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
| Вид материала | Плотность, г/см3 | Пористость загрузки, % |
| Кварцевый песок Антрацит дробленый Керамзит дробленый Керамзит недробленый Шунгизит дробленый Доменные шлаки Цеолит Активированный уголь | 2,6 – 2,65 1,6 – 1,7 1,2 – 1,5 1,7 – 1,8 1,5 – 1,8 2,6 2,18 - 2,5 0,3 – 0,42 | 40 – 42 58 – 62 56 – 58 42 – 44 25 - 28 |
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
| Название | ГОСТ или ТУ | Потребительское назначение |
| Класс А Полиэтилен ВД Полиэтилен НД Поли – 4 - метилпентен Полипропилен Полиизобугилен Поливинилхлорид винипласт Пенопласт Ластовин Фторопласт - 4 Фторопласт - 3 Полистирол АБС-пластики Ударопрочный полистирол Пенополистирол ПС Поливинилацетат Поливинилбутираль Поливинилформаль Поливиниловый спирт Полиакрилаты Дакрил Полиформальдегид Пентапласт Полиакрилаты Класс Б Фенопласты с порошковым органическим наполнителем То же, с минеральным Стекловолокнит АГ - 4 Асбоволокнит Стеклотексталит Асботекстолит Фаолит Гетинакс Древеснослоистый пластик Текстолитовая крошка Древесная пресс - крошка Антегмит Аминоплас Мелалит Декоративный бумажно11оли)фирные смолы Поликарбонат Лавсан Поли амид 610 Полиуретан ПУ - 1 Пенопласт пенополиуретановый эластичный, морозостойкий Композиции на основе эпоксидных смол Фенилоны Класс В Этрол нитроцеллюлозный Этрол ацетилцеллюлозный Этилцеллюлоза Триацетатцеллюлоза | ГОСТ 16337-70 ГОСТ 16338-70 ГОСТ 16338-70 МРТУ 6-05-1105-67 ГОСТ 13303-67 ГОСТ 9639-71 ГОСТ 5960-72 МРТУ 6-05-1158-68 ТУ 6-01-645-71 ГОСТ 10007-72 ГОСТ 13744-68 ГОСТ 9440-60 ТУ 6-05-1490-72 ТУ 6-05-1604-72 ОСТ 6-05-202-73 ТУ 6-10-1081-70 ГОСТ 9439-73 ГОСТ 10758-75 МРТУ 6-05-911-63 МРТУ 6-05-1344-71 ТУ 6-05-707-72 ТУ 6-05-1543-72 ТО 6-05-1425-71 ГОСТ 5689 - 73 ГОСТ 5689-73 ГОСТ 5689-73 ГОСТ 10087-62 ГОСТ 56-89-73 ГОСТ 10292-74 ТУ 6-05-898-71 МРТУ 6-05-1169-69 ГОСТ 2718-74 ГОСТ 13913-68 ТУ 16-503-012-67 ГОСТ 11368-69 ТУ 11-4-68 ГОСТ 9359-73 ГОСТ 9359-73 ГОСТ9590-76 МРТУ 6-05-13-0674 ТУ 6-005-1668-74 ТУ 6-06-310-71 ГОСТ 10589-73 МРТУ 6-05-881-62 ТУ 6-05-1473-71 МРТУ 6-05-1140-68 ВТУ 2-447-71 ТУ 11-741-71 СТП 2-73 ТУ 6-05-1528-72 ТУ 6-05-1418-71 ТУ 6-05-1028-74 | ХС, Э1О, М, ПЩП, П, ПП ХС, ЭIО, М, ПЩIII, П, ПП ПБ, КУ, ТЖ ХС, ЭIО, ПЩII П, ПП ХС, ЭI, М, П, ПП ХС, Э, КУ, ПЩII ПП ХС, ЭI, И, ПЩII, П, ПП Л ХС ХС, ТЖ, М, Э, АФ, ПЩ, П ХС, М, ТЖ, П ЭI, ПБ, О, ПЩIII КУ, Э, О КУ, ПЩШ Л ПБ П, ПБ П, ПП ПБ, ЭII, ПЩII ПБ, КУ КУ, АФ, ЭII, ТЖ, М ХС, ТЖ, КУ, АФ, ЭI КУ, ТЖ, М, Э1 О, ЭIII, ТЖ, ЭII, ТЖ И, КУ КУ, ЭII, ТЖ, М, И, АФ Ф, ТЖ, М, КУ КУ, ТЖ, М, И Ф, ТЖ, М, КУ ХС ЭI КУ, ЭII, И, АФ КУ, АФ, И АФ, И ТЖ, ХС ПЩ, О ПЩ ПЩ, О П КУ, АФ, ЭII, ТЖ, М, П П, ПЩ АIII, АФ, И, КУ, ЭIII, ТЖ, ПП, М И, АФ, КУ, П Л ЭII, ТЖ, М П, ХС, ПЩ, КУ ТЖ, КУ, ЭI ПБ, КУ, О, ПП О, ПБ. КУ О, ПБ, КУ О, ПБ, ПП |
Обозначение:
КУ - конструкционные, ударопрочные ХС - антикоррозионные
Э - электро - радиотехнические ПЩ - допущенные к контактированию с
АФ - антифрикционные пищевыми продуктами
И - изностстойкие П - для покрытий
Ф - фракционные ПБ - прозрачные в блоках
ТЖ - тепло и жаростойкие ПП - прозрачные в пленках
М - морозостойкие О - общего назначения
Основной показатель синтетических волокон - это их механическая прочность на разрыв. В табл. 3 приведена сравнительная характеристика волокон различного происхождения. Как видно, что по прочности синтетические и искусственные волокна не уступают, а по некоторым видам и превосходят, природные волокна, полиарилаты (марки Ф-2), поливиниловый спирт, поликапролактам, энант, анид (нейлон).
Для решения вопроса применения синтетических и искусственных волокон необходимо поставить некоторые условия, которые изложены в начале раздела.
Перечисленные волокна из группы термопластов могут работать в диапазоне температур от -60 до +80°С и реактопласты до 120°С. Все волокна обладают низкой теплопроводностью, 500-600 раз ниже теплопроводности металлов, поэтому они могут успешно применяться как теплоизолирующий материал, при решении вопроса утилизации отходов от очистных сооружений.
Говорить о дефицитности сырьевой базы для получения синтетических материалов не приходится: отечественная сырьевая база для получения этих материалов практически неисчерпаема.
Поскольку вопрос очистки воды является в конечном итоге глобальным, то надо отметить лишь те пластмассы, которые можно применять для контакта с пищевыми продуктами. Эти пластмассы выделены рядом ПЩ.
Пластмассы, допущенные к контактированию с пищевыми продуктами (ряд ПЩ):
Для горячих блюд: мелалит, полиформальдегид, аминопласт,
полиэтилентерефталат, фторопл аст-4.
Для холодных блюд: полиэтилен ВД, полиакрилаты, винипласт ВНТ,
пластикат ПВХ по специальной рецептуре, полипропилен, пластмассы 1
группы.
Для сухих продуктов: полиэтилен НД, полистирол ударопрочный,
полистирол и его сополимеры, эпоксидные покрытия ЭД-5, ЭД-6, декорозит,
пластмассы 1 и 2 группы.
Из этого ряда можно отметить лишь материалы полиэтилентерефталат и полипропилен, которые применяются в силу ряда причин для переработки в волокна.
Одним из важных направлений применения пластмасс является его антикоррозионные свойства. Это очень актуальная тема для защиты оборудования очистных сооружений. Пластмассы для покрытий (ряд П).
Из жидких компаундов и мастик: эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6, полиэфирные смолы, композиции поливинилхлорида.
Из суспензий: фторопласт - 4Д, фторопласт - ЗМ, карбамидные смолы. Из порошков: поливинилбутираль, полиэтилен НД, полипропилен, поликарбонат, полиформальдегид. Таким образом, универсальными антикоррозионными покрытиями для пищевых и непищевых продуктов являются эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6, полиэтилен НД, полипропилен.
Из легких тепло- и звукоизоляционных, амортизационных пластмасс (ряд Л) наиболее легкими являются пенополистирол ПСБ, пенополиуретан ПУКИ и поропласт ФК-20 с объемной плотностью соответственно 20, 40 и
50 кг/м3, эластичными свойствами обладают пенополиуретан (ППУ) эластичный и поливинилхлорид (ПВХ-Э) с плотностью 20-50 и 100-150 кг/м3 соответственно. Исходя из своих свойств сорбировать в себя нефтепродукты, пенополиуретан был использован в технологии очистки на фильтрах харьковского ВНИИВО.
Таблица 3- Физико-механические свойства природных, искусственных и синтетических волокон
| Волокна | Разрывная длина (в км) | Разрывная прочность (в кг/мм2) | |
| В сухом состоянии | В мокром состоянии | ||
| Природные волокна Хлопок Шелк Шерсть Искусственные волокна Вискозное Высокопрочное вискозное Ацетатное Синтетические волокна Перхлорвиниловое (хлорин) Полиамидное (капрон, анид, нейлон) Полиэфирное (лавсан) Полиакрилонитрильное (нитрон) Полипропиленовое | 27-36 27-32 12-14 15-20 40-50 10,5-14 15-20 45-70 35-55 25-40 30-55 | 30-40 22-28 10-12 7-9 30-40 6-6,5 15-20 40-67 35-55 25-40 30-55 | 41-54 35-42,5 14-18,5 22,5-30 60-75 15-18,5 24-32 51-59 49-77 28-47 36-48 |
Примечание. Разрывная длина - это длина волокна, в км, при которой происходит его разрыв под действием собственной массы.
Характеристика некоторых пластмасс, имеющих определенный интерес для применения на локальных очистных сооружений.
Эпоксидные смолы - полимеры, получаемые поликонденсацией эпи - или дихлоргидрина и двух - или полиатомных фенолов (дифенилпропанов) в щелочной среде. В стадии резола эпоксидные смолы - вязкие или твердые вещества, плавкие, растворимые в толуоле, ксилоле, ацетоне, уайт-спирите и других растворителей или смесях. Эпоксидные смолы или композиции на их основе при добавке полиэтиленполиамина и других аминов отверждаются в течение 6-10 часов при обычной температуре. Процесс отверждения ускоряется с повышением температуры до 60 - 80° С. При добавке ангидридов дикарбоновых кислот (фталевых и др.) отверждение происходит только при повышенных температурах -100-200°С.
Полиэтшентерефталат (ПЭТФ) — термопластичный полимер получается переэтерификацией диметилтерефталата этиленгликолем в присутствии катализаторов т последующей поликонденсацией полученного диэтилолтерефталата. Товарный ПЭТФ (лавсан) выпускается в гранулах и используется, в основном, для производства волокон и высокопрочных пленок.
Полиэтилен получают полимеризацией газа этилена под давлением в присутствии катализаторов. В зависимости от способов получения промышленность выпускает полиэтилен высокого давления (ВД), полиэтилен низкого давления (НД), полиэтилен среднего давления (СД), сополимер этилена с пропиленом. Полиэтилен ВД - полужесткий, СД и НД - более жесткие материалы. Теплостойкость от 80 (ВД) до 95°С (НД), морозостойкость от -80 до -150°С.
Полипропилен получают полимеризацией газа пропилена. Товарный полипропилен выпускается в гранулах и в виде порошка белого цвета стабилизированным окрашенным или неокрашенным. По физико-механическим свойствам и химической стойкости полипропилен аналогичен полиэтилену НД. Теплостойкость несколько выше, чем у полиэтилена НД. Морозостойкость низкая, колеблется от -5 до -15°С. Температура плавления + 160°С.
ООО «Пневмотехника» г. Симферополь наладила промышленное производство фильтрующей материала (ФМ). ФМ вырабатываются из полипропилена низкого давления марок 21030 или 21060 с рецептурной стабилизацией 16, высшего сорта по ГОСТ 26996 или липола марок А4-71К - А6-71К по ТУ У 54008400.001, разрешенных для применения в пищевой и медицинской промышленности Минздравом Украины. Данный ФМ наиболее подходит для применения в области очистки сточных вод от нефтепродуктов [85].
Условия применения ткани при рабочих средах:
при избыточном давлении до 2,0 МПа;
при температуре от 0°С до 100°С;
динамической вязкости от 0 сСт до 30 сСт;
для жидких сред рН от 2,5 до 14,0.
Ткани по физико-химическим показателям, в зависимости от квалификационных групп, должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 4.
Таблица 4 -
Физические свойства полипропиленовых тканей ООО «Пневмотехника»
| Наименование показателя | Значение показателей классификационных групп тканей | ||
| I | II | ||
| Толщина волокна, мкм | 1,0 – 60,0 | ||
| Разрывная нагрузка, Н, не менее | 50,0 | 45,0 | |
| Прочность при надавливании шариком, кг/мм2 | 0,3 | 0,25 | |
| Удлинение при разрыве, %, не менее | |||
| Тонкость фильтрации, мкм | 0,3 – 100,0 | ||
| Средняя потеря давления фильтровальной ткани, Па, не более | |||
Классификационные группы тканей, ФМ:
I - для фильтрации растворов, суспензий, эмульсий;
II - для фильтрации технологических газов и промышленного воздуха.
В зависимости от вида использования, ткани производят двух видов: Л - в виде листа; Ц - в виде полого цилиндра. Длину, ширину и толщину ткани в листе, а также высоту, наружный и внутренний диаметр полого цилиндра определяют с потребителем, в пределах максимальных габаритов фильтров.
Листовой фильтр - 1100мм х 620мм х 30мм.
Полый цилиндрический фильтр - высота 1000мм, наружный диаметр до 260мм, внутренний диаметр от 10 мм.
Таблица 5 Фильтры для промышленной очистки воды от механических примесей ООО «Пневмотехника»
| Наименование фильтрующего картриджа | Габаритные размеры | Тонкость фильтрации, мкм | Производи-тельность, л/мин | Ресурс ф.э. в м3 | Скорость филь-ции, м/ч | |||
| Dнар, мм | Dвн, мм | Длина, мм | Вес, кг | |||||
| ТФ-Ц-03• | 0,64 | 0,3 | 12() | 9,1 | ||||
| ТФ-Ц-1• | 0,76 | 40,1 | ||||||
| ТФ-Ц-5• | 0,8 | 75,8 | ||||||
| ТФ-Ц-10• | 0,8 | 75,8 | ||||||
| ТФ-Ц-2501•• | 25/1 | |||||||
| ТФ-Ц-5005•• | 50/5 | |||||||
| ТФ-Ц-7525•• | 75/25 | |||||||
| ТФ-Ц-01003•• | 1/0,3 | 68,3 |
Примечание:
* - фильтрующий элемент с одинарным градиентом плотности; ** - фильтрующий элемент с двойным градиентом плотности. Dнap и Dвн - наружный и внутренний диаметр фильтрующего элемента.
Нами сделан анализ производительности фильтрующих элементов от производителя. Скорость фильтрации рассчитана нами на границе внутреннего диаметра фильтрующего элемента, картриджа. Расчет показал, что скорость 341 м/ч очень завышена, а, следовательно, производительность ряда картриджей не реальна.
Фильтрующая ткань производится по предложению заказчика с одним, двойным, тройным градиентом плотности. Плотность фильтрующего материала находится в пределах от 0,1 до 0,3 г/см3. Производятся фильтрующие ткани со следующими фильтрационными рейтингами, в мкм: 0,3; 0,5; 1; 5; 10; 15; 25; 30; 35;40;45;50; 75; 100. Кроме фильтрующих элементов фирма производит готовые к применению бытовые фильтры для очистки воды от механических примесей.
Примечание. В 80-х годах на основе полипропилена и др. волокон промышленность стала выпускать нетканый синтетический материал типа сипрон. Его и сейчас применяют для формирования сидений, облицовки салона автомобилей тольяттинского ВАЗа. Появились отходы от поставщика ВАЗа – димитроградского атомного завода. Нами было изучено это производство и сделан вывод, что в месяц отходов сипрона может набраться на один железнодорожный вагон. В связи с внедрением фильтров «Кристалл» по бывшему СССР потребность в сипроне резко возросла, и данные отходы стали острым дефицитом.
Нетканые синтетические материалы изготовляются из волокон нитрона, капрона, полипропилена, поливинилхлорида, вискозы. Динамическая сорбционная способность волокон определялась на модельной установке [78], и составила 2 – 3 г/г (грамм нефтепродукта на грамм сорбента) при фильтровании со скоростью 10 м/ч. Исследование качества очистки сточных вод от нефтепродуктов в зависимости от высоты слоя при плотности загрузки 0,04 г/см3 и скорости фильтрования 10 м/ч показал, что оптимальная высота слоя загрузки составила 15 см, т. к. «Дальнейший рост высоты загрузки приводит к росту сопротивлению фильтровального слоя без увеличения эффекта очистки…»[78,стр.12]. В качестве метода регенерации эластичных синтетических материалов предлагался отжим.
ФМ производится по предложению заказчика с одним, двойным, тройным градиентом плотности. Плотность фильтрующего материала в зависимости от фильтрационного рейтинга находится в пределах от 0,03 до
0,3 г/см3, чем рейтинг меньше – тем больше плотность ткани. Производятся
фильтрующие ткани со следующими фильтрационными рейтингами, в мкм: 0,3; 0,5; 10; 15; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 75; 100. Кроме фильтрующих элементов фирма производит готовые к применению бытовые фильтры для очистки воды от механических примесей.
Свойства и перспектива использования полипропиленовых (ПП) фильтрующих материалов
Большую научно – исследовательскую работу по свойствам ПП и использованию на их основе ФМ провели в государственном университете технологии и дизайна г. Киев [9]. В данном разделе мы отметим их наиболее важные полученные результаты и выводы по применению ПП.
Основной структурной единицей разработанных ФМ являются ультратонкие волокна с уникальной структурой поверхности: каждое волокно микронных размеров покрыто но всей поверхности тончайшими микрофибриллами, отходящими от основного волокна [11|. В результате получаете чрезвычайно развитая поверхность и обеспечиваются высокие сорбционные свойства и грязеёмкость. Таких волокон нет в природе, и они не могут быть получены по традиционным технологиям. К настоящему времени разработаны и уже широко используются фильтры из полипропиленовых (ПП) микроволокон с тонкостью очистки 1; 0,45; 0,3 мкм. Применение для этих целей ПП придает ФМ На рис. 1 показана увеличенная структура ФМ с различным размером пор, с рекомендованным размещением по потоку очищаемой жидкости.
Рис. 1. Структура ФМ по ТУ У 54008400.001
химическую инертность и устойчивость к агрессивным средам. В результате токсикологических испытаний тонковолокнистые ПП фильтры рекомендованы для очистки питьевой воды в бытовых условиях, лекарств, которые вводятся инъекционно в кровь. В настоящщее время созданные фильтры уже широко используются в медико-биологической, пищевой, радио-электронной промышленностях. Это такие предприятии, как: ОАО "Днепрфарм"
(г. Днепропетровск), ХГФ "Здоровье" (г. Харьков), фармацевтическая фирма "Дарница'' (г.Киев), "Белмедпрепараты" (г. Минск), АО "Фармак" (г.Киев) и много других предприятий.
Освоены производства ФМ типа полипропилен, полиэтилен по ТУ У 16512587.002-2001 и аналогичным техническим условиям производителя и выпускаются следующими предприятиями: ЗАО «Укрфильтр» г. Чернигов, ООО «Пневмотехника» г. Симферополь, ООО «Трикорд» г. Днепропетровск, ЗАО «Фильтр» п. Товарково Калужской обл., ООО «Калан» г. Санкт – Петербург и др.
Совместно с международной ассоциацией "Вода и здоровье" были выполнены санитарно-химические и микробиологические исследования по оценке эффективности очистки питьевой воды в установках "ВИН - 5" и "Крыничка", в которых используются фильтры из НИ микроволокон, а также комбинированные с углеродной тканью фильтры. Получено разрешение Центральной санитарно - эпидемиологической станции Минздрава Украины на очистку питьевой воды с помощью указанных установок. Показано (табл.6), что полипропиленовый и комбинированный фильтры, кроме собственно фильтрующего действия, коренным образом улучшают качество питьевой воды: в 3 – 3,5 раза уменьшается содержание аммиака, нитратов, цинка, меди, железа, марганца. Остаточный хлор и свинец поглощаются из воды полностью, в 2 - 10 раз уменьшается содержание солей тяжёлых металлов. Установленное объясняется рядом физико-химических процессов, которые имеют место при прецизионной фильтрации через тонковолокнстые фильтры: адсорбция, эффект касания, броуновская диффузия, электростатическое взаимодействие.
Исследования по изменению микрофлоры питьевой воды (до и после фильтра) и микрофлоры на поверхности фильтрующего материала были
Таблица 6 -
Результаты лабораторных исследований элементов ФМ [].
| №№ п/п | Название ингредиентов | НД метод контроля | Водопро-водная вода, мг/л | Вода после фильтра, мг/л | ГОСТ 2874-82, мг/л |
| Запах | ГОСТ 3351 - 74 | ||||
| Привкус | ГОСТ 3351 - 74 | ||||
| Мутность | ГОСТ 3351 - 74 | 0,85 | 0,4 | 1,5 | |
| Цветность | ГОСТ 335 1- 74 | ||||
| Жесткость | ГОСТ 4151 - 72 | 4,5 | 4,0 | 7,0 | |
| Азот нитратов | ГОСТ 18826 - 74 | 1,2 | 1,0 | 45,0 | |
| Азот нитритов | ГОСТ 4191-82 | 0,03 | 0,031 | 3,3 | |
| Хлориды | ГОСТ 4245 - 72 | 22,5 | 20,0 | 350,0 | |
| Сульфаты | ГОСТ 4389 - 72 | 69,0 | 60,0 | 500,0 | |
| Фтор | ГОСТ 4386-81 | 0,4 | 0,4 | 1,5 | |
| рН | 7,1 | 7,2 | 6,0-9,0 | ||
| Цинк | ГОСТ18293 - 72 | 0,1 | 0,05 | 5,0 | |
| Медь | ГОСТ 4388 -72 | 0,08 | 0,003 | 1,0 | |
| Кадмий | СанПИН 4630-82 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | |
| Железо | ГОСТ 4011-72 | 0,18 | 0,09 | 0,3 | |
| Остаточный хлор | ГОСТ 18190-72 | 0,1 | не обнар. | 0,3-0,5 | |
| Азот амониевый | ГОСТ 4192-72 | 0,2 | 0,1 | 2,0 | |
| Сухой остаток | ГОСТ 18164 -72 | не обнар. | не обнар. |
проведены на центральной санитарной станции г. Киева но стандартным методикам. В табл. 7 представлены характеристики различных микроорганизмов.
Таблица 7 –
Характеристики патогенных микроорганизмов
| Наименование | Болезни, вызываемые микроорганизмами | Размеры микро-организмов, мкм | Сроки выживания в воде, сутки |
| сальмонелла | сальминеоз, брюшной тиф | до 2 | 2 - 93 |
| щигеллы | дизентирия | 2 - 4 | 15- 27 |
| холерный эмбрион | холера | длина 2 – 3, ширина 0,5 | 4 - 28 |
| эширихии | эширихиозы | 0,5 - 2 | - |
| БГКП | кишечные инфекции | длина 0,6 - 6 ширина 0,3 – 1,5 | - |
Плесневые грибы не являются санитарно показательными и не нормируются ГОСТ-ом "Вода питьевая". Однако их наличие существенно влияет на органолептические свойства и химический состав воды. Исходя из данных табл.7, можно было предположить, что ФМ с тонкостью очистки (1; 0,45; 0,3) мкм будут эффективно задерживать микроорганизмы, находящиеся в воде, а, следовательно, будут изменять микрофлору питьевой воды. В экспериментах питьевую водопроводную воду непрерывно в течение 8 часов
Таблица 8 Изменение микрофлоры питьевой воды и ФМ после 10-т и 15-ти дней эксплуатации
| №№ п\п | Наименование пробы | Общее число микроорга-низмов | Кол-во БГКП | К-во патогенных микроорг. | К-во плесневых грибов |
| Вода питьевая - до фильтра - после фильтра - через 10 дней - после ФМ через 15 сут | н/о | н/о | н/о н/о н/о н/о | н/о н/о н/о | |
| Фильтрующий материал: - пов-ность до эксплуатации - пов-ность после эксплуатации - смывная вода через 10 дней - смывная вода через 15 дней | н\о н\о | н/о н/о н/о н/о | н/о н/о | ||
| Норма по ГОСТ 2874-82 «Питьевая вода» | отсутствие | - |
рабочего дня фильтровали через ФМ из ПП микроволокон. Процесс фильтрации прерывался на ночь и на выходные дни. Общая продолжительность работы фильтров составила 10 и 15 дней, то есть после этого времени делался анализ воды на микрофлору (до и после фильтра), а также анализ микрофлоры на поверхности ФМ. В отобранных пробах определяли: общее число микроорганизмов, БГКП, патогенные микроорганизмы и количество плесневых грибов. Полученные результаты (табл.8) сравнивали с показателями ГОСТ 2874-82 «Питьевая вода».
Важнейший вывод, вытекающий из анализа данных табл.8, заключается в том, что на поверхности ФМ отсутствуют все вилы микроорганизмов даже после 15 дней эксплуатации, то есть на ФМ из ультратонких ПП микроволокон не размножаются никакие микроорганизмы.
Таблица 9 –
Содержание микроорганизмов (колоний/мл) в фильтрате
| № об. | В исходной воде | Фильтрат | После термостатирования 6 сут | По ГОСТ 2874-82 | |||
| первая порция | после 15-ти минутной промывки | Исх. вода | Первая порция | После 15-ти мин. промывки | |||
| - | 1,7 | ||||||
| - | 4,2 | 60 сплошное обрастание |
Значит такой ФМ не обрастает бактериями в процессе эксплуатации. Появление микроорганизмов в смывной жидкости, а также наличие большой) «к количества в фильтрате после 10 и 15 дней эксплуатации обусловлено размножением и накоплением их на поверхности комплектующих фильтра, в застойных зонах фильтродержателя, в соединительных трубопроводах. Эти микроорганизмы представляют собой грам-положительные палочки и их споры, размер которых колеблется в широких пределах: ширина 0,3-2,2 мкм, длина - 1,7 - 7мкм. Мельчайшие из них проходят через поры ФМ, накапливаются и размножаются на различных поверхностях и смываются током воды. Чтобы показатели воды по микрофлоре соответствовали ГОСТ 'у "Вода питьевая", фильтрационную систему необходимо периодически подвергать стерилизации.