Фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от органических загрязнений

Фильтр предназначен для очистки природных и сточных вод от трудно окисляемых растворенных органических веществ, может применяться в системе коммунального водоснабжения, а также для очистки производственных сточных вод.

Задачей полезной модели является уменьшение затрат на изготовление и эксплуатацию фильтра.

Задача решается тем, что в фильтре для каталитической очистки природных и сточных вод от органических загрязнений, включающем емкость, систему подачи и отвода обрабатываемой воды, поддерживающий слой и фильтрующую загрузку, выполненную из металлокомплексного катализатора, в соответствии с полезной моделью в поддерживающем слое фильтра расположена система аэрации в виде перфорированных труб, причем катализатор содержит 30-40% мас. бурового шлама, 5-10% мас. древесных опилок, остальное бентонит. Катализатор изготовлен в виде сферических частиц диаметром 3-10 мм.

Фильтр предназначен для очистки природных и сточных вод от трудно окисляемых растворенных органических веществ, может применяться в системе коммунального водоснабжения, а также для очистки производственных сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод от стойких органических веществ путем обогащения кислородом очищаемой воды и фильтрования в гранулированном пиролюзите, который обладает каталитическими свойствами (Патент SU 1244105).

Недостатком способа является высокая стоимость пиролюзита, невысокая механическая прочность.

Известна установка обработки воды, включающая фильтр механической очистки, устройство насыщения воды газообразным окислителем, блок фильтров с адсорбционной и каталитической загрузкой, блок фильтров с сорбционной загрузкой, систему обеззараживания. Каталитическая загрузка выполнена в виде подвергнутой модифицирующей обработке перманганатом калия композиции катализатора на основе оксида двухвалентного марганца (Патент RU на ПМ 30741).

Установка обработки воды сложна, в ней использованы каталитические и сорбционные материалы, имеющие высокую стоимость.

Наиболее близким к заявляемому объекту решением задачи является фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от загрязнений, включающий емкость, систему подачи и отвода обрабатываемой воды, поддерживающий слой, двухслойную фильтрующую загрузку, причем двухслойная загрузка состоит из металлокомплексного катализатора и из песка (Патент RU на ПМ 47248).

Недостатком фильтра является то, что он загружен каталитическим материалом, имеющим высокую стоимость.

Задачей полезной модели является уменьшение затрат на изготовление и эксплуатацию фильтра.

Задача решается тем, что в фильтре для каталитической очистки природных и сточных вод от органических загрязнений, включающем емкость, систему подачи и отвода обрабатываемой воды, поддерживающий слой и фильтрующую загрузку, выполненную из металлокомплексного катализатора, в соответствии с полезной моделью в поддерживающем слое фильтра расположена система аэрации в виде перфорированных труб, причем катализатор содержит 30-40% мас. бурового шлама, 5-10% мас. древесных опилок, остальное бентонит. Катализатор изготовлен в виде сферических частиц диаметром 3-10 мм.

На фигуре 1 представлен чертеж фильтра.

Фильтр содержит корпус 1, имеющий патрубок 2 подвода и патрубок 3 отвода воды, патрубок 4 подвода промывной воды и патрубок 5 отвода промывной воды. В корпусе 1 фильтра размещена нижняя дренажная система 6, выполненная из перфорированных труб, расположенная в поддерживающем слое 7, выполненном из гравия. В поддерживающем слое 7 размещена система 8 аэрации, выполненная из перфорированных труб. В верхней части корпуса 1 расположен желоб 9 для сбора промывной воды. В корпусе 1 фильтра размещена фильтрующая загрузка 10, выполненная из металлокомплексного катализатора, содержащая 30-40% мас. бурового шлама, 5-10% мас. древесных опилок, остальное бентонит. Катализатор изготовлен в виде сферических частиц диаметром 3-10 мм.

Принцип работы фильтра заключается в следующем. Любая природная вода содержит растворенные органические вещества природного или техногенного происхождения, концентрация которых определяется показателями перманганатной или бихроматной окисляемости. Перманганатная окисляемость питьевой воды не должна превышать 5 мг/л. Концентрация растворенных органических веществ в сточных водах определяется показателями БПК (биологическое потребление кислорода) и ХПК (химическое потребление кислорода), которые нормируются в очищенных сточных водах, сбрасываемых в водные объекты. Показатель ХПК всегда выше БПК, что указывает на содержание в сточных водах трудноокисляемых органических веществ, как правило, техногенного происхождения. Содержание трудноокисляемых органических веществ всегда вызывает технологические проблемы по их извлечению.

Очищаемая вода подается в фильтр через патрубок 2 подвода воды, фильтруется в каталитической загрузке 10 в направлении сверху вниз. С помощью системы 8 аэрации встречно воде подается воздух, кислород которого является окислителем. Однако, барботаж воды, содержащей растворенные органические вещества, воздухом не приводит к очистке воды. Окислительная мощность кислорода существенно увеличивается на границе раздела воды, воздуха и твердого катализатора. В качестве катализатора использован гранулированный материал, полученный из отходов нефтедобычи, а именно, буровых шламов. Активность катализатора обеспечивается содержанием алюминий, марганец, титан, ванадий, цинк, железо, медь, никель, хром и кобальт. Окисление органических веществ происходит до образования углекислого газа и воды. Эффект очистки воды зависит от скорости фильтрования, которая определяется опытным путем.

Любая природная или сточная вода содержит взвешенные вещества, которые извлекаются в процессе фильтрования. Регенерация фильтра производится обратным током воды с помощью патрубка 4 и дренажной системы 6. Промывная вода удаляется желобом 9.

Предложенный фильтр предназначен именно для окисления трудно окисляемых органических веществ кислородом воздуха в присутствии катализатора, существенно увеличивающего окислительную мощность фильтра.

В качестве сырья для получения катализатора использованы осадки буровых шламов влажностью 38-40%.

Активными элементами бурового шлама являются алюминий, марганец, титан, ванадий, цинк, железо, медь, никель, хром и кобальт.

В состав катализатора вводили от 20 до 60% мас. буровой шлам, 10% мас древесные опилки и бентонит - остальное. После перемешивания сухой массы в смесь добавляли воду до получения пластичной массы перемешиванием. После формирования гранулы сферической формы подсушивали естественным путем и подвергали обжигу в печах при температуре 700-800°C в течении 2 часов. Размер гранул изменяли в диапазоне 3-10 мм.

Из описания следует, что сырьем для получения катализатора является отход производства, поэтому затраты на получения катализатора меньше, чем по прототипу. Истираемость катализатора составляет 7% мас., поэтому он относится к расходным материалам. Стоимость расходных материалов влияет на эксплуатационные затраты, поэтому эксплуатационные затраты по полезной модели также меньше, чем по прототипу.

Пример 1. Проводили опыты по очистке природной воды, содержащей трудноокисляемые органические вещества. В качестве загрязнителя использовали органический краситель метиленовый голубой, рекомендованный в качестве индикатора ГОСТом 4453-71. Изменение концентрации красителя измеряли путем определения оптической плотности на фотоэлектронном колориметре ФЭК-56М.

В качестве эталонного катализатора применяли алюмомарганцевый катализатор АОК-7541, выпускаемый в промышленном масштабе Новосибирским заводом ОАО «Катализатор» по ТУ 6-68-197-2004.

Исходное значение оптической плотности раствора метиленового голубого равно 0,7. Раствор фильтровали в каталитической загрузке фильтра со скоростью в интервале 4-20 м/ч. Воздух подавали с помощью компрессора с расходом 0,25 м³/ч. Содержание бурового шлама в каталитической загрузке составляло 40% масс, содержание опилок - от 3 до 15% мас.

Таблица 2
Результаты определения оптической плотности фильтрата
Катализатор	Скорость фильтрования, м/ч
	4	5	7	10	14	20
АОК-7541	0,15	0,17	0,23	0,30	0,41	0,49
По полезной модели, концентрация опилок, % мас.:
3	0,20	0,22	0,28	0,35	0,45	0,56
5	0,11	0,12	0,17	0,23	0,31	0,37
10	0,08	0,10	0,13	0,18	0,24	0,31
15	0,07	0,09	0,12	0,16	0,22	0,28

Из таблицы 2 следует, что активность предложенного катализатора при содержании опилок от 5 до 15% мас. выше, чем у катализатора АОК-7541. Лучшие результаты получены при содержании опилок от 5 до 10% мае., т.к. при большем содержании опилок наблюдается увеличение истираемости гранул катализатора. Оптимальным значением скорости фильтрования является 4-7 м/ч.

Пример 2. Проводили опыты по очистке промышленной сточной воды молочного комбината. Исходное значение ХПК составляло 1860 мг/л. Скорость фильтрования равна 7 м/ч, расход воздуха - 0,25 м³/ч. Содержание опилок в каталитической загрузке равно 10% мас., содержание бурового шлама - 20-60% мас.

Таблица 3
Результаты определения ХПК в фильтрате
	Содержание бурового шлама в катализаторе, % мас.
	20	30	40	50	60

Из таблицы 3 следует, что больший эффект очистки сточной воды достигается при содержании в каталитической загрузке 40-60% мас. бурового шлама.

1. Фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от органических загрязнений, включающий емкость, систему подачи и отвода обрабатываемой воды, поддерживающий слой и фильтрующую загрузку, выполненную из металлокомплексного катализатора, отличающийся тем, что в поддерживающем слое расположена система аэрации в виде перфорированных труб, причем катализатор содержит 40-60 мас.% бурового шлама, 5-10 мас.% древесных опилок, остальное - бентонит.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что катализатор изготовлен в виде сферических частиц диаметром 3-10 мм.