Фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от загрязнения
Полезная модель относится к устройствам для водоподготовки природной воды и доочистки сточных вод фильтрованием.
Цель полезной модели - увеличение эффективности каталитической очистки на 10-15% по ХПК, по мутности и цветности при одновременном увеличении производительности фильтра в 1,5 раза.
Фильтр для каталитической очистки природных и сточных вод от загрязнений содержащий емкость, трубопроводы подачи исходной воды и отвода очищенной воды, поддерживающий слой, систему распределительных лотков, фильтрующую двухслойную загрузку устраиваемую с фильтрующим слоем гетерогенного металлокомплексного катализатора и фильтрующим слоем песка, в котором соотношение высоты фильтрующего слоя гетерогенного 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, фильтрующий слой песка вторым, а 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.
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.
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 О2- и О - или пероксид-ионов O2 2-. 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 O2/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.
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, отличающийся тем, что фильтрующая двухслойная загрузка устраивается из двух элементов: слой гетерогенного металлокомплексного катализатора расположенного первым по ходу движения воды и имеющего высоту относящуюся к нормируемой высоте фильтрующего слоя песка как 0,5÷1,0, при этом фильтрующий слой катализатора выполнен из частиц, диаметр которых относится к нормируемому эквиваленту диаметра зерен песка как 4÷7, слой песка расположенный вторым по ходу движения воды выполненный из частиц, диаметр которых относится к нормируемому эквиваленту диаметра зерен песка как 1,5÷2,0.
