CC BY
106
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 1(14)
УДК 628.1
Использование углеродных волокнистых сорбентов (УВС) и волокнистых ионообменных нетканых материалов (ВИОН) в конструкциях фильтров для очистки воды
Ю.П. Петров а b , А.Б. Котюков а, Т.А. Щербинина а , С.В. Зехова а Пермский военный институт внутренних войск МВД России, 614108, Пермь, ул. Гремячий лог, 1. E-mail: [email protected] b Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 20 декабря 2011 г.)
Современные фильтрующие углеродные волокнистые сорбенты (УВС) марки АНМ-3 и волокнистые ионообменные нетканые материалы (ВИОН) обладают наибольшей эффективностью при очистке воды от органических загрязнений, ионов тяжелых металлов и солей жесткости, включающих ионы Са+2 и Mg+2. Ключевые слова: степень сжатия, материал нагрузки, конструкция фильтра.
В настоящее время фильтры приметаются 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
V
а = : ,
где Ьі, Ъ2 - 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 З.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, а, Ь -направление движения жидкости через фильтр, с-направление сжатия
В фильтрах с большим объемом фильтрующего материала создание необходимого усилия представляет большие трудности. Поэтому предлагается оригинальная конструкция [2], в которой техно-
© Петров Ю.П., Котюков А.Б., Щербинина Т.А. , Зехов С.В., 2012
66
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) а 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 а 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).
эффективность очистки воды от загрязнений.
ічй
Рис. 2. Фильтр: 1 - слой УВС, 2 - активированный уголь, а, Ь - направление движения жидкости через фильтр, с - 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 ^ =0,7м для кварцевого песка.
Активированный уголь и кварцевый песок не только оказывают давление на загрузочный материал, обеспечивая необходимую степень сжатия а, но и дополнительно выполняют функцию очистки воды от механических и органических примесей, что в свою очередь повышает
----и----
Рис. 3. Фильтр: 1 - слой ВИОН, 2 - кварцевый песок, а, Ь - направление движения жидкости через фильтр, с - направление сжатия, И- 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 частиЗ. 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.
ЧЛ_
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;
Библиографический список
1. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1982. 440 с.
2. Котюков А.Б. Улучшение конструкций фильтров с углеродными волокнистыми сорбентами // Проектирование,
- предполагают предварительное уплотнение фильтрующего материала при насыщении водой;
- обладают большей производительностью;
- обеспечивают очистку воды от ионов тяжелых металлов и солей жесткости, а также от механических и органических примесей;
- являются более простыми в изготовлении и могут быть использованы как для малых, так и для больших объемов воды.
Таким образом, можно утверждать, что материалы УВС и ВИОН в рассмотренных оригинальных конструкциях существенно упростили технологию сборки фильтров и расширили возможности их применения.
Рассмотренные конструкции фильтров на основе материалов УВС и ВИОН могут быть использованы как для больших, так и для малых фильтров. Небольшой фильтр с объемом фильтрующего материала 14 см3 может обеспечить чистой питьевой водой одного человека при полевых работах в геологических партиях. строительство, реконструкция/ Перм. техн. ун-т. Пермь, 2004. С.44-46.
3. Пат. №55635. Российская Федерация, и1, МПК ВОШ 25/26 (2006.01). Фильтр // Изобретения. 2006. №24. С. 211.
The Use of CFS and VION Materials in Water Filters
Y.P. Petrovab, A.B. Kotyukova, T.A. Scherbininaa , S.V. Zehov a
aPerm Military Institute of the Interior Ministry of Russia, 614108, Perm, Gremyachy Log st., 1. E-mail: [email protected] bPerm State National Researching University, 614990, Perm, Bukirev st., 15. E-mail: [email protected]
Modern filter carbon fiber sorbents (CFS) marks the ASM-3, and ion-exchange fiber VION nonwovens have the highest efficiency in water purification from organic pollutants, heavy metal and hardness ions including Ca +2 and Mg +2.
Keywords: compression, the material load, the design of the filter.
Рецензент - доктор технических наук Г.А. Цветков
