ФИЛЬТР ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для водоподготовки и может быть использована для очистки природных вод от загрязнений на очистных сооружениях подготовки хозяйственно-питьевых вод и доочистки сточных вод на очистных сооружениях канализации любой производительности.
Известен фильтр, включающий систему подачи и отвода отрабатываемой воды, поддерживающий слой и двухслойную фильтрующую загрузку из песка и антрацита (см. Абрамов Н.Н. Водоснабжение; М. Стройиздат, 1982, с.251-252). Недостатком устройства является отсутствие эффективности очистки воды по растворенным органическим загрязнениям и не высокая эффективность по мутности и цветности.
Наиболее близким по технической сущности являются устройства с использованием способа по патенту РФ №2108298, где гетерогенный металлокомплексный катализатор с высотой слоя используется для жидкофазного окисления растворенных органических загрязнений и изъятия взвешенных веществ.
Однако он имеет ряд недостатков:
- не оптимизирована высота слоя катализатора;
- малая высота слоя катализатора не позволяет устойчиво эксплуатировать производственные фильтры большой производительности, т.к. невозможно равномерно распределить слой катализатора по площади фильтров после его промывки;
- низкая скорость фильтрования приводит к неконкурентным производительностям фильтров;
- невысокая эффективность снижения органических загрязнений;
- отсутствие данных по снижению мутности и цветности при обработке воды.
Задача полезной модели состоит в увеличении эффективности каталитической очистки с использованием гетерогенного металлокомплексных катализаторов по химическому потреблению кислорода (ХПК), мутности, цветности воды на 10-15% при одновременном увеличении производительности устройства по отношению к нормируемой для нормального режима в 1,5 раза.
Сущность полезной модели заключается в том, что фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от загрязнений, включающий в себя емкость, систему подачи и отвода обрабатываемой воды, поддерживающий слой, двухслойную фильтрующую загрузку, при этом фильтрующая двухслойная загрузка устраивается с фильтрующим слоем гетерогенного металлокомплексного катализатора и фильтрующим слоем кварцевого песка, в котором соотношение высоты фильтрующего слоя металлокомплексного катализатора к нормативной высоте фильтрующего слоя песка составляет от 0,5 до 1,0, при этом фильтрующий слой катализатора устраивается первым по ходу движения воды, а фильтрующий слой песка - вторым, и диаметры зерен фильтрующих слоев увеличиваются - гетерогенного металлокомплексного катализатора в 4-7 раз, а песка в 1,5-2,0 раза по отношению к нормируемому эквивалентному диаметру зерен в слое песка.
Поставленная задача достигается тем, что скорый фильтр выполняется двухслойным с фильтрованием сверху вниз, со слоем гетерогенного металлокомплексного катализатора и слоем кварцевого песка, в котором отношение высоты слоя гетерогенного металлокомплексного катализатора к нормативной высоте слоя песка в двухслойных фильтрах (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные
сети и сооружения/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985 г., табл. 5.1.) составляет от 0,5 до 1,0, при этом слой катализатора устраивается первым по ходу движения воды, слой песка - вторым, и диаметры зерен слоев увеличиваются - гетерогенного металлокомплексного катализатора в 4-7 раз, а песка в 1,5-2,0 раза по отношению к нормированному эквивалентному диаметру зерен в слое песка.
Полезная модель предназначена для повышения эффективности очистки и увеличения производительности основных сооружений водоподготовки для обрабатывающих различные расходы воды, а также для сооружений доочистки сточных вод.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлен фильтр в разрезе.
Фильтр для каталитической очистки природных вод и доочистки сточных вод от загрязнений состоит из емкости 1 трубопровода 2 подачи воды на очистку, системы распределительных лотков 3, фильтрующего слоя гетерогенного металлокомплексного катализатора 4, фильтрующего слоя песка 5, поддерживающего слоя 6 с расположенным в нем трубопроводом 7 отвода очищенной воды, для отвода промывной воды при противоточной регенерации устанавливается задвижка 8 на трубопроводе отвода промывной воды 9.
2-
-
2-
2
Фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод работает следующим образом. Вода после предварительной обработки по трубопроводу 2 поступает через распределительные лотки 3 в емкость 1 фильтра. Далее вода последовательно фильтруется через первый фильтрующий слой гетерогенного металлокомплексного катализатора (ГМК) 4, где происходят адсорбционные и каталитические процессы, связанные с образованием на поверхности катализатора активированного кислорода в форме супероксид-ионов О и О или пероксид-ионов O . Для активации используется растворенный в воде кислород, а катализ
происходит на активных центрах катализатора по всей его поверхности в мономолекулярном слое, непосредственно примыкающим к поверхности катализатора. Таким образом, в слое ГМК происходят процессы жидкофазного окисления, а ГМК, по сути, выполняет роль активированного кислородного насоса, который обуславливает все каталитические процессы, протекающие с растворенными органическими загрязнениями на его поверхности. Во втором по ходу движения воды фильтрующем слое песка 5 происходит дополнительное извлечение взвешенных и агломерированных в предыдущем слое частиц.
Фильтрующие слои 4 и 5 расположены на поддерживающем слое 6. Отвод очищенной воды выполняется по трубопроводу 7 на дальнейшую обработку. Промывка фильтрующих слоев осуществляется аналогично классическим методам фильтрования (см. Абрамов Н.Н. Водоснабжение; М. Стройиздат, 1982, с.251-252) с параметрами, приведенными в нормативной литературе (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985 г.). Отвод промывных вод осуществляется при открытии задвижки 8 по трубопроводу 9.
При этом, для увеличения эффективности очистки по ХПК в сравнении с прототипом на 10-15% и эффективности очистки по мутности и цветности соотношение высоты фильтрующего слоя гетерогенного металлокомплексного катализатора к нормативной высоте фильтрующего слоя песка (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985 г., табл. 21) составляет от 0,5 до 1,0. Данное соотношение соответствует высоте слоя катализатора от 0,4 м до 0,7 м.
Регенерация фильтрующих слоев загрузки осуществляется обратным током воды. Фильтр выключается из работы и по трубопроводу 7 вода после фильтрования насосами подается в поддерживающий слой 6,
равномерно распределяясь по площади емкости фильтра. Далее промывная вода последовательно поступает в слои 5 и 4, псевдоожижает их и вымывает задержанные загрязнения. Промывная вода с загрязнениями собирается в систему сборных лотков 3 и при открытой задвижке 8 по трубопроводу 9 отводится для дальнейшей обработки. Затем фильтр включается в работу.
Результаты экспериментов, проводимых на сооружениях МУП ПО «Водоканал» г. Ростова-на-Дону, приведены в таблице ниже.
Приведенные результаты показывают нецелесообразность использования высоты слоя ГМК более 0,7 м, т.к. увеличиваются капитальные затраты при общей тенденции снижения очистки по ХПК.
Результаты исследований эффективности работы фильтра для каталитической очистки воды
Н катализатора, м
Скорость фильтрования, м/ч
Средние данные об эффективности, выборка из 30 серий опытов
ХПК, МГ O<sub>2</sub>/л
Мутность мг/л
Цветность, градусы
вход
выход
Э,%
вход
выход
Э,%
вход
выход
Э,%
0,4
10,0
50,0
26,0
48-55
12,0
5,3
55,8
15,0
12,0
20,0
68,9
31,0
15,0
78,4
39,2
46-55
12,5
5,6
53,3
24,0
15,0
37,5
78,0
35,1
0,7
10,0
68,9
32,4
40-53
7,9
1,2
84,8
25,0
15,0
40,0
68,9
41,3
15,0
29,0
18,0
38-50
7,9
1,3
83,5
25,0
16
36,0
50,0
25,0
1,0
10,0
68,9
57,2
12-17
11,6
4,5
61,2
30,0
19,2
36,0
68,3
60,1
15,0
37,7
33,1
8-12
11,6
5,5
52,6
30,0
17,0
43,3
37,0
34,0
Числитель и знаменателе - приведены данные разных серий опытов. Исследования каталитической очистки при подувании слоя катализатора воздухом показали, что подача воздуха в слой катализатора при одновременной подаче воды не оказывает влияния на увеличения эффективности очистки.
Аналогичные данные по снижению ХПК получены и при доочистке сточной воды после сооружений полной биологической очистки сточных вод.
Использование высоты слоя катализатора менее 0,4 м усложняет эксплуатацию фильтров вследствие невозможности поддержания равномерности высоты слоя ГМК по площади фильтра после выполнения противоточной регенерации. Таким образом, оптимальная величина высоты фильтрующего слоя ГМК составляет от 0,4 м до 0,7 м.
Приведенные результаты экспериментов также показывают устойчивый высокий эффект очистки по мутности и цветности природной воды, даже без предварительной коагуляции и флокуляции.
Поскольку увеличение эффективности каталитической обработки достигается при скоростях 10-15 м/ч, на 50 % превышающих нормируемые при нормальном режиме работы фильтра (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1985 г., табл. 21), то величины скоростей 10-15 м/ч используются в качестве рабочих.
Для обеспечения продолжительности фильтрования между промывками 8-12 часов, характерной для нормального режима, при увеличенных в 1,5 раза скоростях фильтрования диаметры зерен фильтрующих слоев увеличиваются - гетерогенного металлокомплексного катализатора в 4-7 раз, а песка в 1,5-2,0 раза по отношению к нормируемому эквивалентному диаметру зерен в слое песка (см. СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения/Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1985 г., табл. 21). Абсолютные размеры зерен ГМК составляют 3-5 мм, а зерен песка 1,1-1,8 мм.