Рис. 3. Намывные патронные фильтры НПФ-10 (а) и НПФ-25 (б) произ водительностью 10 и 25 м’/ч
Поузловая модернизация существующего оборудования и технологий: подбор современных реагентов, оборудования для смешения реагентов с водой; отстойников, песчаных фильтров и |
Насосы |
Возможен протяженный участок |
>щ |
Рис. 4. Типовая схема модернизации существующих фильтровальных станций при использовании намывных патронных фильтров |
• простота регенерации и промывки;
• малый объём промывных вод — менее 0,05 % от объёма очищенной жидкости;
• широкая область применения: от очистки пищевых продуктов (пива, вина) до доочистки сточных вод (в том числе и от нефтепродуктов);
• дешевизна и доступность вспомогательного фильтрующего материала (фильтропер- лита, диатомита);
Существующее
оборудование
станции
водоподготовки
• удаление всех выделенных за фильтроцикл нерастворимых примесей в режиме регенерации в компактном и удобном для утилизации виде.
Собственно НПФ представляет собой герметичный аппарат из коррозионно-стойкой стали, разделённый на две части трубной доской, в которой закреплены фильтрующие патроны. Фильтрующий патрон — это многогранный перфорированный каркас трубчатой формы с плотно навитой
Финишная фильтрация на
НПФ соответствующей
производительности
В существующий бассейн чистой воды
Дезинфекция. Существующая или модернизированная (например, установка для получения диоксида хлора)
на него проволокой из коррозионно-стойкой стали. При навивке проволока деформируется по специальной технологии таким образом, что на поверхности патрона образуются щели шириной 90 мкм. В начале фильтроцикла производится специальная технологическая операция — намыв, в ходе которой на фильтрующий патрон наносится равномерный слой вспомогательного фильтрующего материала (ВФМ). Через ВФМ и ведётся в дальнейшем фильтрование. На рис. 2 показан монтаж фильтрующих элементов при сборке фильтра.
В качестве ВФМ используется фильтроперлит — лёгкий порошок белого цвета, получаемый из природного минерального сырья и имеющий узкий фракционный состав (1 — 100 мкм). Для операции намыва готовится водная (или на основе конкретной фильтруемой среды) суспензия фильт- роперлита определённой концентрации. Фильтроперлит имеет гигиенический сертификат и допущен к применению в контакте с питьевой водой и прочими пищевыми средами. Возможно также использова-
|
Таблица 1. Показатели качества воды оз. Шарташ |
1. Ахманов М.И. Вода, которую мы пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров. М.: ЭКСМО, 2006. 2. Буренин В.В. Новые гидравлические фильтры и устройства для обезвреживания производственных сточных вод // Экология и промышленность России. 2011. Октябрь. 3. Аликин В.Н., Галкин Е.А., Петенко В.И., Хайрулин И.Д. Химические реагенты для обработки воды // Экология и промышленность России. 2004. Ноябрь. 4. Аликин В.Н., Демкин А.Н., Довбня Б.Е., Отставное П.Н. Типовая бесхлорная технология получения питьевой воды высокого качества // Экология и промышленность России. 2010. Август. ■ |
Таблица 2. Результаты фильтрации оборотной воды компрессорной станции
*ПДК не более 0,3 мг/дм3. **ПДК не более 1,5 мг/дм3.
|
нне других шпон ВФМ, например диатомита.
Установка НПФ в общем случае включает собственно фильтр, бак для приготовления суспензии ВФМ, центробежный насос для намыва, трубопроводы обвязки и запорно-ре- гулирующую арматуру. В случае использования нескольких фильтров в параллельном включении необходим один бак и один насос для всей технологической цепочки фильтров.
Установка НПФ работает следующим образом:
• корпус фильтра заполняется водой;
• в баке для намыва готовится водная суспензия фильт- роперлита;
• суспензия насосом в режиме циркуляции прокачивается в течение 12—15 мин через фильтр, при этом на поверхности патронов образуется ровный слой ВФМ толщиной около 2 мм;
• насос выключается, в фильтр подаётся фильтруемая вода;
• при достижении перепада давлений до и после фильтра величины, допускаемой по условиям сохранения прочности (до 0,6 МПа), фильтроцикл прекращается;
• при завершении фильтро- цикла слой фильтроперлита с задержанными примесями специальным технологическим приёмом сбрасывается в канализацию или контейнер для утилизации.
На рис. 3 показаны типовые намывные патронные фильтры НПФ-10 и НПФ-25, производительностью 10 и 25 м3/ч. Для обеспечения требуемой мощности НПФ, как правило, устанавливаются блоками.
На рис. 4 показана типовая схема модернизации существующих фильтровальных станций при использовании намывных фильтров. При этом учитывали возможность максимального использования суще
ствующих сооружений и оборудования. В этом случае при модернизации снижаются капитальные и временные затраты. Как показано в работе [4], особенно эффективны НПФ при использовании в качестве первичного и финального дезинфектора диоксида хлора, как для поверхностных источников очищаемой воды, так и для подземных.
Эффективность применения только намывных фильтров иллюстрируется результатами испытаний (табл. 1) на станции водоподготовки п. Изолит (Свердловская об-
Литература
ласть) на воде озера Шарташ. Проверялась подготовленная вода, вода озера и промывная вода. Как следует из табл. 1, за счет НПФ резко падает мутность и содержание в воде марганца (впрочем как и других взвесей).
В табл. 2 приведены данные фильтрации оборотной воды с цикла охлаждения компрессорной станции. Результаты показывают, что намывной фильтр обеспечивает повышение прозрачности воды (~20 раз), удаляет желил железо (улучшение ~2020 раз) и исключает мутность воды (в 1698 раз).
НАСАДКИ ДЛЯ ГАЗООЧИСТНЫХ БИОФИЛЬТРОВ
А.К. Митин, Н.Е. Николайкина, А.С. Пушное
Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)
ленного происхождения, основанные на естественной способности микроорганизмов окислять и разлагать большинство летучих соединений органической и неорганической природы, включая органические вещества искусственного (небиологического) происхождения (ксенобиотики) [1). Для эффективного использования метода биологической очистки газа необходимо грамотно подбирать аппаратурное оформление процесса. Особое внимание должно уделяться биокатализатору — насадке с иммобилизованными на ней микроорганизмами. Эффек тивность очистки зависит не посредственно от характерно тик насадки, используемой i качестве носителя микроорганизмов-деструкторов. Основы процесса биофильтрации Очистка газовых выбросов от вредных примесей, а именно летучих органических соединений (ЛОС), в настоящее время весьма актуальна [2 — 5, 9]. Наиболее перспективными для решения этой задачи являются биофильтры. Основные требования к насадкам для биофильтров обусловлены особенностями процесса биофильтрации. Процесс биофильтрации происходит в три стадии: • абсорбция; • диффузия, растворение вещества; • биодеградация. Все три последовательных процесса осуществляются в |
Ш овременное промышленное предприятие, следующее строгой экологической политике, сталкивается с неудовлетворенным спросом на приемлемые с экономической и экологической точки зрения методы очистки газовоздушных выбросов большого объема. Традиционные методы очистки вентиляционных выбросов (адсорбция, абсорбция, скруббирование, каталитическое дожигание и др.) часто приводят к вторичному загрязнению среды и не удовлетворяют экологическим требованиям. Реально экологичными и ресурсосберегающими являются биотехнологические методы очистки воздуха от вредных примесей промыш
Рис. 1. Схема работы биофильтра при очистке воздуха от загрязнителя: 1 — перенос субстрата (загрязнителя воздуха) из газовой фазы в жидкую фазу; 2—перенос в жидкой фазе; 3 — перенос из граничной жидкой фазы в начальную фазу биоплёнки; 4 — подпитка жидкостью биоплёнки и транспортировка загрязнителя к поверхности биоплёнки; 5 — сброс продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (С02, Н20, дебрис) в окружающую среду посредством жидкой фазы |
объеме насадки биофильтра одновременно. Схема работы биофильтра при очистке воздуха представлена на рис. 1 Специфика процессов газоочистки в биофильтрах заключается в следующем. Газовая и жидкая фазы потоков, взаимодействующих в объеме биофильтра, одновременно выполняют транспортные и массообменные функции. Газовый поток обеспечивает доставку очищаемого газа к поверхности биопленки, находящейся в жидкой фазе с питательной средой, необходимой для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в биопленке, образованной ими на твердой поверхности насадки. В качестве питательной среды, помимо субстрата, используется периодически питательный раствор. Поток жидкой фазы обеспечивает транспортировку питающего раствора к биопленке и является жизненно необходимым источником воды для бактерий. Эта же жидкая фаза обеспечивает отвод от биопленки продуктов жизнедеятельности бактерий, а также несет в себе некоторую часть веществ, не подвергшихся биодеградации. В связи с этим целесообразно возвращать на орошение жидкость после прохождения ею блоков насадки.
Следующая специфичность процесса биофильтрации заключается в необходимости создания непосредственной связи между соседними "колониями"
— элементами насадки с биоплёнкой. Разрыв плёнок жид-
Таблица 1. Геометрические характеристики различных конструкций насыпных насадок одного типоразмера — 50 мм
|
Рис. 3. Процесс диффузии субстрата из гаэоиой фазы и жидкую в биофильтре по хорек - торным зонам: / — граничный перенос субстрато между газовой фазой загрязнителя и начальной жидкой фазой могло- тителя; 2 — перенос субстрата из начальной жидкой фазы до границы с биоллёикой; 3 —• перенос из граничной жидкой фазы и начальную фазу биоплёнки, перенос и реакция в биоплёнке |
Рис. 2. Последовательность актов переноса газового субстрата в объёме элемента насадки биофильтра: 7 — транспортировка субстрата в газовой фазе; 2— массообмен, перенос субстрата из газовой фазы в жидкую на границе раздела фаз методом абсорбции; 3 перенос субстрата из начальной газовой фазы в жидкую (абсорбция); 4 — перенос субстрата в жидкой фазе; 5 — перенос субстрата из граничной жидкой фазы в начальную жидкую фазу биоплёнки; 6 — реакция в активированной биоплёнке;
7 — отверждение части биоплёнки на поверхности элемента насадки
кости в слое насадки здесь, ввиду малых общих расходов жидкости в аппарате, имеет, скорее, негативный характер. С учётом данного обстоятельства предпочтительнее иметь в качестве основного материала перспективной насадки высокопористую структуру.
Вместе с тем турбулизация плёнки жидкости представляется целесообразной. При этом главным требованием является максимально возможное увеличение поверхности контакта, которая близка удельной поверхности насадки, но в отличие от типичных тепло- и массообменных процессов контакт между газовой и жидкой фазами должен происходить именно на биоплёнке, которая, в свою очередь, образуется на поверхности насадки.
Изложенное выше положение о желательности турбули- зации плёнки жидкости в объеме насадки применительно к биофильтрам, по-видимому, должно иметь одно важное ограничение, а именно в объёме элементов насадки не должно быть застойных зон, доступ в которые контактирующим потокам был бы затруднён. Иными словами, вся активная поверхность насадки биофильтра должна быть открыта для беспрепятственного образования биоплёнки, свободного доступа к этой биоплёнке газовой и жидкой фаз. Данное требование аналогично требованиям,
предъявляемым к активной по- верхности обычных насадок, предназначенных для осуществления процессов тепло- и массообмена, подробно рассматриваемых в работе |7|.
Последовател ь11 ость осуществления процесса диффузии субстрата из газовой фазы | жидкую в биофильтре детально показана на рис. 2, а в упрощённом виде — на рис. 3.
Направление переноса загрязнителя в объёме насадки на рис. 3 показано стрелкой. По выделенным на этом рисунке зонам 1 — 3 объёма насадки биофильтра происходит соответствующее изменение концентраций субстрата — С:
С, > Q > Q. (1)
Перенос массы вещества (субстрата) в биофильтре | связан с коэффициентом диффузии D, концентрацией субстрата С и расстоянием переноса L следующим соотношением [2J:
В -AdC/dl). (2)
Применительно к насадочным биофильтрам можно полагать, что расстояние переноса массы L в зоне! (см. рис. 3) будет соизмеримо с толщиной плёнки жидкости на поверхности элемента насадки 5„„:
L —> б,,,,, (3)
Кольцо CMR №2, металл |
Кольцо Палля, керамика |
Насадка Хакетте пластик |
Кольцо Хайфлоу, пластик |
Кольцо Хайфлоу, Кольцо Хайфлоу, Кольцо Палля, RMSR, металл керамика пластик металл |
Кольцо VSP, Седла Инталокс. Нор-Пэк, Энвипак, металл керамика пластик пластик Рис. 4. Внешний вид наиболее распространённых насыпных промышленных насадок из металла, керамики и пластмассы, соответственно |
Таблица 2. Геометрические характеристики регулярных насадок из коррозионно-стойкой стали
|
Согласно данным работы |7| для оценки толщины плёнки жидкости, например, на поверхности вертикальной цилиндрической насадки с горизонтальными гофрами можно воспользоваться соотношением вида
8т, = (Же1М)/и, (4)
где ш — 0,5 — показатель степени; А — коэффициент.
В случае течения плёнки жидкости по выпуклому участку поверхности гофрированной трубы коэффициент А равен 0,68, вогнутому участку поверхности гофрированной трубы — 0,83, а по ровному вертикальному участку поверхности трубы — 0,75.
Число Рейнольдса для плёнки жидкости
§2| I I Wd)/\,
где W — средняя скорость стабилизированного течения плёнки жидкости, м/с; d — эквивалентный диаметр плёнки или трубы, м; v — кинематический коэффициент вязкости, м2/с.
Анализ существующих конструкций насадок
Рассмотрим современные конструкции насыпных и регулярных насадок с точки зрения их перспективности, влияния на окружающую среду и пригодности для биофильтров. Геометрические параметры насадки характеризуют её эффективность посредством удельной поверхности. Общий вид некоторых промышленных насыпных насадок представлен на рис. 4.
Геометрические характеристики насыпных насадок и их сравнение приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, наибольшую величину удельной пове
рхности, из числа насыпных, имеют насадки типа кольцо CMR № 2, кольцо Хакетте, седла Инталокс (при одинаковых размерах элементов насадки). В то же время можно отметить, что, например, регулярная укладка колец Рашига позволяет увеличить на 10 — 18 % удельную поверхность насадки. Однако при этом регулярные насадки весьма чувствительны к равномерности первоначальной раздачи жидкой фазы. Вви
ду того, что само существование и нормальная жизнедеятельность бактерий в биоплёнке зависят от своевременного поступления к биоплёнке питающего раствора, требование равномерности распределения жидкости в поперечном сечении биофильтра является критически важным.
Помимо геометрических важными также являются характеристики насадки, отвечающие за способность не нано-
|
Таблица 3. Некоторые характеристики экологичности процесса с точки зрения выбора насадки
|
|
ность) у регу. |
шс, |
Рас. 5. Номограмма Биллета Р. величин порозности, удельной поверхности и толщины элементов насыпной насадки из разных материалов — керамики, пластмассы и металла [4] |
1*рных насадок |
а гидравлическое |
coup1* |
г И И' |
сить Брела окружающей среде (табл. 3). В отличие от насадок, предназначенных. например, для осуществления процессов абсорбции, где требуются большие нагрузки по жидкости, в биофильтрах расход жидкости минимальный и определяется лишь необходимостью поддержания питательной среды и наличием воды для жизнедеятельности микроорганизмов. С течением времени в биофильтре имеет место рост биоплёнки. Постепенно, увеличиваясь в размерах, она разбухает, уменьшая тем самым живое сечение насадки и соответственно порозность слоя насадки. Поэтому технология использования насадки в биофильтрах чаще всего предусматривает её замену, а в после- |
□-1.-2 х-З |
to |
|
N103, шт/м3 |
. Зависимость удельной поверхности от элементов насыпной насадки N в 1 м3: пьца металлические; 2 — кольца и сёдла кера-:ие; 3 — кольца и насадки иной формы из face |
дующем — утилизацию либо регенерацию. В этой связи определённый интерес представляет использование керамической насадки со сложной объёмно-пространственной структурой, возможно, типа ВПЯМ. На рис. 5 представлена номограмма Р. Биллета [4], позволяющая оценить величину удельной поверхности насадки в зависимости от материала и толщины элементов насадки для конкретной величины порозности слоя насадки. Полученная нами по опытным данным [2 — 6] зависимость удельной поверхности от числа элементов насыпной насадки в единице объёма представлена на рис. 6. Полученные данные для насыпных насадок разной геометрической формы и из разных материалов указывают на определённую тенденцию значительного увеличения удельной поверхности насадки с ростом числа элементов насадки в единице объёма, что вполне закономерно. Наиболее распространённые металлические регулярные промышленные насадки приведены на рис. 7. Сравнение геометрических характеристик насыпных (см. табл. 1) и регулярных (см. табл. 2) насадок показывает, что в целом регулярные насадки обеспечивают в 2 — 3 раза более высокую удельную поверхность, чем различные насыпные насадки, например, размером 50x50 мм. При этом доля пустот (пороз- |
леиие соответственно ниже Р«6|. Это энергетическое преимущество регулярных насадов весьма важно для ряди техмоло- гических процессов, осу шее* твляемых при вакууме, атмосферном давлении. Это также существенно и для биофильтров. Зависимость удельной поверхности регулярных промышленных насадок от величины порозности, представленная на рис. 8, позволяет сделать вывод, что с увеличением порозности от 0,9 до 0,98 величина удельной поверхности снижается от 500 до 210 м2/м\ Новые конструкции Анализ м ногообразн ых конструкций известных насадок и детальное рассмотрение механизма процесса биофильтрации позволяет заключить, что требованиям процессов переноса массы субстрата в биофильтрах отвечают регулярные насадки с высокоразвитой активной повс- |
Мелопак 250 Тип Y3 металл |
Монтц В1-100 Тип Y. металл |
Ралу-Пак 250 YC Тип Y. металл |
Евроформ, пластик |
Фай-Пак, металл |
Зульцер, металл |
Рис. 7. Наиболее распространённые типы регулярных промышленных наса* док из металла |
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 27 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
