Засыпки для сорбции

Фильтрующие сорбционные загрузки предназначены для использования в фильтрах AQUASOLT ACF для удаления из воды органических веществ, нефтепродуктов, посторонних запахов, цветности.

Органические вещества присутствуют в воде в виде природных и техногенных соединений. К природным относятся гуминовые и фульвокислоты и их соединения, в том числе их комплексы с железом. Техногенные – образуются в результате деятельности человека. В их числе продукты, образующиеся при обработке воды активным хлором, включая наиболее токсичные и канцерогенные – диоксины.

Органические загрязнения имеют различные размеры и молекулярную массу. Разрушение соединений производится сильными окислителями, такими как хлор, кислород, озон, а также жестким ультрафиолетом. Извлечение органических веществ может быть осуществлено сорбцией, коагуляцией и мембранными методами. Сорбционные методы очистки основаны на процессах адсорбции и ионного обмена. Извлечение молекул из раствора осуществляется методом адсорбции.

Адсорбция — это поглощение молекул растворенного вещества твердым нерастворимым телом – адсорбентом. Поглощение происходит за счет физической сорбции или хемосорбции на развитой поверхности адсорбента. Физическая сорбция основана на силах межмолекулярного взаимодействия. Хемосорбция основана на поглощении с образованием химических соединений на поверхности твердого тела с участием химических реакций.

Адсорбенты – это твердые нерастворимые тела, обладающие развитой поверхностью (до 1000 м²/г) за счет высокой пористости. Наиболее распространенные адсорбенты – активированные угли разных марок. Активированные угли представляют собой пористые углеродные тела, зерненые или порошкообразные, имеющие большую площадь поверхности. Неоднородная масса, состоящая из кристаллов графита и аморфного углерода, определяет своеобразную пористую структуру активированных углей, а также их адсорбционные и физико-механические свойства.

Пористая структура активированных углей характеризуется наличием развитой системы пор, которые классифицируются по размерам:

• Микропоры;
• Мезопоры;
• Макропоры.

В основном адсорбционные свойства углей определяются микропорами, составляющими до 90% всей поверхности активированных углей. Способность к сорбции возрастает с ростом молекулярной массы и температуры. Для оценки качества зерненых активированных углей, используемых в качестве загрузки в различные типы адсорберов, важное значение имеют физико-механические характеристики, такие как: фракционный состав (зернение), насыпная плотность, механическая прочность.

Активированные угли изготавливаются на древесной и каменноугольной основах, а также из полимерных волокон.

Древесные угли характеризуются высокой пористостью (до 1,8-2,0 см³/г), широким распределением пор по размерам, большой удельной поверхностью и, как следствие, высокой емкостью. Однако они имеют низкую механическую прочность и удельную массу. В системах водоподготовки применяются, как правило, в бытовых и малогабаритных промышленных фильтрах.

Угли на каменноугольной основе имеют значительно лучшие гидравлические и механические характеристики, чем древесные, что позволяет применять их в сорберах как с неподвижным, так и движущимся слоем любых габаритов.

Особую группу представляют активированные угли, изготовленные из скорлупы кокосового ореха. В них сочетаются высокая прочность, стабильный оптимальный гранулометрический состав и большая емкость. Такие загрузки позволяют совместить удаление органики с механической фильтрацией.

При адсорбции из растворов извлекаются в основном молекулы органических веществ, а также коллоидные частицы и микровзвеси. Хорошо сорбируются фенолы, полициклические ароматические углеводороды, нефтепродукты, хлор- и фосфо-органические соединения. Активированные угли также используются как катализаторы разложения находящихся в воде активного хлора и озона. Эти процессы могут сочетаться с сорбцией органических веществ, повышая ее эффективность. Соли, находящиеся в ионном виде, практически не извлекаются [2, c. 302-305, c. 487].

Фильтрация загрязненной воды в фильтре производится сверху вниз. При этом крупные частицы задерживаются в порах между гранулами загрузки, а мелкие загрязнения – за счет различных эффектов, прежде всего электростатического – прилипают частицам загрузки, а также проникают в микропоры развитой системы пор активированных углей. Чем больше загрязнений задержано слоем фильтрующей загрузки, тем меньше становятся проходы для обрабатываемой воды и тем выше глубина очистки воды.

При подаче обрабатываемой воды в первый период в верхнем слое формируется фильтрующая зона загрязнений. В это время качество очищенной воды недостаточно. Затем начинается стадия устойчивого процесса, когда получается фильтрат требуемого качества. По мере фильтрации количество загрязнений в слое фильтрующей загрузки растет, сформированный фронт загрязнений постепенно опускается вниз по слою, поры фильтрующего материала забиваются задержанными соединениями органических веществ, и, соответственно, возрастает гидравлическое сопротивление фильтрованию. В определенный момент весь объем слоя фильтрующего материала загрязняется настолько, что сопротивление фильтрации резко возрастает, а производительность падает. Продолжение работы фильтра приводит к проскоку молекул органических веществ в фильтрат, а повышение давления воды на входе фильтра может привести к «пробою», т.е. резкому выносу грязи в чистую воду.

Чтобы восстановить работоспособность фильтра необходимо его промыть. Основной способ промывки заключается в подаче воды снизу-вверх с такой скоростью, при которой происходит псевдоожижение фильтрующей загрузки и ее расширение на 30-50%. В таком режиме частицы как бы «кипят». При этом раскрываются все поры фильтрующей загрузки и удаляются задержанные органические вещества, а при соударении частиц с их поверхности удаляются налипшие загрязнения и сбрасываются в дренаж.