Поиск и характеристика фильтрующих материалов для очистки вод (стр. 5 из 6)
Стекло волоконный картон марки КФБЖ (см. рис. 8) используется для предварительной фильтрации биологических жидкостей с высоким уровнем отделения частиц. Картон толщиной 0,7 мм непосредственно устанавливается на мембранный фильтр. Состоит из микро волокон стекла (70%) и целлюлозы (30%). Выпускается в виде плоских дискоРис. 8. Увеличенная структура стекловолокнистого картона марки КФБЖ
Мембранные технологии позволили создать оборудования для промышленной очистки воды. Одна из таких стандартных установок типа УПФ (Установки Полирующей Фильтрации). Техническая характеристика установки:
Номинальная производительность – 6 м3/ч.
Количество фильтроэлеменов 8 шт.
Мощность двигателя насоса – 1,5 кВт.
Габариты – 2100х1250х1600 (мм).
Масса -150 кг
Если два раствора с различной концентрацией разделить пористой перегородкой, то растворитель и растворенное вещество будут переходить через нее до тех пор, пока концентрации по обе стороны не выравняются. Существуют перегородки, обладающие избирательной пропускной способностью, т.е. пропускают одни вещества и задерживают другие. Такие перегородки, назовем мембранами, называют полупроницаемые. Прохождение растворителя через полупроницаемую перегородку называется осмосом. Разница в концентрации между двумя растворами обуславливает осмотическое давление. Осмотическое давление измеряется со стороны раствора, т.е. гидростатическим давлением в момент равновесия системы (см. табл..12). Повышение давления со стороны раствора сверх осмотического приводит к переносу растворителя в обратном направлении. Такой процесс получил название обратного осмоса и был впервые предложен Рейдом в 1953 г. для опреснения соленой воды. Однако широкие исследования этого метода начались только в 60-х годах после того, как были разработаны эффективные полупроницаемые мембраны.
Таблица 12 –
Осмотическое давление водных растворов распространенных солей, кгс/см2
| Соль | Концентрация, моль/л | |||||
| 0.1 | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 1 | 2 | |
| NaClKClCaCl2MgCl2Na2SO4K2SO4MgSO4 | 4,64,66,46,45,95,83,0 | 9,29,112,913,111,211,25,6 | 18,217,926,627,421,021,010,5 | 27,526,742,043,730,330,415,4 | 46,544,677,882,948,0—26,1 | 98,190,9205,1229,293,9—67,5 |
Эффективность обратноосмотических мембран, в основном, характеризуется производительностью Q и селективностью φ.
,где V - объем опресненной воды, f - рабочая поверхность мембран, t - время опреснения.
,где Сисх – концентрация исходной воды, Сопр – концентрация опресненной воды.
Высокими рабочими характеристиками обладают мембраны, изготовленные из ацетилцеллюлозы, ацетона и раствора перхлората магния. Эти мембраны позволяют опреснять воду от 5,25 до 0,05% NaCl при производительности 200 - 500 л/м2 сутки и рабочем давлении 100 - 150 кгс/см2.
Во ВНИИ синтетических смол разработана методика получения мембран из ацетилцеллюлозы, растворенной в уксусной кислоте. Эти мембраны толщиной 0,1- 0,25 мм имеют анизотропную структуру. Поверхностный «активный» слой с тонкими порами, выполняющий селективные функции, составляет примерно 0,2% всей мембраны» нижний крупнопористый обеспечивает ее прочность.
После изготовления ацетилцеллюлозные мембраны должны находиться во влажном состоянии. Для защиты мембран от воздействия бактерий рекомендуется хранить их в 0,5%-ном растворе формальдегида или в растворе медного купороса с концентрацией 800 мг/л при рН 4 - 6. Срок работы мембран зависит от наличия в очищаемых стоках микроорганизмов, вида органических растворителей, величины рН, температуры воды, а также от рабочего давления в аппаратах и при оптимальных условиях составляет один - два года.
В табл. 13 представлены характеристики ацетилцеллюлозных мембран марок МГА (опресняющих) и УАМ (ультрафильтрационных), разработанных во ВНИИ синтетических смол..
Таблица 13 Характеристики ацетилцелюлозных мембран
| Маркамембраны | Производи-тельность,л/м2 • сут | Селективность,% | Средний диаметрпор, Å | Пористость,% |
| МГА-80 | 600 | 80 | — | 75 |
| МГА-90 | 350 | 90 | — | 75 |
| МГА-95 | 250 | 95 | — | 75 |
| МГА-100 | 150 | 97,5 | — | 75 |
| УАМ-50 | 29—58 | — | <50 | 75 |
| AM-100 | 58—230 | — | 75 + 25 | 75 |
| УАМ-150 | 230—690 | — | 125 + 25 | 75 |
| УАМ-200 | 504—1370 | — | 175 + 25 | 75 |
| УАМ-300 | 920—2450 | — | 250 + 50 | 80 |
| УАМ-500 | >1730 | — | >300 | 80 |
* Паспортные данные опресняющих мембран определены при фильтровании 0,5%-ного раствора NaCI под давлением 50 кгс/см2, а ультрафильтрационных - при фильтровании дистиллированной воды под давлением 1,5 кгс/см2.
Значительный интерес для опреснения соленой воды методом обратного осмоса представляют динамические полупроницаемые мембраны, которые образуются при фильтровании через пористые подложки под давлением растворов, содержащих примеси диспергированных веществ. Динамические мембраны отличаются высокой производительностью (сотни литров с 1 м2/ч (это мало, т. к. для зернистых фильтров этот показатель 6 000, а для полипропиленовых еще больше – 50 000 л · м2/ч - авт..) и продолжительным сроком службы [12].
Длительные испытания, проведенные на природной воде с дисперсными добавками гидроксида циркония и полиакриловой кислоты в аппарате с пористыми керамическими трубками, показали, что при давлении 70 кгс/см2 задерживается 93 - 95% ионов SO42- и 83 - 94% ионов С1- при производительности 170 л/м2 · ч [12].
Ироничная философия развития и концепции применения фильтрующих материалов
Природа дала материальную возможность Человечеству решить проблему с Чистой Водой рек, озер, морей, а также с собственными нуждами для питьевых целей. В начале 20 века эта проблема только была обозначена и появились первые фильтрующие установки для очистки питьевой воды в виде зернистых фильтров, состоящих из мелких фракций кварцевого песка с поддерживающим гравийным слоем. Так начался век эпохи песчаных фильтров.
В Первую мировую войну было применено новое, доселе неизвестное оружие: отравляющие вещества в виде хлора. В ответ на это изобрели противогаз – надежную очистку воздуха с помощью активированного угля. Отныне хлор станет отравлять людей не только на суши, а и в воде. Если активированный уголь (АУ) так хорошо очищает воздух, так почему ему нельзя очищать воду, задумались ученые? Создалась международная индустрия по выпуску активированных углей на различной сырьевой базе. Активированные угли по ТУ СЗК Карбон производят: кокосовый уголь - в Юго - Восточной Азии, а уголь из минерального сырья - из КНР, в основном. Качество производства контролирует швейцарская компания SGS. Традиционный для российских потребителей активированный уголь БАУ – А, БАУ – ФМ (на традиционном дереве, символе России – береза), ДАК выпускаются по техническим условиям ГОСТ 6217-74 "Уголь активный древесный дробленый". Стоимость: российских АУ порядка 65 -145 руб/кг; минеральных, кокосовых меняется из - за курса доллара, евро и я найти не смог…
История с активированным углем получила развитие в России 21 века, когда В.И. Петрик создал активированный уголь из вспученного графита и назвал его УСВР. Отличие от предыдущих углей его в том, что поверхность данного минерала стала на порядок еще более развитой, а по форме это порошок, почти пыль (в классической форме). Если получен такой фильтрующий материал, то надо и дать ему название в виде предложенного фильтра для МЧС России – название было создано от Бога и Человека: «Геркулес – Шойгу». Не вдаваясь в технологические подробности, фильтры на бытовом уровне в целом имеют существенные недостатки по сравнению с промышленными большими установками, при той же загрузки ФМ. Пример? Все ученые знают процесс моделирования технологических процессов. Так как можно сравнивать фильтр ФСУ (см. табл..14) с бытовым фильтром, когда фильтрующий слой АУ в первом составляет 2500 мм, а во втором 50 - 100 мм? Есть разница? Существенная! Поэтому надо разделять два понятие: качество ФМ и его способность к технологическому использованию: мало найти ракетное топливо, надо еще построить ракету!
Близким по своим свойствам к активированному углю является дробленный керамзит и синтетический цеолит. Если к керамзиту отношение прохладное – нет серьезных рекламодателей, хотя это отходы металлургического производства, то цеолиты стали национальной гордостью Казахстана, где есть большие залежи сырья. Мне удалось встретиться с представителями ТОО «ТАЗА – СУ» на ЭКВАТЭК - 2006 из г. Алматы – кроме своих цеолитов в области очистки воды они ничего не хотят знать… Своя рубашка ближе к телу! Может мы что – то недооцениваем в этих цеолитах? Например, стоимость. Стоимость – 10 руб/ кг минерального сырья (гравий с песком). Стоимость синтетических цеолитов – (600 – 750) руб/кг для мелких фракций (0,16 - 0,25 мм). Как видим, стоимостью цеолит нас не удивил, даже можно сказать, что разочаровал. Может насыпной плотностью? – Она в пределах (1,17 – 1,32) г/см3, то есть. тонет в воде.. Пористость – 25-28%.
В чем общий недостаток керамзита, АУ, цеолита для очистки воды – это не прочная их физическая структура в общей массе – зернистость. Для того, чтобы перекрыть общий поток очищаемой воды необходимо эти сыпучие минералы сделать как можно плотней. По этой логике они должны быть как можно меньше по размеру. Если это условие не будет соблюдаться, то вода будет просачиваться на стыках поверхностей в форме шариков, черенков и их аналогичных форм по закону меньшего сопротивления. Таким образом, эффективное решение состоит в создании мелкой плотной засыпки фильтрационного слоя. Вместе с решением этой проблемы возникает другая проблема – а как этот фильтр удержать от вымывания? Решение найдено в создании своеобразной пирамиды из слоев – внизу слои гравия, крупного песка, мелкого песка, цеолита, керамзита и т.д,. или другой вариант – микронные нержавеющие сетки с ячейкой меньше, чем зерна этих ФМ. Этим увеличиваем общий слой ФМ от 1,5 до 3 м. Если принять реальную максимально – допустимую скорость фильтрации в 6 м/ч, то чтобы создать промышленный фильтр для водопровода городов, потребуются значительные производственные площади. На рис.10 мы можем видеть, во что это обходится, например, для г. Москва.