RU216017U1

RU216017U1 - Adsorption filter with two-component loading

Info

Publication number: RU216017U1
Application number: RU2022126967U
Authority: RU
Inventors: Ольга Викторовна Атаманова; Елена Ивановна Тихомирова; Алексей Васильевич Кошелев; Александра Сергеевна Глубокая
Filing date: 2022-10-17
Publication date: 2023-01-13

Abstract

Полезная модель относится к области очистки сточных вод предприятий от загрязняющих веществ, в частности ионов тяжелых металлов, органических соединений, поступающих со сточными водами в окружающую среду. Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой, содержащий корпус, имеющий вход для подачи исходной воды и выход для отвода очищенной воды, размещенную внутри корпуса загрузку, систему промывки загрузки, причем корпус накрыт крышкой, под которой установлены соединенные с входом и равномерно распределенные по площади перфорированные пластиковые трубки, выполненные с возможностью равномерной подачи исходной воды в верхнюю часть загрузки через отверстия в трубках, а между компонентами загрузки размещена сетка с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента; при этом верхним из компонентов загрузки является анионит марки АВ-17-8, а нижним компонентом загрузки является бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С; кроме того, фракция обоих компонентов составляет 0,5-1,5 мм, а объемная доля нижнего компонента составляет 0,5-0,9. Полезная модель обеспечивает увеличение эффективности очистки воды. 2 фиг.

The utility model relates to the field of wastewater treatment of enterprises from pollutants, in particular heavy metal ions, organic compounds that enter the environment with wastewater. An adsorption filter with a two-component load, comprising a housing having an inlet for supplying raw water and an outlet for discharging purified water, a load placed inside the body, a system for washing the load, the body being covered with a lid, under which perforated plastic tubes connected to the inlet and evenly distributed over the area are installed , made with the possibility of uniform supply of source water to the upper part of the load through the holes in the tubes, and between the load components there is a grid with holes with a diameter equal to 0.9-0.95 of the diameter of the sorbent particles; at the same time, the top of the loading components is an anion exchanger of the brand AV-17-8, and the lower loading component is bentonite modified with carbon nanotubes and heat-treated at a temperature of 550-560°C; in addition, the fraction of both components is 0.5-1.5 mm, and the volume fraction of the lower component is 0.5-0.9. The utility model provides an increase in the efficiency of water treatment. 2 fig.

Description

Полезная модель относится к области очистки сточных вод предприятий от загрязняющих веществ, в частности ионов тяжелых металлов, органических соединений, поступающих со сточными водами в окружающую среду.The utility model relates to the field of wastewater treatment of enterprises from pollutants, in particular heavy metal ions, organic compounds that enter the environment with wastewater.

Известен биосорбционный фильтр для очистки сточных вод, состоящий из корпуса с подводящим и отводящим патрубками и расположенными в корпусе слоями наполнителя, мелкозернистой и крупнозернистой загрузок, причем в качестве наполнителя он содержит слои: сорбент Н - недожог окорки древесины, кору елово-осиновую 5-летнюю и отход целлюлозно-бумажной промышленности - скоп, в качестве мелкозернистой загрузки - гравий фракции 50-100 мм; в качестве крупнозернистой загрузки - шлак; последовательность расположения слоев в корпусе фильтра по ходу движения очищаемой воды следующая: кора, шлак, скоп, сорбент, гравий(патент РФ №2186618, кл. B01J 20/00, B01D 39/00, 2002).Known biosorption filter for wastewater treatment, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles and layers of filler located in the housing, fine-grained and coarse-grained loads, and as a filler it contains layers: sorbent H - unburned bark of wood, spruce-aspen bark 5-year-old and a waste of the pulp and paper industry - osprey, as a fine-grained load - gravel of a fraction of 50-100 mm; as a coarse-grained load - slag; the sequence of layers in the filter housing in the direction of the purified water is as follows: bark, slag, osprey, sorbent, gravel (RF patent No. 2186618, class B01J 20/00, B01D 39/00, 2002).

Недостатком этого устройства является невозможность замены отдельного слоя сорбента и необходимость замены всей загрузки целиком, что требует дополнительных усилий и затрат.The disadvantage of this device is the impossibility of replacing a single layer of the sorbent and the need to replace the entire load as a whole, which requires additional effort and cost.

Известен сорбционный фильтр для очистки воды, содержащий расположенные одна над другой кассеты, заполненные зернистой загрузкой, средство для подачи очищаемой воды в верхнюю кассету и патрубок для отвода очищенной, присоединенный к нижней кассете, при этом кассеты выполнены в виде расположенных одна в другой емкостей, внутренняя емкость имеет в верхней части отверстия для перелива избыточной воды и в ней расположена загрузка, а внешняя снабжена средством для установки кассет одна на другую и их снятия (патент RU №2073551, кл. B01D 24/10, Бюл. №27, 2000).A sorption filter for water purification is known, containing cassettes located one above the other, filled with a granular load, a means for supplying purified water to the upper cassette and a pipe for removing purified water attached to the lower cassette, while the cassettes are made in the form of containers located one inside the other, the inner the container has holes in the upper part for overflowing excess water and a load is located in it, and the outer one is equipped with a means for installing cassettes one on top of the other and removing them (patent RU No. 2073551, class B01D 24/10, Bull. No. 27, 2000).

Недостатком данного устройства является большая вероятность поступления в верхнюю кассету залповых расходов очищаемой воды, приводящих к излишкам сбросов через борта кассет, неравномерности распределения воды по площади кассеты и к образованию воронок размыва в фильтрующих загрузках верхних кассет.The disadvantage of this device is the high probability of entering the upper cassette of salvo flows of purified water, leading to excess discharges through the sides of the cassettes, uneven distribution of water over the area of the cassette and the formation of washout funnels in the filter media of the upper cassettes.

Известен сорбционный фильтр для очистки промышленных сточных вод, содержащий расположенные одна над другой три кассеты, выполненные в виде отдельных емкостей, заполненных различными сорбентами, и снабженные средствами для установки и фиксации кассет одна над другой, причем кассеты выполнены из высокопрочного пластика, а в днище каждой кассеты имеются равномерно распределенные по площади цилиндрические водопропускные отверстия, и на дне каждой кассеты размещена сетка с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента; кроме того, в качестве заполнителя каждой из кассет используются сорбенты: верхней кассеты - силикагель марки МСКГ; средней кассеты - анионит марки АВ-29-12П; нижней кассеты - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-570°С; при этом конструкция накрыта металлической крышкой, с внутренней стороны которой равномерно размещены по площади и закреплены перфорированные пластиковые трубки, прикрепленные к металлической крышке корпуса, соединены со шлангом подачи очищаемой воды, а нижняя кассета размещена на металлической стойке, к которой прикреплен водосборный патрубок для очищенной воды (патент RU №210852, кл. C02F 1/28, B01D 24/14, Бюл. №14, 2022).Known sorption filter for industrial wastewater treatment, containing located one above the other three cassettes, made in the form of separate containers filled with various sorbents, and equipped with means for installing and fixing the cassettes one above the other, and the cassettes are made of high-strength plastic, and in the bottom of each the cassettes have cylindrical culverts evenly distributed over the area, and at the bottom of each cassette there is a grid with holes with a diameter equal to 0.9-0.95 of the diameter of the sorbent particles; in addition, sorbents are used as a filler for each of the cassettes: the upper cassette is silica gel of the MCCG brand; middle cassette - anion exchanger brand AV-29-12P; lower cassette - bentonite modified with carbon nanotubes and heat-treated at a temperature of 550-570°C; at the same time, the structure is covered with a metal cover, on the inside of which perforated plastic tubes are evenly placed over the area and fixed, attached to the metal cover of the body, connected to the treated water supply hose, and the lower cassette is placed on a metal rack, to which a water collection pipe for purified water is attached (patent RU No. 210852, class C02F 1/28, B01D 24/14, Bull. No. 14, 2022).

Недостатком этого фильтра является сложность конструкции, а также необходимость тщательного уплотнения и герметизации кассет фильтра друг над другом в рабочем состоянии для недопущения протечек очищаемой воды, что требует дополнительных финансовых затрат, строгого постоянного контроля состояния фильтра и замены уплотнителей между кассетами.The disadvantage of this filter is the complexity of the design, as well as the need for careful sealing and sealing of the filter cassettes one above the other in working condition to prevent leakage of treated water, which requires additional financial costs, strict constant monitoring of the filter condition and replacement of seals between cassettes.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является фильтр с двухкомпонентной загрузкой, содержащий корпус, имеющий вход для подачи исходной воды и выход для отвода очищенной воды, причем внутри корпуса размещена загрузка, одним из компонентов которой является марганецсодержащий фильтрующий материал, а вторым компонентом загрузки является инертный фильтрующий материал, фракция обоих компонентов составляет 0,5-1,0 мм, а объемная доля второго компонента составляет 0,1-0,9; при этом в качестве марганецсодержащего материала используют пиролюзит, в качестве инертного фильтрующего материала используют диатомитовые породы, дробленый или окатанный кварцевый песок (патент RU №209638, кл. C02F 1/00; B01D 24/10, Бюл. №8, 2022).The closest to the utility model in terms of technical essence is a filter with a two-component load, containing a housing having an inlet for supplying source water and an outlet for discharging purified water, and inside the housing there is a load, one of the components of which is a manganese-containing filter material, and the second component of the load is inert filter material, the fraction of both components is 0.5-1.0 mm, and the volume fraction of the second component is 0.1-0.9; in this case, pyrolusite is used as a manganese-containing material, diatomite rocks, crushed or rounded quartz sand are used as an inert filter material (patent RU No. 209638, class C02F 1/00; B01D 24/10, Bull. No. 8, 2022).

Недостатком данного устройства является большая вероятность поступления сверху в загрузке залповых расходов очищаемой воды, приводящих к неравномерности распределения воды по площади фильтра, при котором боковые части загрузки, расположенные дальше от входа очищаемой воды, будут недостаточно задействованы в работе, что снизит эффективность работы фильтра, а также приведет к образованию воронки размыва в фильтрующей загрузке; кроме того, перемешивание сорбционных материалов компонент фильтрующей загрузки может привести к снижению адсорбционной активности сорбентов.The disadvantage of this device is that there is a high probability that volleys of treated water will come from above in the load, leading to uneven distribution of water over the filter area, in which the side parts of the load, located farther from the inlet of the treated water, will not be sufficiently involved in the work, which will reduce the efficiency of the filter, and will also lead to the formation of a washout funnel in the filter media; in addition, the mixing of sorption materials of the filter media component can lead to a decrease in the adsorption activity of sorbents.

Задачей полезной модели является увеличение эффективности очистки воды за счет равномерности поступления и распределения воды в фильтрующей загрузке, а также неперемешивания компонент загрузки внутри корпуса фильтра.The objective of the utility model is to increase the efficiency of water purification due to the uniformity of the flow and distribution of water in the filter media, as well as the non-mixing of the media components inside the filter housing.

Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки воды и повышении надежности конструкции.The technical result consists in increasing the efficiency of water purification and increasing the reliability of the design.

Указанная задача решается за счет следующих конструктивных признаков. Во-первых, адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает корпус, имеющий вход для подачи исходной воды и выход для отвода очищенной воды, размещенную внутри корпуса загрузку, систему промывки загрузки; при этом корпус накрыт крышкой, под которой установлены соединенные с входом и равномерно распределенные по площади перфорированные пластиковые трубки, что способствует равномерному распределению исходной воды по площади фильтра при попадании ее в верхнюю часть загрузки через отверстия в трубках и повышению эффективности очистки воды. Во-вторых, между компонентами загрузки размещена сетка с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента, что исключает перемешивание компонентов загрузки, повышая тем самым эффект сорбционной очистки воды. В-третьих, одним из компонентов загрузки является анионит марки АВ-17-8, обладающий высокой степенью адсорбционного извлечения ионов тяжелых металлов, ароматических соединений и других токсикантов из водных растворов, а вторым компонентом загрузки является бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С, являющийся высокоэффективным адсорбентом большинства приоритетных загрязняющих веществ из водных растворов. Фракция обоих компонентов составляет 0,5-1,5 мм, а объемная доля второго компонента составляет 0,5-0,9, что обеспечивает наилучший эффект очистки воды.This problem is solved by the following design features. Firstly, the adsorption filter with a two-component loading includes a housing having an inlet for supplying raw water and an outlet for discharging purified water, a loading located inside the casing, a loading washing system; at the same time, the body is covered with a lid, under which perforated plastic tubes connected to the inlet and evenly distributed over the area are installed, which contributes to the uniform distribution of the source water over the filter area when it enters the upper part of the load through the holes in the tubes and increases the efficiency of water purification. Secondly, a mesh with holes with a diameter equal to 0.9-0.95 of the diameter of the sorbent particles is placed between the loading components, which eliminates mixing of the loading components, thereby increasing the effect of sorption water purification. Thirdly, one of the loading components is the AB-17-8 anion exchange resin, which has a high degree of adsorption extraction of heavy metal ions, aromatic compounds and other toxicants from aqueous solutions, and the second loading component is bentonite modified with carbon nanotubes and heat-treated at a temperature 550-560°C, which is a highly effective adsorbent of most priority pollutants from aqueous solutions. The fraction of both components is 0.5-1.5 mm, and the volume fraction of the second component is 0.5-0.9, which ensures the best water purification effect.

На фиг. 1 изображен адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой.In FIG. 1 shows an adsorption filter with a two-component load.

Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает корпус 1, имеющий вход 2 для подачи исходной воды и выход 3 для отвода очищенной воды, размещенную внутри корпуса 1 загрузку 4. Корпус 1 адсорбционного фильтра накрыт крышкой 5, под которой установлены соединенные с входом 2 и равномерно распределенные по площади перфорированные пластиковые трубки 6, выполненные с возможностью равномерной подачи исходной воды в верхнюю часть загрузки 4 через отверстия 7 в трубках 6. Между верхним 8 и нижним 9 компонентами загрузки 4 размещена сетка 10 с отверстиями диаметром, равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента. Верхний 8 компонент загрузки 4 представляет собой анионит марки АВ-17-8, а нижним 9 компонентом загрузки 4 является бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С; кроме того, фракция обоих компонентов составляет (0,5-1,5) мм, а объемная доля нижнего 9 компонента составляет 0,5-0,9. Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой включает насос 11 подачи исходной воды, а также снабжен системой промывки загрузки 4, которая включает трубопровод 12, насос 13 подачи воды на промывку, размещенные в корпусе 1 вход 14 и выход 15 для подачи и отвода воды на промывку загрузки 4.The adsorption filter with a two-component load includes a housing 1 having an inlet 2 for supplying raw water and an outlet 3 for discharging purified water, a load 4 placed inside the housing 1. The housing 1 of the adsorption filter is covered with a cover 5, under which there are square perforated plastic tubes 6, made with the possibility of uniform supply of source water to the upper part of the load 4 through the holes 7 in the tubes 6. Between the top 8 and bottom 9 components of the load 4 there is a mesh 10 with holes with a diameter sorbent particle diameter. The top 8 component of the load 4 is an anion exchange resin brand AB-17-8, and the bottom 9 component of the load 4 is bentonite modified with carbon nanotubes and heat-treated at a temperature of 550-560°C; in addition, the fraction of both components is (0.5-1.5) mm, and the volume fraction of the lower 9 component is 0.5-0.9. The adsorption filter with a two-component load includes a source water supply pump 11, and is also equipped with a load washing system 4, which includes a pipeline 12, a water supply pump 13 for washing, an inlet 14 and an outlet 15 located in the housing 1 for supplying and discharging water for washing the load 4 .

Адсорбционный фильтр с двухкомпонентной загрузкой работает следующим образом.Adsorption filter with two-component loading works as follows.

Исходная вода при помощи насоса 11 через вход 2 корпуса 1 поступает в перфорированные пластиковые трубки 6 и далее через отверстия 7 в трубках 6 направляется в верхнюю часть загрузки 4, равномерно распределяясь по площади, что обеспечивает полноценную работу верхнего 8 компонента загрузки 4 по всей площади корпуса 1 фильтра и позволяет увеличить эффект очистки воды. Профильтровав через верхний 8 компонент загрузки 4, очищаемая вода поступает к сетке 10, и далее через отверстия в сетке 10 - в нижний 9 компонент загрузки 4. После чего профильтровав через нижний 9 компонент загрузки 4, очищенная вода поступает на выход 3. В процессе фильтрации очищаемой воды последовательно через оба компонента фильтрующей загрузки 4 реализуется эффект динамической адсорбции загрязняющих веществ разной природы на обоих сорбентах.The source water with the help of pump 11 through the inlet 2 of the housing 1 enters the perforated plastic tubes 6 and then through the holes 7 in the tubes 6 is directed to the upper part of the load 4, evenly distributed over the area, which ensures the full operation of the upper 8 component of the load 4 over the entire area of the case 1 filter and allows you to increase the effect of water purification. After filtering through the upper 8 loading component 4, the purified water enters the grid 10, and then through the holes in the grid 10 - into the lower 9 loading component 4. After that, filtering through the bottom 9 loading component 4, the purified water enters the outlet 3. In the process of filtration Purified water sequentially through both components of the filter media 4 realizes the effect of dynamic adsorption of pollutants of different nature on both sorbents.

Повышение эффективности очистки воды достигается за счет равномерного распределения исходной воды по площади фильтра при попадании ее в верхнюю часть загрузки 4 через отверстия 7 в перфорированных трубках 6, что исключает залповые расходы воды, обеспечивая повышение безотказности конструкции. Повышение качества очистки воды обеспечивается недопущением перемешивания компонентов 8 и 9 загрузки 4 путем размещения между ними сетки 10 с отверстиями диаметром равным 0,9-0,95 от диаметра частиц сорбента, что способствует усилению эффекта сорбционной очистки воды. Повышение эффекта водоочистки обеспечивается также за счет использования в качестве компонентов загрузки высокоэффективных сорбционных материалов: верхний 8 компонент - анионит марки АВ-17-8, обладающий высокой степенью адсорбционного извлечения ионов тяжелых металлов, ароматических соединений и других токсикантов из водных растворов, нижний 9 компонент - бентонит, модифицированный углеродными нанотрубками и термически обработанный при температуре 550-560°С, являющийся высокоэффективным адсорбентом большинства приоритетных загрязняющих веществ из водных растворов.An increase in the efficiency of water purification is achieved due to the uniform distribution of the initial water over the area of the filter when it enters the upper part of the load 4 through the holes 7 in the perforated tubes 6, which eliminates burst water flow, providing an increase in the reliability of the design. Improving the quality of water purification is ensured by preventing the mixing of components 8 and 9 of the load 4 by placing a mesh 10 between them with holes with a diameter equal to 0.9-0.95 of the diameter of the sorbent particles, which enhances the effect of sorption water purification. An increase in the effect of water treatment is also ensured by using highly efficient sorption materials as loading components: the upper 8th component is an anion exchanger of the AV-17-8 brand, which has a high degree of adsorption extraction of heavy metal ions, aromatic compounds and other toxicants from aqueous solutions, the lower 9th component is bentonite modified with carbon nanotubes and thermally treated at a temperature of 550-560°C, which is a highly effective adsorbent of most priority pollutants from aqueous solutions.

Пример использования предлагаемого адсорбционного фильтра с двухкомпонентной загрузкой, включающей анионит марки АВ-17-8 и бентонит, модифицированным углеродными нанотрубками после термической обработки при температуре 550-560°С, для очистки воды от ионов металлов Fe²⁺ и Cu²⁺ по сравнению с прототипом и загрузкой из традиционно используемого активированного угля марки БАУ-А. Подробно состав каждого варианта фильтра приведен в таблице.An example of the use of the proposed adsorption filter with a two-component load, including anion exchanger brand AV-17-8 and bentonite, modified with carbon nanotubes after heat treatment at a temperature of 550-560°C, for water purification from metal ions Fe ²⁺ and Cu ²⁺ in comparison with prototype and loading from the traditionally used activated carbon brand BAU-A. Detailed composition of each filter option is given in the table.

По результатам исследований построена диаграмма на фиг. 2, отражающая сравнительную характеристику эффективности каждой фильтрующей загрузки, позволяющая сравнить эффективность фильтрации при очистке воды от ионов металлов Fe²⁺ и Cu²⁺. Модельные водные растворы соединений FeSO₄⋅7H₂O и CuSO₄⋅5H₂O содержали ионы Fe²⁺ и Cu²⁺ в концентрациях 20÷100 мг/дм³. Объем каждого из модельных растворов составлял 500 мл.According to the research results, a diagram in Fig. 2, which reflects the comparative characteristics of the efficiency of each filter load, which makes it possible to compare the filtration efficiency in water purification from Fe ²⁺ and Cu ²⁺ metal ions. Model aqueous solutions of FeSO ₄ ⋅7H ₂ O and CuSO ₄ ⋅5H ₂ O compounds contained Fe ²⁺ and Cu ^{2+ ions} at concentrations of 20÷100 mg/dm ³ . The volume of each of the model solutions was 500 ml.

Полученные результаты показали, что фильтр с загрузкой №3 имеет существенное преимущество по эффективности очистки воды от ионов Fe²⁺ и Cu²⁺, по сравнению с фильтрами с загрузками №1 и №2.The results obtained showed that the filter with loading No. 3 has a significant advantage in terms of the efficiency of water purification from Fe ²⁺ and Cu ^{2+ ions} , compared with filters with loadings No. 1 and No. 2.

Claims

An adsorption filter with a two-component load, containing a housing having an inlet for supplying source water and an outlet for discharging purified water, a load placed inside the body, the filter is configured to be connected to the load washing system, characterized in that the body is covered with a lid, under which are installed connected to inlet and perforated plastic tubes evenly distributed over the area, made with the possibility of uniform supply of source water to the upper part of the load through the holes in the tubes, and between the load components there is a grid with holes with a diameter equal to 0.9-0.95 of the diameter of the sorbent particles, with In this case, the top of the loading components is an anion exchanger of the AV-17-8 brand, and the lower loading component is bentonite modified with carbon nanotubes and heat-treated at a temperature of 550-560 ° C, in addition, the fraction of both components is 0.5-1.5 mm , and the volume fraction of the lower component is 0.5-0.9.