Использование углеродных волокнистых сорбентов (УВС) и волокнистых ионообменных нетканых материалов (ВИОН) в конструкциях фильтров для очистки воды

В настоящее время фильтры применяются на производствах нефтепереработки, в водопроводных, канализационных очистных сооружениях, бытовых приборах [1].

Фильтры на основе материалов УВС и ВИОН изготавливаются с различной степенью сжатия фильтрующего материала. Требуемая степень сжатия определяет степень очистки. Степень сжатия определяется по формуле h1 - h2

α = h1 , где h1,h2– начальная (до сжатия ) и конечная (после сжатия) высоты загрузки УВС и ВИОН в фильтрах.

Как правило, степень сжатия находится в пределах от 0,3 до 0,5.

На рис.1 представлен фильтр, в котором сжатие слоя 1 осуществляется фланцем 2 с последующей фиксацией его гайкой 4 на трубе 3.Необходимое усилие на фланец 2 производится закручиванием гайки 3.

Рис. 1. Фильтр: 1–- слой УВС или ВИОН, 2 – фланец, 3 – центральная перфорированная труба, 4 – прижимная гайка, a, b –направле-ние движения жидкости через фильтр, c-направление сжатия

В фильтрах с большим объемом фильтрующего материала создание необходимого усилия представляет большие трудности. Поэтому предлагается оригинальная конструкция [2], в которой техно-

логия сжатия усовершенствована. Сжатие осуществляется в два этапа.

• 1.    После загрузки в фильтр материалы УВС и ВИОН насыщаются водой. В результате проведенных экспериментальных работ установлено, что степень естественного сжатия (усадка) α составила для УВС–0,19, ВИОН–0,15. Данный эффект можно объяснить уменьшением сил трения скольжения между волокнами при насыщении материала водой.

• 2.    В дальнейшем требуемая степень сжатия α достигается путем насыпки сверху на слои УВС и ВИОН материалов нагрузки. Для УВС – это слой активированного угля (рис.2), для ВИОН – кварцевого песка (рис. 3).

Рис. 2. Фильтр: 1 – слой УВС, 2 – активированный уголь, a, b – направление движения жидкости через фильтр, c – направление сжатия, –- толщина слоя активированного угля

Проведены экспериментальные работы по определению толщины слоя нагрузки, обеспечивающего необходимую степень сжатия. Результаты исследований показали, что h=9,5м для активированного угля марки АГ-3 и h| =0,7м для кварцевого песка.

Активированный уголь и кварцевый песок не только оказывают давление на загрузочный материал, обеспечивая необходимую степень сжатия α, но и дополнительно выполняют функцию очистки воды от механических и органических примесей, что в свою очередь повышает эффективность очистки воды от загрязнений.

Рис. 3. Фильтр: 1 – слой ВИОН, 2 – кварцевый песок, a, b – направление движения жидкости через фильтр, c – направление сжатия, h^|- толщина слоя кварцевого песка

Работы проводились с фильтром диаметром 1,5м. Высота загрузки 1м. Производительность фильтров составляла 16м3/ч. Изменение производительности рассмотренных фильтров возможно путем изменения их диаметров без существенных конструктивных доработок.

Более совершенная конструкция фильтра рассмотрена в патенте А.Б. Котюкова [3]. На рис.4 представлен вертикальный осевой разрез фильтра.

Фильтр содержит фильтрующий пакет 1, центральную перфорированную трубу 7. Пакет выполнен из двух частей: внешней части загрузки 2 и внутренней части3. Кроме того, на фильтрующий пакет через фланец 6 оказывает давление нагрузочный материал, представленный слоем песка 4 и слоем гравия 5.

Рассмотренная оригинальная конструкция позволяет более эффективно использовать фильтрующий пакет 1. В случае быстрого загрязнения одной из частей загрузки фильтра она может быть заменена на новую, а другая часть загрузки будет продолжать работать.

Рис. 4. Вертикальный осевой разрез фильтра. 1 – фильтрующий пакет, 2 – внешняя часть загрузки , 3 – внутренняя часть загрузки, 4 – слой песка, 5 – слой гравия, 6 – фланец, 7 – перфорированная труба

Рассмотренные         оригинальные конструкции фильтров, представленные на рис.2,3,4, используют материал загрузки из УВС и ВИОН. Эти фильтры обладают рядом преимуществ по сравнению с фильтром на рис.1, а именно:

– не требуют устройств механического уплотнения фильтрующего материала;