Сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод

Полезная модель относится к устройствам для очистки промышленных сточных вод предприятий от загрязняющих веществ, в частности, ионов тяжелых металлов, органических соединений, поступающих со сточными водами в окружающую среду.
Известен биосорбционный фильтр для очистки сточных вод, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, причем в качестве наполнителя он содержит слои: сорбент H - недожог окорки древесины, кору елово-осиновую 5-летнюю и отход целлюлозно-бумажной промышленности - скоп, в качестве мелкозернистой загрузки -гравий фракции 50-100 мм; в качестве крупнозернистой загрузки - шлак; последовательность расположения слоев в корпусе фильтра по ходу движения очищаемой воды следующая: кора, шлак, скоп, сорбент, гравий. (Патент РФ №2186618, кл. B01J 20/00, B01D 39/00, 2002 г.).
Недостатком этого устройства является невозможность замены отдельного слоя сорбента и необходимость замены всей загрузки целиком, что требует дополнительных усилий и затрат.
Известен сорбционный фильтр, содержащий корпус с размещенными в нем между двумя сетками послойно с чередованием крупной и мелкой фракции сорбентом, патрубки для подвода и отвода очищаемой жидкости, при чем сорбент выполнен на основе цеолита и размещен в корпусе фильтра в следующей последовательности относительно патрубка для подвода жидкости: первый слой, равный 1/3 V, где V - общий объем, занимаемый сорбентом, и загруженный крупной фракцией от 3 до 4 мм, второй слой, равный 1/6 V и загруженный мелкой фракцией от 1,5 до 2 мм, третий слой, равный 1/6 V и загруженный мелкой фракцией от 0,5 до 1 мм, четвертый слой, равный 1/3 V и загруженный крупной фракцией от 3 до 4 мм. (Патент RU №15174, кл. B01D 24/00, Бюл. №27, 2000).
Недостатком этого устройства является невозможность замены отдельного слоя сорбента и необходимость замены всей загрузки целиком, что экономически не выгодно в условиях промышленного предприятия при больших объемах сточных вод и использовании комплексной фильтрующей загрузки для очистки производственных стоков одновременно от нескольких загрязняющих веществ.
Известен сорбционный фильтр, содержащий расположенные одна над другой кассеты с сорбентами, размещенные в металлическом корпусе выдвигающимися в горизонтальном направлении по направляющим; при этом в потолочной части металлического корпуса равномерно размещены по площади и закреплены перфорированные трубки для подачи очищаемой воды в верхнюю кассету через отверстия в трубках, а нижняя часть каждой кассеты оборудована сеткой и снабжена распределительным устройством, направляющим очищаемую воду из вышерасположенной кассеты в нижерасположенную через равномерно распределенные по площади короткие патрубки; в дне металлического корпуса размещен водосборный лоток для очищенной воды. (Патент RU №174230, кл. C02F 1/28, B01D 24/14, Бюл. №28,2017).
Недостатком этого фильтра является необходимость дополнительного уплотнения и тщательной герметизации кассет в задвинутом состоянии для недопущения протечек очищаемой воды, что требует постоянного контроля состояния и замены уплотнителей передних стенок кассет.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является фильтр для очистки воды, содержащий расположенные одна над другой кассеты, заполненные зернистой загрузкой, средство для подачи очищаемой воды в верхнюю кассету и патрубок для отвода очищенной, присоединенный к нижней кассете, при этом кассеты выполнены в виде расположенных одна в другой емкостей, внутренняя емкость имеет в верхней части отверстия для перелива избыточной воды и в ней расположена загрузка, а внешняя снабжена средством для установки кассет одна на другую и их снятия. (Патент RU №2073551, кл. B01D 24/10, Бюл. №27, 2000).
Недостатком данного устройства является большая вероятность поступления в верхнюю кассету залповых расходов очищаемой воды, приводящих к излишкам сбросов через борта кассет, неравномерности распределения воды по площади кассеты и к образованию воронок размыва в фильтрующих загрузках верхних кассет.
Задачей полезной модели является увеличение эффективности очистки воды за счет равномерности подачи воды в каждую кассету, а также экономия воды за счет недопущения залповых выбросов очищаемой воды благодаря водоподаче в верхнюю кассету через отверстия в перфорированных трубках, равномерно размещенных на внутренней части металлической крышки.
Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки воды и повышении безотказности конструкции.
Указанная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод, содержит заполненные различными сорбентами и расположенные одна над другой три кассеты, в днище каждой из которых имеются равномерно распределенные по площади цилиндрические водопропускные отверстия, а на дне каждой кассеты размещена сетка с отверстиями диаметром равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента, что способствует равномерному распределению очищаемой воды при попадании ее в каждую из кассет и повышению эффективности очистки воды. Во-вторых, в качестве заполнителя каждой из трех кассет используются сорбенты: верхней кассеты - силикагель марки МСКГ; средней кассеты -анионит марки АВ-29-12П; нижней кассеты - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-570°С. Фильтрующая загрузка из перечисленных сорбентов позволяет обеспечить высокое качество очистки воды от ароматических соединений, красителей, тяжелых металлов и других токсикантов. В-третьих, конструкция накрыта металлической крышкой, с внутренней стороны которой равномерно размещены по площади и закреплены перфорированные пластиковые трубки, обеспечивающие равномерное распределение очищаемой воды по всей верхней кассете через отверстия в трубках, что способствует повышению эффекта водоочистки и исключает поступление залповых расходов сточных вод в верхнюю кассету, повышая безотказность конструкции. Обеспечить подачу очищаемой воды в фильтр позволяют перфорированные пластиковые трубки, прикрепленные к металлической крышке корпуса и соединенные с внешним шлангом, через который осуществляется водоподача. Отвод очищенной воды потребителю выполняется через водосборный патрубок, прикрепленный к металлической стойке, на которой размещена нижняя кассета фильтра.
На фиг. 1 изображен сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод; на фиг. 2 - сравнительная характеристика различных вариантов сорбентов по эффективности очистки воды.
Сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод включает расположенные одну над другой три кассеты: верхнюю 1, среднюю 2 и нижнюю 3, выполненные в виде отдельных емкостей, заполненных различными сорбентами 4 и снабженные средствами 5 для установки и фиксации кассет одна над другой. Кассеты выполнены из высокопрочного пластика, причем в днище 6 каждой кассеты имеются равномерно распределенные по площади цилиндрические водопропускные отверстия 7, и на дне каждой кассеты размещена сетка 8 с отверстиями диаметром равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента. Кассеты заполнены следующими сорбентами: верхняя 1 - силикагелем марки МСКГ; средняя 2 - анионитом марки АВ-29-12П; нижняя 3 - бентонитом, модифицированным углеродными нанотрубками и термически обработанном при температуре 550-570°С. Вся конструкция накрыта металлической крышкой 9, с внутренней стороны 10 которой равномерно размещены по площади и закреплены перфорированные пластиковые трубки 11, выполненные с возможностью подачи очищаемой воды в верхнюю кассету через отверстия в трубках 12, которые соединены со шлангом 13 подачи очищаемой воды. Нижняя кассета размещена на металлической стойке 14, к которой прикреплен водосборный патрубок 15 для очищенной воды.
Сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод работает следующим образом.
Очищаемую воду подают при помощи шланга 13 в перфорированные трубки 11 и далее через отверстия 12 в трубках 11 направляют в верхнюю кассету 1, равномерно распределяя по площади, что обеспечивает полноценную работу сорбента 4 по всей площади кассеты 1 и позволяет увеличить эффект очистки воды. Пропустив через слой сорбента 4 в верхней кассете 1, воду направляют через сетку 8 в нижней части верхней кассеты 1 и затем через водопропускные отверстия 7 в днище кассеты 1 - в среднюю кассету 2. Аналогично очищаемую воду пропускают через слои сорбентов 4 в средней 2 и нижней 3 кассетах. Пропустив последовательно через все три слоя сорбентов 4, размещенных в кассетах 1, 2 и 3, очищенную воду направляют в водосборный патрубок 15 и далее потребителю.
Повышение эффективности очистки воды достигается путем равномерной водоподачи в верхнюю кассету 1 благодаря равномерному по площади размещению на внутренней стороне 10 металлической крышки 9 перфорированных пластиковых трубок 11, что улучшает смачивание поверхности сорбента 4 водой и исключает залповые расходы воды, обеспечивая повышение безотказности конструкции. Повышение качества очистки сточных вод от ароматических соединений, красителей, тяжелых металлов и других токсикантов обеспечивает фильтрующая сорбционная загрузка в трех кассетах: верхней 1 с силикагелем марки МСКГ; средней 2 с анионитом марки АВ-29-12П; нижней 3 с бентонитом, модифицированным углеродными нанотрубками и термически обработанным при температуре 550-570°С. Повышение эффективности очистки воды путем равномерной водоподачи из каждой вышерасположенной кассеты в нижерасположенную обеспечивается при помощи цилиндрических водопропускных отверстий 7, равномерно распределенных по площади днища 6 каждой кассеты, что повышает эффективность смачивания поверхности сорбента 4 водой.
3
Пример использования предлагаемого сорбционного фильтра с фильтрующей загрузкой, включающей силикагель марки МСКГ, анионит марки АВ-29-12П и бентонит, модифицированным углеродными нанотрубками после термической обработки при температуре 560°С, для очистки воды от органических загрязнений высоких концентраций (1÷4 г/дм) по сравнению с прототипом и загрузкой из традиционно используемого активированного угля марки БАУ-А. Подробно состав каждого варианта фильтра приведен в таблице.
По результатам исследований построена диаграмма на Фиг. 2, отражающая сравнительную характеристику эффективности каждого фильтра и позволяющая сравнить их эффективность при очистке воды от органических загрязнений высокой концентрации. Исследуемый модельный раствор, пропущенный через каждый сорбционный фильтр, имел объем 500 мл и содержал четыре ароматических соединения: п-динитробензол, п-нитроанилин, о-толуидин, резорцин.
Полученные результаты показали, что фильтр с загрузкой №2 имеет существенное преимущество по эффективности очистки сточных вод, по сравнению с фильтром с загрузкой №1.