Сорбционная очистка воды

     Из содержания этой интересной статьи вы узнаете:

1. Проблемы требуемые проведения сорбционной очистки воды

2. Методы сорбционной очистки воды

2.1 Сорбция на фильтрах с активированным углем

2.2 Сорбция на ионных установках

3. Как происходит очистка в сорбционных фильтрах

4. Где используются фильтры

5. Главные критерии сорбционной очистки воды

6. Альтернативные методы сорбционной очистки

7. Выводы

1. Проблемы требуемые проведения сорбционной очистки воды

  Ухудшение вкусовых качеств природных вод обусловлено их минеральным и органическим составом. Нежелательные привкусы и запахи вызываются неорганическими соединениями и органическими веществами естественного и искусственного происхождения. Среди них соли тяжелых металлов, нефть и нефтепродукты, синтетические алифатические спирты, полифенолы, кислоты, пестициды, СПАВ и др. Особую опасность представляют пестициды, относящиеся к разным классам органических соединений и находящиеся в воде в различных состояниях. Они оказывают отрицательное действие на органолептические свойства воды. Токсичность пестицидов, присутствующих в воде, возрастает в процессе обработки ее хлором или перманганатом калия. Присутствующие в природных водах Севера и средней полосы России гуминовые кислоты и фульвокислоты, лигнины и многие другие органические соединения естественного происхождения служат одним из источников образования фенолов, которые ухудшают их органолептические свойства. При хлорировании воды, содержащей фенолы, образуются диоксины - чрезвычайно ядовитые вещества. Иногда органолептические свойства воды ухудшаются при передозировке реагентов или в результате неправильной эксплуатации водоочистных сооружений. Так, при обесцвечивании воды коагулированием без последующей стабилизации возрастает коррозионная активность воды и вследствие этого ухудшаются ее органолептические показатели. При хлорировании воды наблюдается ухудшение ее органолептических показателей как при нарушении режима процесса, так и в результате образования хлорорганических соединений, вызывающих неприятные привкусы и запахи. Запахи и привкусы, вызываемые органическими веществами, отличаются большой стойкостью. Надежным и экономичным способом удаления данных органических веществ является применение сорбционных фильтров с гранулированным активным углем, используемым в качестве фильтрующей загрузки. Фильтры, загруженные гранулированным активным углем, независимо от колебания уровня загрязнения воды являются постоянно действующим барьером по отношению к сортируемым веществам. Однако серьезным затруднением для применения этого метода очистки воды является сравнительно малая поглощающая способность угля, что вызывает необходимость частой его замены или регенерации. 

2. Методы сорбционной очистки воды

1. Сорбция на фильтрах с активированным углем. 
2. Ионная смола.

     Описание метода 

2.1 Сорбция на фильтрах с активированным углем. 

Для дезодорации воды сорбцией используют гранулированнный и порошкообразный активный уголь, активированный антрацит, углеродные волокнистые материалы и неуглеродные адсорбенты (клиноптилолит, цеолиты). Сорбционный метод дезодорации является значительно более надежным, по сравнению с окислительным, так как он основан не на трансформации органических веществ, а на их извлечении из воды. Из известных сорбентов наиболее эффективны - активные угли. Они хорошо сорбируют фенолы, полициклические ароматические углеводороды, в том числе канцерогенные, большинство нефтепродуктов, хлор- и фосфорорганические пестициды и многие другие органические загрязнения. Однако и сорбцию на активных углях нельзя рассматривать в качестве универсального средства очистки воды от органических соединений. Так, имеются вещества, которые ими не задерживаются (например, органические амины) или задерживаются плохо (например, синтетические поверхностно-активные вещества). Недостатком применения угольных фильтров является необходимость замены или регенерации активированного угля, которая может производиться следующими методами: химическим, термическим. Химический метод предусматривает предварительную обработку угля острым паром, а затем щелочью. Метод сложный, трудоемкий и недостаточно эффективный, так как не восстанавливает сорбционную способность материала полностью. Термический метод заключается в выжигании адсорбированных органических соединений в специальных печах при температуре 800 - 900 °С.

Рис.1. Сорбционный фильтр колонного типа 

2.2 Сорбция на ионных установках

Ионная смола уже давно себя зарекомендовала, как оптимальное вещество для удаления различных примесей. Метод заключается в ионозамещении. При этом могут использоваться разные виды смол, зависит от характеристик воды и типа примесей. Стандартная очистка состоит из одного этапа фильтрации. Поток воды поступает в колонну, где находится ионная смола. Проходя через фильтрующий элемент, примеси притягиваются к гранулам смолы, а она, в свою очередь, выделяет натрий. Таким образом и происходит замещение ионов. Ионная смола синтетически разработанный продукт под непосредственные нужды фильтрации. Со временем, запас натрия уменьшается, очищающая способность ухудшается и требуется промывка фильтра. Очищается он с помощью регенерации. Для этого загрузочный материал промывают концентрированным раствором соли. Гранулы очищаются от накопившихся загрязнений и насыщаются натрием. Такой сорбент позволяет удалять практически любые загрязнения и умягчать воду. Срок эксплуатации смолы достаточно велик. Но периодически требуется подсыпка.

Активированный уголь имеет хорошие впитывающие способности. Но многое зависит от величины и размера пор. Поэтому материал можно разделить на несколько категорий: с крупными порами, с мелкими порами и смешанные. По диаметру ячейки также разделяются. От 2 до 0,1 микромикрона это макропоры. От 0,1 до 0,004 это переходные. Если диаметр меньше 0,004, то это микропоры. При этом угольная загрузка должна иметь взаимодействие со всеми молекулами, кроме водорода и кислорода. Впитывающие способности не должны быть ограничены по времени. То есть и при малом контакте с водой, должна начинаться реакция.

Сам процесс сорбции может быть статическим или динамическим. Статическая очистка подразумевает движение примесей вокруг сорбционного материала. Динамическая, когда оба вещества находятся в движении. Поэтому при выборе сорбентов смотрят на оба этих показателя.

Рис. 2 Схема очистки воды с ионобменным фильтром

3. Как происходит очистка в сорбционных фильтрах

У разных сорбентов свой процесс фильтрации. В основном это зависит от выбранной технологии и типа сорбента. Рассматривая угольный фильтр, выделяют следующий процесс очистки. Основную роль в фильтрации играет сорбционная угольная загрузка. Но сам процесс очистки разбит на несколько этапов.

1)    Механическая фильтрация. Такая очистка необходима для удаления особо крупного мусора. Это может быть песок, взвешенные частицы, иловые отложения и другие вещества.

2)    Сорбционная фильтрация. Поток воды проходит через активированный уголь, при этом задерживаются все примеси и бактерии. Очищенная вода подается потребителю.

Активированный уголь состоит из гранул, поверхность которых пористая. При прохождении воды все загрязнения застревают в порах. То есть уголь как бы впитывает все примеси. Поры могут быть разного диаметра, как и сами гранулы. Зависит это от составляющих загрузочного материала и типа примесей. Уголь, как и любой другой сорбент, нуждается в очищении. Причем, как раз из-за его впитывающей способности, он довольно быстро наполняется примесями. Поэтому нуждается в периодическом очищении. Для этого загрузочный материал промываю обратным потоком воды для взрыхления. При этом гранулы соприкасаются друг с другом, как бы выбивая загрязнения. Прямым потоком воды загрузочный материал обратно компонуется. Замену сорбента надо производить один раз в 6-9 месяцев. Зависит от загрязненности очищаемой воды и производительности.

Рис. 3 Кокосовый активированный уголь

Что касается ионных установок, то здесь процесс фильтрации происходит проще. Поток воды поступает в фильтр. Рекомендуется провести первоначальную механическую очистку для более длительного срока службы загрузки. Далее ионная смола взаимодействует с примесями. При этом нет необходимости предварительной подготовки потока. Ионная смола действует без окисления или изменения среды. После замещения ионов, вода подается потребителю.

4. Где используются фильтры

Сорбционная очистка используются везде. Есть бытовые установки со сменными фильтрами. Есть промышленные системы, которые оптимизированы под загрузку. Сорбенты позволяют очищать питьевую воду, техническую, сточные воды. Также применяются на этапе доочистки в системах водоподготовки. Сорбенты помогают не только удалить примеси, но и обеззараживают воду, улучшают органолептические свойства. У таких фильтров есть множество преимуществ:

• Надежное оборудование. Все элементы изготовлены из качественных материалов.
• Возможность промывки или регенерации загрузки.
• Широкая область применения.
• Не используются реагенты для очистки.
• Отсутствие повторного загрязнения.
• Невысокая стоимость загрузочного материала.
• Долгий срок службы.
• Удаляют практически любые примеси.
• Обеззараживают и осветляют воду.
• Безопасны и экологичны.

Недостаток у сорбентов только один-неполная очистка при неправильном выборе загрузки. Каждый тип сорбционного вещества ориентирован на определенные примеси. Например, у угольного фильтра разные диаметр ячеек на поверхности и размер гранул. Ионная смола отличается своими техническими качествами. Но такой минус можно найти у каждого фильтра. Ведь неправильный выбор или установка фильтрующего элемента значительно влияет на качество очистки.

Сорбционная очистка воды может быть заключительным этапом водоподготовки. Например, в промышленном производстве, довольно большой цикл очистки, в котором комбинируется несколько технологий. Так как сорбенты имеют свойство обеззараживать воду, их оставляют на последний этап. Кроме того, активированный уголь используется для удаления осадка, который образовывается после реакции окисления.

Угольная фильтрация очень часто применяется не только как доочистка, но и как предварительная подготовка воды перед основным процессом очищения. Уголь имеет такую способность, как удаление хлорных соединений. Например, при очищении с помощью мембрана требуется обязательная подготовка. В том числе удаление агрессивных веществ коим и является хлор. Причем такая подготовка обходима не только для питьевой, но и для технической воды.

Очень часто уголь используется для фильтрации в бытовых фильтрах кувшинного или проточного типа. Но из-за меленького объема загрузочного материала срок службы таких фильтров невелик. Тем более они не промываются, а просто заменяются после прохождения определенного объема воды. Однако, несмотря на недостатки самого фильтра, уголь справляется со своей задачей очистки воды от примесей.

Рис. 4 Комплексная система очистки воды с фильтром обезжелезивателем воды, сорбционным и умягчителем воды

5. Главные критерии сорбционной очистки воды

Итак, какие же главные требования при очистке воды сорбентами? Конечно, они должны выполнять основную функцию-очищение воды от различных примесей. При этом не выделяя никаких дополнительных веществ при фильтрации. На эксплуатацию системы не должно уходить много расходов. При этом важен срок службы сорбента. Чем он выше, тем лучше.

Основное правило при выборе активного вещества в его способности к фильтрации и частоте промывке. При быстром засорении загрузочного материала, требуется частое его очищение и как следствие большой расход вещества. Основными критериями являются:

• Вещество из которого выполнен загрузочный материал.
• Фракционное число.
• Диаметр пор гранул.
• Какая у вещества плотность.
• Как быстро истирается вещество.
• Наличие в составе неорганических веществ.
• Влажность.
• Емкость впитывания.

Современные марки представляют большое количество различного сорбционного материала. Но не всегда указанные характеристики соответствуют реальным параметрам. Поэтому это тот случай, когда оптимальным вариантом будет выбор по пробной фильтрации.

К тому же сорбционные фильтров отличаются по конструкции оборудования. Бывают в виде засыпки или картриджей. Засыпные устройства чаще используются для промышленного производства. Картриджи более удобны для бытовых устройств. Они имеют определенны различия. Например, загрузочный материал используется при температуре воды до 35-40 градусов. К такому оборудованию в комплектацию входит блок управления, позволяющий контролировать процесс промывки. Сорбционные колонны имеют большие размеры и высокую производительность. Что касается картриджей, то они могут очищать как холодную, так и горячую воду. Колонны достаточно габаритны для установки в бытовых условиях. Картридж не всегда промывается, чаще просто заменяется при окончании срока эксплуатации. Имеет среднюю или низкую производительность, которая рассчитывается от объема воды, очищаемого за час работы.

При выборе сорбента изначально рекомендуется провести химический анализ воды и выявить прочие характеристики. Например, давление потока или температуру. Далее подбираются активные вещества. Учитывая разнообразие сорбционных веществ, можно подобрать наиболее подходящий вариант.

Сорбенты являются экологичными веществами, поэтому при промывке загрузочного материала воду можно сливать в канализацию без предварительной очистки. Сорбционная очистка воды позволяет справится даже с тяжелыми металлами, что очень оптимально для промышленного производства. Если сорбенты не справляются с некоторыми агрессивными веществами возможно добавление в воду реагентов. При этом происходит химическая реакция и выпадает осадок. Который, как раз, и впитывает уголь. Также он удаляет возможные продукты распада. Как правило такое дополнение необходимо для очистки воды от продуктов нефтепереработки. Единственное условие это точная дозация химических веществ и правильно подобранный сорбент.

6. Альтернативные методы сорбционной очистки

Кроме стандартного активированного угля существуют и другие способы фильтрации сорбентами. Это могут быть безуглеродные вещества. Например глина или цеолиты. Они, как и уголь, имеют прекрасные впитывающие свойства, низкую цену и механическую стойкость. Очень хорошим сорбентом является глина. Она имеет жесткую структуру и большое количество маленьких пор на поверхности. После фильтрации вода становится чистой, кроме того происходит обеззараживание.

Еще одним сорбентом являются цеолиты. Это минералы, которые могут быть природными или синтетическими. Они являются с воем роде решеткой, в которую попадают все примеси. Но перед использованием его в загрузочных фильтрах, вещества проходят специальную подготовку. Для этого их держат в печи вместе с хлорид карбонатом натрия при температуре 1000 градусов. На внешней стороне цеолита образуется оболочка, которая и позволяет ему выступать в качестве сорбента.

Они позволяют удалять из воды органику, бактерии и вирусы, коллоидные отложения и другие вредные вещества. То есть эти вещества способны справляться с очищением воды от вредных примесей. При том их стоимость незначительна. Но все-таки чаще всего в системах фильтрации используется активированный уголь, который не раз доказал свою эффективность на практике.

7. Выводы

Сорбционная очистка воды является популярным и эффективным методом. Сорбенты позволяют очистить любой тип воды и в любых сферах производства. Некоторые типы вещества способны очищать как холодную, так и горячую воду. Кроме основной задачи, сорбция позволят обеззараживать воду и улучшать её вкус и цвет. Сорбенты не являются химически активными веществами, поэтому могут использоваться для очистки питьевой воды.

При выборе загрузочного материала следует учесть несколько требований. Самый главный из которых-это правильный выбор загрузочного материала. Оборудование для сорбционной очистки также может быть разным. Стандартная комплектация состоит из:

• Емкость из антикоррозийного материала в виде баллона.
• Слой сорбционной загрузки, под которым расположен слой гравия.
• Управляющий клапан.
• Система труб для подключения входного и выходного потока.
• Дренажная система.

Бытовая и промышленная комплектация будет иметь различия. На скорость фильтрации зависит, в первую очередь, степень загрязненности воды. Во-вторых, впитываемая способность загрузочного материала. Оптимальным вариантом подачи воды будет снизу вверх. В этом случае загрузка наполняется примесями более равномерно и остатки воздуха выходят быстрее. Если возникают трудности с выбором материала, то всегда можно обратиться в компанию, которая специализируется на системах водоподготовки. Квалифицированные консультанты помогут не только с выбором сорбционного материала, но и помогут подобрать необходимое оборудование, в зависимости от требований.

1) Форма "Бесплатный звонок"

2) Форма "Оставить заявку"
3) Напишите нам при оформлении корзины заказа - укажите интересующий Вас вопрос по услуге в поле "Примечания к заказу"
4) Просто позвоните нам или отправьте на электронный адрес vagner-ural@bk.ru и задайте интересующие Вас вопросы по услугам по телефону +7(343) 300-12-92 (многокан.)

    Ниже представленно видео по сборке сорбционного фильтра 

Сорбционная угольная очистка воды