168503 (Поиск и характеристика фильтрующих материалов для очистки вод)

Поиск и характеристика фильтрующих материалов для очистки вод

Демков А.И.

Философ: «Что в мире стоит дороже всего?»

Историк: « Глупость!»

Философ: «Согласен!»

На каких фильтрующих материалах строить концепцию очистки воды является стратегической, фундаментальной задачей. В этом вопросе ошибка дорого стоит, а поэтому наша задача в данной статье максимально полно охватить эту проблему. При выборе фильтрующего материала надо учитывать следующие показатели:

хорошая сорбция фильтрующего материала;

невысокая стоимость, доступность сырья и наличие производственных мощностей;

механическая прочность и химическая стойкость по отношению к фильтрующей воде;

сохранение своих свойств в интервале температур от -5°С до +80°С;

возможность переработки после использования в нужный народному хозяйству материал или применения его без переработки;

отсутствие отрицательного воздействия при прямом или косвенном контакте на здоровье человека.

Рассмотрим основные фильтрующие материалы, применяющиеся в настоящее время в промышленности. Их можно разделить на две большие группы: минерального происхождения и переработанные пластические материалы (пластмассы).

Зернистые, природные фильтрующие материалы

Фильтрующие материалы, характеризующиеся в физической форме как структура песка различных фракций, представляют собой в процессе фильтрации как зернистые фильтрующие материалы. Рассмотрим наиболее распространенные его виды.

Кварцевый песок. По условию добычи кварцевый песок может быть речной и карьерный. В Украине имеется карьер песка: с. Просяное, Запорожской обл.

Дробленый антрацит. Зерна дробленого антрацита имеют меньшую плотность, чем кварцевый песок, и поэтому его обычно используют в качестве верхнего слоя загрузки зернистого фильтра. Предъявляемым требованиям по механической прочности и химической стойкости удовлетворяют антрацит классов АП – антрацитовая плита, АК – кулак, АС – мытое семечко.

Керамзит представляет собой гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистого сырья в специальных печах. Зерна дробленого керамзита имеют более развитую поверхность и соответственно лучшие технологические свойства по сравнению окатанными зернами недробленого керамзита.

Шунгизит получают путем обжига природного малоугленосного материала – шунгита, который по своим свойствам близок к дробленому керамзиту.

Цеолит (от греч. Zeo кипеть и lithos камень – из-за способности вспучиваться при нагревании) - алюмосиликаты, состоящие из окиси алюминия и окиси кремния. Природные и искусственные цеолиты проявляют ионообменные, а после удаления из их полостей воды (при нагревании 600˚С) - адсорбционные свойства, что послужило мотивацией для очистки сточной и питьевой воды. Цеолиты широко нашли применение в Казахстане, где есть большие залежи.

Активированный уголь с точки зрения химии – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей.

Несовершенная форма характеризуется высокой степенью пористости с порами, размер которых колеблется в широком диапазоне с пределами, различающимися более чем в 100 раз – от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным».

Внешний вид - черные аморфные гранулы или порошок, карбонизированного углеродистого материала различного размера и формы. В активированных углях различают три категории пор: микро-, мезо- и макропоры. Микро - и мезопоры составляют наибольшую часть поверхности активированных углей. Соответственно, именно они вносят наибольший вклад в их адсорбционные свойства. Микропоры особенно хорошо подходят для адсорбции молекул небольшого размера, а мезопоры - для адсорбции более крупных органических молекул. Определяющее влияние на структуру пор активированных углей оказывают исходные материалы для их получения. Активированные угли на основе скорлупы кокосов характеризуются большей долей микропор, а активированные угли на основе каменного угля - большей долей мезопор. Большая доля макропор характерна для активированных углей на основе древесины.

Таблица 1–

Зернистые фильтрующие материалы

Формы активированного угля: гранулированный активированный уголь; порошковый активированный уголь; экструдированный активированный уголь (экструдер); ткань, пропитанная активированным углем. Для извлечения нефтепродуктов из сточных вод применяют гранулированный активированный уголь. Форма регенерации – прокаливание в специальных печах.

Необходимо дать зернистым фильтрам квалификационную характеристику.

Классификация зернистых фильтров[1]:

по технологическому назначению;

скорости фильтрования;

направление потока воды при фильтровании;

напору после фильтра;

виду загрузок и их кружность;

расположение загрузок в корпусе фильтра;

типу дренажных систем;

виду промывки и способу отвода промывных вод;

дополнительным водоочистным процессам, осуществляемых в фильтре.

Применение фильтрующих материалов для очистки от нефтепродуктов обусловлено их нефтеемкостью: при размерах 0,5 – 2 мм и температуре

20 °С характеризуются следующими показателями, кг/кг: кварцевый песок – 0,11; дробленый антрацит – 0,2; дробленый керамзит – 0,33; котельный шлак – 0,2 – 0,3; литейный кокс – 0,25 [7].

Пластические массы

Классификация пластмасс, терминология.

Пока еще не создано единой международной классификации пластмасс. Одни и те же пластмассы, выпускаемые в разных странах или даже фирмами, имеют различные названия. Например: полиэтилен (СНГ), алкатен (Англия), химфлекс (США), ротен (Япония).

Пластические массы в зависимости от химической природы полимеров, используемых для их производства, разделены на четыре класса (см. табл. 2).

Класс А. Пластические массы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией.

Класс Б. Пластические массы на основе полимеров, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией.

Класс В. Пластические массы на основе химически модифицированных природных полимеров.

Класс Г. Пластические массы на основе природных и нефтяных асфальтов и смол.

Все пластмассы делятся на две подгруппы по физико-механическим свойствам термореактивные.и термопластичные полимерные соединения.

Термореактивные полимерные соединения при нагревании легко переходят вязкотекучее состояние, но с увеличением длительности действия повышенных температур в результате химической реакции переходят в твердое нерастворимое и неплавкое состояние. К этой группе относятся фенопласты, аминопласты, эфиропласты, силиконопласты, эпоксипласты.

Термопластичные полимерные соединения при нагревании приобретают пластичность, при охлаждении возвращаются в жесткое состояние, повторно и неоднократно плавятся без изменения свойств материала. К ним относятся все пластмассы класса А и частично класса Б (полистирол, полиэтилен, винипласт, капрон, и др.).

Синтетические полимеры получают двумя основными способами: полимеризацией и поликонденсацией.

Полимеризация - химическая реакция, при которой из низкомолекулярного вещества (мономера) в результате раскрытия кратных связей образуется высокомолекулярное соединение без выделения побочных продуктов. Образование полимерного соединения из двух различных исходных полимеров, также без образования побочного продукта принято называть сополимеризацией.

Поликонденсация - химический процесс, при котором в реакцию вступают низкомолекулярные вещества и за счет необратимого взаимодействия образуются полимерные соединения с выделением побочного продукта.

Пластмассы общего назначения (ряд О): полиэтилен ВД, полиэтилен НД, полистирол и сополимеры стирола, фенопласты с органическим наполнителем, этролы, аминопласт, капрон вторичный, полипропилен. Только из некоторых пластических масс производят синтетические волокна, ткани, а именно: полипропилен, полиамиды, полиэтилентерефталат (лавсан), полиарилаты (марки Ф-2), поливиниловый спирт, поликапролактам, энант, анид (нейлон).

Таблица 2 Перечень пластмасс по классификатору и их потребительское назначение

Обозначение:

КУ - конструкционные, ударопрочные ХС - антикоррозионные

Э - электро - радиотехнические ПЩ - допущенные к контактированию с