терриконов - отходы угольной промышленности, в частности в качестве заполнителей применяется - отсев с размером 0,3-5 мм и отсев 10-50 мм, наполнителей - мука из тонкомолотого отсева горелых пород терриконов, вяжущих - эпоксидная смола или полиэфирная смола; применяется новая форма фильтрующих элементов - правильный шестиугольник.
Технический результат достигается за счет использования горелых пород терриконов вместо каменного щебня и кварцевого песка, при этом в качестве заполнителей применяется - отсев с размером 0,3-5 мм и отсев 10-50 мм, наполнителей - мука из тонкомолотого отсева горелых пород терриконов, вяжущего - эпоксидная смола или полиэфирная смола; при этом фильтрующий элемент выполнен в форме правильного шестиугольника, позволяющей увеличить фильтрующую поверхность на 30%, тем самым улучшить эффект очистки природных вод. Выбранный диапазон размеров частиц наполнителя и заполнителя основывается на требованиях, предъявляемых к исходным материалом, необходимых для выполнения технологии изготовлении материала. (Патуроев В.В. Полимербетоны. НИИ бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1987. 286 с. ISBN 5-247-00089-4).
ПРИМЕР. Очистка природной воды производится на напорном фильтре известной конструкции в двух ступенчатой схеме, при предварительной обработке алюмосодержащими коагулянтами.
По известному способу очистка производится на напорном фильтре известной конструкции с применением фильтрующего элемента из полимербетона известной конструкции и состава.
По предлагаемому способу очистка производится на напорном фильтре известной конструкции с применением фильтрующего элемента в форме правильного шестиугольника, включающего в себя горелые породы терриконов. Известно, что при обработке воды алюмосодержащими коагулянтами природная вода становится химически активная. В табл.1 приведены основные химические вещества, входящие в состав известного и нового фильтрующих элементов, которые могут вступить в реакцию при фильтровании природной воды.
Таблица 1
Состав
Химический состав заполнителя и наполнителя, %
фильтрующих элементов
SiO<sub>2</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
CaO
MgO
Na<sub>2</sub>O, K<sub>2</sub>O
Новый
фильтрующий
66,5
8,2
18,5
2
0,7
0,49
элемент
Известный
фильтрующий
98,2
0,028
0,29
0,13
0,15
0,13
элемент
Применение нового фильтрующего элемента позволяет очищать природные воды с эффективностью до 80-95% и получать после очистки воду, по основным показателям соответствующую питьевой воде (СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Основные требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»). Значения основных показателей природной воды до и после обработки с использованием предлагаемого фильтрующего элемента отражены в табл.2.
Таблица 2
До обработки
После обработки
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
Цветность, град
AL<sup>3+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
Са<sup>2+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
Mg<sup>2+</sup>,  мг/дм<sup>3</sup>
pH
Мутность, мг/ дм<sup>3</sup>
Цветность, град
Al<sup>3+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
Са<sup>2+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
Mg<sup>2+</sup>, мг/дм<sup>3</sup>
pH
Новый
До 50
До 120
0,13
55
65
7,2
5
6
0,15
55
65
6,8
Старый
До 50
До 120
0,13
55
65
7,2
7,5
12
0,13
55
65
6,8
Развитая структура поровых каналов нового фильтрующего элемента существенно увеличивает удельную поверхность фильтрования, что позволяет увеличить скорость фильтрования, не уменьшая эффективность очистки. В то же время больший диапазон по содержанию взвешенных веществ в очищаемой воде не значительно влияет на интенсивность промывки и фильтроцикл.
2
3
Новая форма фильтрующих элементов позволяет разместить их более компактно и значительно увеличить площадь поверхности фильтрации. Так в фильтры диаметром 3 м возможно установить 43 колонны новых фильтрующих элементов диаметром 0,5 м и высотой 2 м каждая, площадь фильтрации при этом составит 103,2 м. Фильтрующие элементы новой формы позволяют снизить затраты на очистку 1 м очищаемой воды, увеличить поверхность фильтрования.
Сравнительная характеристика напорных фильтров с применением фильтрующих элементов известного и нового состава и формы представлена в табл.3
Таблица 3
Напорный фильтр известной конструкции
Напорный фильтр новой конструкции
Эффективность очистки, %
80-90
80-95
Удельная поверхность фильтрования, см<sup>2</sup>/г
21-50
8-156
Скорость фильтрования
6,6
5-8
интенсивность промывки, л/с·м<sup>2</sup>
3,5-5,5
4,5-7
Диапазон по взвешенным, мг/л
10-40
5-50