CC BY
24
УДК 66.081.63
Ю.М.Аверина, В.В.Меньшиков*, Н.О.Карченков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: vm uti@muctr.ru
РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ВОДООЧИСТКИ ДЛЯ ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЙ
В результате работы был разработан первичный вариант мобильного комплекса водоочистки для полевых условий, что позволило проверить теоретическую работоспособность данной установки. В комплексе используется керамический фильтр, российского производства, и ручной крыльчатый насос.
Ключевые слова: керамическая мембрана, мобильный комплекс водоочистки, ручной насос.
Где бы ты ни был всегда есть потребность в воде. Но есть такие места и ситуации, где нет цивилизации, а ближайшим источником жидкости является пруд, озеро или даже лужа. В таких местах существует потребность в очищенной, пригодной к потреблению воде. Не всегда есть возможность набрать с собой достаточное количество воды. Для таких случаев появилась идея о разработке мобильной установки для очистки воды.
В первую очередь был произведен поиск аналогичных устройств, была найдена только один аналог основанный на полимерной системе фильтрации воды, созданный в Украине. Другие мобильные варианты были оснащены электрическими насосами, что существенно ограничивало спектр использования устройств.
Данная разработка не имеет аналогов в мире, так как имеет особую систему очистки воды, с использованием керамического мембранного фильтра, особую конструкцию и не требует использование электрического тока или какого-либо топлива.
Вода есть практически везде, но чистая, удовлетворяющая нормам потребления, в основном хранится в недрах земли реже на поверхности, заставляет человека использовать различные типы очистки поверхностных вод.
Основная проблематика поверхностных вод -это загрязненность. Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение воды. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, обще-санитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.
Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них относятся:
1. Сброс в водоемы неочищенных сточных вод.
2. Газодымовые выбросы.
3. Утечки нефти и нефтепродуктов.
4. Механические примеси.
Исходя из вышеперечисленных данных нужно было выбрать основной этап любой водоочистной системы - очистка. Изучив различные типы очистки вод, для данной разработки больше всего подходит фильтрация, или использование фильтра. Просматривая и изучая нынешние разработки и
технологии, можно выделить некоторые особенности керамических и мембранных фильтров:
1. Полимерные фильтры могут очистить воду практически т любого вида загрязнителя, но требуют поэтапную очистку, так как определенный полимер очищает от определенного вида загрязнения. Когда керамические фильтры комплексно удаляют самые распространенные виды загрязнений.
2. Керамические фильтры более универсальны, то есть более компактны нежели полимерные, которые требуют многоступенчатую систему фильтрации с помощью различных полимерных блоков для каждого вида загрязнителя.
В данной разработке очень важны габариты и вес конструкции, которые обуславливаются размерами насоса и фильтрационной системы. Для мобильного комплекса водоочистки для полевых условий больше подходит керамический мембранный фильтр. Так что же за керамические мембраны?
Керамические мембраны - это пористые керамические фильтры тонкой очистки, изготовленные спеканием металлокерамических материалов, таких как оксид алюминия, диоксид титана или циркония, при сверхвысоких температурах. Керамические мембраны обычно имеют асимметричную структуру поддерживающую активный мембранный слоем. Макропористые материалы обеспечивают механическую
устойчивость, в то время как активный мембранный слой обеспечивает разделение: Микрофильтрация, Ультрафильтрация, Нано-фильтрация (от 10 мкм до 1КД). Керамические мембранные фильтры всегда работают в режиме тангенциальной фильтрации с оптимальными гидродинамическими режимами.
Нанофильтрационные керамические мембраны представляют собой цилиндрические трубки (одно-и многоканальные) и состоят из крупнопористой подложки (суппорта) и нанесённых на подложку мембранных микропористых слоёв. Материал подложки - высокочистый оксид алюминия (у-Al2O3); материал мембранных слоёв А1203; ZrO2; ТЮ2; Се02. Такие мембранные элементы выпускаются различных типов. Одноканальный цилиндрический элемент. Семиканальный цилиндрический элемент. Девятнадцатиканальный шестигранный элемент. (Рисунок №1)
Рис.1. Типы мембраных элементов.
В фильтре для данной разработки будут использоваться одноканальный цилиндрический элемент. Характеристики одноканального элемента внешний диаметр - 9,5 мм, внутренний диаметр -5,0 мм , длина - 830 мм , размеры пор селективного слоя - 0,2-0,4 мкм; размеры пор подложки - 4-6 мкм, производительность по дистиллированной воде - 400-1000 л/(м 2 •ч).
Таблица1. Технические характеристики керамических
мембран
Материал подложки и микрофильтрационного слоя ^3
Пористость всех элементов 35-95 %
Механическая прочность до давления 30 атм
Термостойкость до 400 °С
Стойкость в коррозионно-активных средах рН = 1-14
Ультрафильтрационный слой (наносится на промежуточный микрофильтрационный), размер пор 10-30; 40-70; 80100 нм
Материал селективного ультрафильтрационного слоя SiO2 , , ZrO2, СеО2
Также основным элементом водоочистного комплекса, является насос. Существует огромное количество различных типов насосов. Но так как существуют определенные условия для данного проекта, мы можем отбросить некоторую часть.
Вертикальный крыльчатый ручной насос серии РК-0
Для данной системы водоочистки, требуется давление на выходе из насоса от 2 атм., что очень сильно сужает круг, так как многие насосы ручного типа не создают давление даже и 1 атм. Большинство насосов с показателями давления на выходе от 2 атм. имеют огромные габариты и высокий показатель массы.
Таким образом, для данной установки будет использован - ручной крыльчатый насос для воды и топлива К2 (импортный аналог Российского насоса РК-2).
Под данную разработку, в ходе планирования и конструирования, было подобрано дополнительное оборудование и аксессуары. Схема представлена на рисунке №2.
Вода всасывается из источника неочищенной воды при помощи грязевика и давления создаваемого насосом, на выходе из насоса создается давления 2.5 атм. с которым подается неочищенная жидкость в керамический фильтр «Аквакон», фильтр имеет два выходных отверстия: один для проточного прохождения через фильтр воды без очистки, второй для выхода очищенной воды прошедшей сквозь мембрану. С помощью двух кранов на выходе мы можем регулировать подачу воды на фильтрацию с помощью мембраны. На оба выхода из фильтра установлены шланги, один опущенный в емкость для чистой воды, второй направлен на первоначальный источник неочищенной воды, соответственно кранам, установленным на выходе из фильтра.
Комплекс будет выполнен таким образом, что позволяет выдерживать ему продолжительные нагрузки, создаваемые насосом и работой, совершаемой человеком. Эргономика корпуса позволяет использовать комплекс с удобством, как для правши, так и для левши.
Первичный вариант мобильного комплекса водоочистки для полевых условий уже сконструирован и проверен в деле, что смело позволяет сказать, что разработка актуальна и вполне реальна в исполнении.
Фильтр керамический «Аквакон»
У Ч Грязевик с встроенным . обратным клапаном
Краны запорные 1/2 на 1/2 выролненые из хрома
Источник неочищенной воды
Емкость для чистой воды
1
Рис. 2. Схема очистки воды при помощи водоочистного комплекса.
Карченков Никита Олегович, студент 4 курса факультета Инженерной химии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Аверина Юлия Михайловна, к.т.н., ассистент кафедры Инновационных материалов и защиты от коррозии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Меньшиков Владимир Викторович, д.т.н., профессор кафедры Инновационных материалов и защиты от коррозии РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. "Обезжелезивание питьевой воды. Методы и технологии" <Журнал С.О.К. - Сантехника, отопление, кондиционирование N 7 | 2002г.
2. Quantitative removal of iron and manganese by microorganismsin rapid sand filters. Gzekalla C, Mevius W., Hanert H. /Water Supply, 1985, 3 № 1
3. Жуков А.И. Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат, 1987.
Averina JuliaMikhailovna, Menshikov Vladimir Viktorovich*, Karchenkov Nikita Olegovich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: vm uti@muctr.ru
DEVELOPMENT OF MOBILE COMPLEX FOR WATER PURIFICATION FOR FIELD CONDITIONS
Abstract
As a result, the work was developed a primary version of mobile water purification complex for field conditions, that allowed check the theoretical efficiency of the installation. The complex uses a ceramic filter, Russian-made and manual vane pump.
Keywords: ceramic membrane, a mobile water purification complex, manual pump.
