Автор: Ю.И. Кутняшенко, А.С. Парфенюк
Источник: ХXIІ Всеукраинская научная конференция аспирантов и студентов «Охрана
окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», ДонНТУ - 2013г.
Ю.И. Кутняшенко, А.С. Парфенюк О качестве фильтрующих зернистых материалов и сорбентов для водоочистки Зернистая загрузка является основным рабочим элементом большинства фильтровальных сооружений, применяемых для водоочистки, и во многом определяет эффективность их работы. Правильный выбор фильтрующей загрузки имеет первостепенное значение для нормальной работы фильтра.
Выбор фильтрующих материалов для построения концепции очистки воды является стратегической, фундаментальной задачей. При выборе фильтрующего материала надо учитывать следующие показатели:
В фильтровальных сооружениях используют тяжелые и плавающие загрузки природного происхождения (пески, антрацит, горелые породы, гранодиорит, вулканические шлаки и туфы, перлит, цеолиты), а также искусственные (керамзит, шунгизит, аглопорит, пенополистерол, активные угли, ионообменные смолы). По поверхностной активности различают инертные (пассивные) фильтрующие материалы и с активной поверхностью – сорбенты и иониты. Основные показатели зернистых фильтрующих материалов представлены в таблице 1.
| Вид материала | Плотность, г/см | Пористость загрузки, % |
| Кварцевый песок | 2,6 – 2,65 | 40 – 42 |
| Антрацит дробленый | 1,6 – 1,7 | 45 |
| Керамзит дробленый | 1,2 – 1,5 | 58 – 62 |
| Керамзит недробленый | 1,7 – 1,8 | 45 |
| Шунгизит дробленый | 1,5 – 1,8 | 56 – 58 |
| Доменные шлаки | 2,6 | 42 – 44 |
| Цеолит | 2,18 – 2,5 | 25 – 28 |
| Активированный уголь | 0,3 – 0,42 | 65 |
Для осветления воды с применением реагентов обычно используют инертные материалы. Сорбенты внедряют при безреагентной очистке и доочистке воды, и для удаления растворенных примесей. Ионообменные фильтрующие загрузки необходимы для умягчения и обессоливания воды.
Для выбора и расчета фильтрующей загрузки необходимы ее структурные физико-механические свойства.
Структурные показатели загрузки определяют ее технологические свойства – скорость фильтрования, грязеемкость, продолжительность фильтроцикла. Предпочтение следует отдавать материалам, имеющим развитую удельную поверхность.
Гранулированные фильтрующие материалы применяют в фильтровальных сооружениях с пористым каркасом (каркасные или намывные фильтры). Фильтрующие материалы для таких фильтров имеют мелкодисперсную структуру.
В качестве сырья используют как инертные, так и активные и даже инообменные природные и синтетические материалы.
Диатомит наиболее часто применяют в намывных фильтрах. Это природный минерал, состоящий из останков мельчайших кремнистых водорослей – диатомий. Полые скелетообразные обусловливают высокую пористость и легкость диатомита. Фильтрующий порошок получают путем дробления горной породы. В СНГ выпускается под маркой Кизельгур (устарелое название диатомита). Пористость материала – до 90 %, объемная масса 280–500 кг/м . Диатомит обеспечивает высокую степень осветления и обесцвечивания воды при ее мутности до 40 мг/л и цветности до 30 градусов, является хорошим сорбентом по отношению к нефтепродуктам, пигментам и другим коллоидным и эмульгированным загрязнениям. Удельный расход материала для формирования намывного слоя составляет около 600 г/м. Скорость фильтрования 0,2–5,0 м/ч.
Вспученный перлит по своим свойствам приближается к диатомиту. Его получают путем нагревания до 1000–1200 °С и последующего измельчения перлита. Насыпная масса порошка перлитового – 1000 кг/м<, удельная поверхность около 0,8 м2/г. Условия и область применения вспученного перлита те же, что и диатомита.
Целлюлоза в качестве фильтрующего материала используют в теплоэнергетике для очистки конденсатов от взвешенных соединений железа и меди перед их подачей в котлы. Твердую целлюлозу разбивают перед намывом в мешалке на волокна. При очистке конденсатов с содержанием железа от 0,1 до 3 мг/л толщина слоя целлюлозы составляет 3–5 мм, а скорость фильтрования – до 10 м/ч.
Древесную муку и опилки применяют для глубокой очистки производственных вод от нефтепродуктов. Размеры частиц могут быть самыми различными в зависимости от способа переработки и типа древесины.
Иониты в намывных фильтрах используют в виде тонкоизмельченных порошков с крупностью 50–70 мкм. Обычно для получения сверхчистой воды после ее осветления и обессоливания. Для намыва применяют смесь катионита и анионита. При фильтровании происходит практически полное удаление солей, кремнекислоты, железа и других металлов. Удельный расход ионитов составляет около 1 кг/м2, перепад напора в фильтре возрастает от 0,2 в начале до 25 м в конце фильтроцикла. Продолжительность фильтроцикла при очистке конденсатов в теплоэнергетике составляет до 14 суток.
Для каркасных фильтров применяют также порошки из активированного угля и цеолита.
Специальные материалы для намывных и бытовых фильтров выпускает ряд зарубежных фирм: «Мэнвилл» и «Дикалит» (США), «Миура» (Япония), «Сеса» (Франция) и др. Как правило, эти фильтрующие материалы состоят из смеси диатомита, перлита, активного угля и других составляющих в разных пропорциях и обладают высокой пористостью и сорбционной емкостью, что делает их эффективными в системах водоочистки.