Наполнители для систем фильтрации

Фильтрующие материалы для воды: виды и критерии выбора

Фильтрующий материал является основным элементом систем водоочистки. По сути своей это специальные засыпки, задача которых – задерживать различные виды загрязнений. В частности, фильтрующие материалы для воды применяются в целях устранения входящих в ее состав частиц железа, марганца, аммония, сероводорода и избавления от посторонних запахов, неприятного привкуса и любых других видов загрязнений, которые могут в ней содержаться.

Из этой статьи вы узнаете:

• В чем особенности фильтрующих материалов для механической очистки воды

• Какие различают ионообменные материалы для очистки воды

• В чем преимущества угольных фильтрующих материалов для очистки воды

• Как выбрать фильтрующие материалы для воды

Фильтрующие материалы для механической очистки воды

Для очистки большого объема жидкости от механических загрязнений (или взвесей) обычно используют вертикальные насыпные фильтры, содержащие гранулированный фильтрующий материал для очистки воды, с определенным периодом действия. Такие системы являются механическими.

Конструкция состоит из металлической или пластиковой вертикальной емкости с дренажно-распределительными системами. В качестве гранулированной загрузки в засыпных фильтрах чаще всего используются кварцевый песок, гидроантрацит и т. д. Чтобы улучшить распределение жидкости во время очистки и избежать засорения нижней части дренажного устройства, оно устанавливается в гравийный слой.

При очистке в вертикальных насыпных фильтрах вода движется сверху вниз. В процессе фильтрации частицы крупной фракции оседают в гранулированном слое, а более мелкие элементы за счет воздействия статического электричества и других эффектов налипают к частицам загрузки. Проходы для фильтруемой воды становятся уже из-за осевших в слое загрузочного материала крупных загрязнений, таким образом, возрастает глубина очистки жидкости. При этом основная часть взвесей задерживается в верхней части фильтрующей системы.

При конструировании устройства водоочистки производитель особое внимание должен уделять подбору гранулометрического состава и скорости прохождения жидкости через систему очистки, именно в этом случае фильтрующий материал для очистки воды будет работать фактически во всем объеме загрузки. Загрязненный участок медленно опускается по слою загрузки. В случае слишком быстрого прохождения жидкости по фильтрующей системе, снизится уровень очистки жидкости. Если же скорость будет слишком мала, грязь осядет только в верхнем слое.

Большей эффективностью обладают многослойные фильтры, они же являются наиболее экономичными. В таких приборах используют несколько материалов разной плотности и пористости таким образом, чтобы в верхней части устройства располагался слой с более легкими и крупными частицами, а в нижней части – с более тяжелыми и мелкими. Благодаря подобному распределению фильтрующих слоев загрязнения крупной фракции остаются в верхнем слое, мелкой – задерживаются в нижнем слое фильтрующего материала для очистки воды, соответственно, работает полный объем загрузки.

Частицы, заполняющие слои загрузки, подбирают по размеру и плотности так, чтобы их скорость псевдоожижения была практически равна. Таким образом, при регенерации обратной промывкой (взрыхлении) можно добиться «кипения» всего слоя. Кстати, скорость очистки в механических устройствах лишь в малой степени зависит от наполнителя, составляющего фильтрующий материал. Средняя скорость фильтрации равна 2–5 м/ч для безнапорных систем и 8–12 м/ч для напорных.

Периодически слой загрузки оказывается загрязнен настолько, что сопротивление фильтрации стремительно увеличивается, соответственно, производительность уменьшается. Повышенное давление приводит к «пробою» – выносу грязи из фильтрующей системы в очищенную воду. Работу фильтра останавливают, а слой загрузки подвергается регенерации.

Восстановление пористых слоев загрузки сводится к их промывке в обратном направлении, то есть снизу вверх, при этом скорость подачи регенерирующей жидкости должна быть достаточной для псевдоожижения загрузки и ее расширения примерно на 30–50 %. Во время этого процесса частицы гранулированного материала фильтра перемещаются, перетираясь и ударяясь друг об друга («кипят»), в этот момент осевшие между ними взвеси вместе с налипшими загрязнениями вымываются.

Регенерация может быть проведена с помощью исходного раствора. Этот способ подходит для восстановления слоев загрузки бытовых и небольших промышленных фильтров при условии бесперебойной работы, стабильного поддержания напора и достаточного количества воды в водопроводе. Если же речь идет о крупных системах очистки, лучше использовать осветленную воду из буферной емкости, т. к. в этом случае можно гарантированно обеспечить оптимальный расход воды, на который не будет влиять неустойчивое давление в водопроводе.

По завершении «взрыхления» необходимо дождаться оседания слоя загрузки, после чего начинается фильтрация, причем некоторый начальный объем отфильтрованной жидкости сливают в канализацию из-за возможного избыточного содержания в нем загрязнений. Этот процесс называется санитарной промывкой.

С помощью использования засыпных фильтров можно очистить воду от частиц размером не более 10–20 мкм. Чтобы отфильтровать частицы меньшей фракции, их предварительно увеличивают до требуемого размера, агрегируют, для чего используют методы флокуляции или коагуляции либо посредством мембранной фильтрации.

Угольный фильтрующий материал для воды

В наши дни активированный уголь весьма широко используется в различных производственных процессах. Одной из сфер применения этого природного адсорбента являются системы водо- и воздухоочистки.

Благодаря адсорбционным способностям, активированный уголь применяют для фильтрации:

• сточных вод;

• технических вод от котлов и бассейнов;

• поверхностных и ливневых вод.

Активированный уголь применяется для адсорбции:

• нефтепродуктов;

• пестицидов;

• галогеносодержащих углеводородов.

Фильтрующий материал для очистки воды, содержащий уголь, улучшает органолептические свойства жидкости, используемой в качестве питьевой:

• понижают уровень мутности и цветности;

• уничтожают запахи и привкусы;

• адсорбируют органические вещества.

Дополнительная очистка водопроводной воды с помощью угольных фильтров позволяет вывести из нее частицы хлорсодержащих соединений и озона, которые используются в качестве средства дезинфекции. Активированный уголь может выступать в качестве материала-носителя для микроорганизмов.

Для заполнения системы фильтрации определенным количеством активированного угля его обычно используют в виде порошка, который всыпают в очищаемую воду, либо в качестве водно-угольной суспензии. Когда уголь полностью выполнит свою работу, максимально адсорбировав на своей поверхности все загрязнения, его взвесь необходимо удалить. Это делают посредством коагуляции или путем фильтрования, используя, например, многослойный или гравийный фильтр

Суть методов фильтрации воды с неподвижным слоем загрузочного материала в том, грязную воду надо пропустить через один или несколько пластов активированного угля в гранулах. Конструкция таких фильтрующих устройств может быть открытой или закрытой. Они работают за счет создания разницы давления. Для очистки значительного количества воды фильтры размещают в бетонных резервуарах.

Активированный уголь в качестве фильтрующего материала в системах очистки воды с неподвижным слоем регенерируют термическим способом. Это в общем значительно сокращает затраты на водоочистку.

Учитывая, что уголь в процессе водоочистки непосредственно контактирует с водой, используемой впоследствии для питья, к таким фильтрам применяются повышенные санитарно-гигиенические требования. При оценке качества подобных устройств руководствуются нормами российских ГОСТов и СНиПов, а также международными стандартами качества.

Выбирая фильтрующий материал для очистки воды из активированного угля, необходимо учитывать степень загрязнения воды и требуемый уровень ее очистки на выходе. Для оптимального подбора элементов системы фильтрации проводят ряд лабораторных исследований и учитывают рекомендации компаний, специализирующихся на проблемах водоподготовки. На основе полученных данных сотрудники лабораторий помогут определить наиболее подходящий уровень загрузки адсорбирующего материала.

Для проведения исследований в реальных условиях эксплуатации фильтрующего устройства организуют испытания с использованием мобильных фильтров с объемом угольной загрузки до 0,5 м³. Таким образом получают данные о степени адсорбции, затрат и эксплуатационных особенностей системы.

В Германии качество активированного угля оценивают по нитробензольному показателю – количество угля, которое необходимо, чтобы удалить из воды 90 % имеющегося количества нитробензола. Опытным путем было выявлено, что для такого уровня фильтрации требуется менее 20 мг высокоэффективного кокосового или 21–27 мг каменного угля. Этот показатель в отличие от распространенного йодного числа позволяет оценить адсорбционный эффект для большего числа веществ.

Ионообменный фильтрующий материал для воды

Используя фильтрующий материал для воды из ионообменных смол, можно вносить изменение в состав очищаемой жидкости на ионном уровне, тем самым полностью освобождая ее от солей и некоторых других компонентов.

Ионообменная смола состоит из небольших частиц, напоминающих шарики диаметром не более миллиметра. Они изготавливают из специальных полимеров. Несмотря на свой несерьезный для простого обывателя вид (смола чем-то напоминает икру рыб), ионная смола обладает уникальным и полезным свойством – удерживает ионы различных примесей (от металлов до солей жесткости), заменяя их на безвредные ионы других веществ. Проще говоря, при использовании этого фильтрующего материала для очистки воды осуществляется обмен ионами. Благодаря данному процессу и фильтрующую среду называют ионообменной смолой.

Наполняющая фильтрующий элемент смола может иметь гелевую, пористую или промежуточную структуру.

Иониты гелевой структуры не имеют пор, поэтому процесс ионного обмена начинается только в тот момент, когда смола набухает и делается похожей на гель. По сравнению с пористыми смолами гелевые имеют большую обменную емкость.

Смолу называют пористой (макропористой) потому, что ее поверхность содержит огромное количество пор, способствующих ионному обмену.

Структура, которая по своим свойствам представляет собой что-то среднее между гелевой и пористой, называется промежуточной.

Отличия этих структур состоят в следующем. У ионообменной смолы для фильтра гелевой структуры большая обменная емкость, чем у пористой. Но последняя обладает большей химической и термической стойкостью, за счет чего она может задерживать большее количество вредных примесей, притом вне зависимости от температуры воды.

Как выбрать фильтрующие материалы для воды

Чтобы оценить выгоду при использовании конкретного вида фильтрующего материала для очистки воды, необходимо обращать внимание не только на цену его упаковки, но и на количество наполнителя в ней (в литрах и килограммах), период его годности, а также на необходимость использования восстановительного реагента.

На сегодняшний день стоимость фильтрующих материалов для воды иностранного производства по ряду экономических и политических причин значительно выше стоимости наполнителей для фильтров, произведенных в нашей стране. При этом такая существенная ценовая разница далеко не всегда свидетельствует о лучшем качестве или большей эффективности импортных загрузок водоочистных устройств.

Важным показателем при выборе фильтрующего материала для воды является срок его эксплуатации в зависимости от условий применения. Также на уровень затрат, необходимых для обслуживания системы фильтрации, влияет способ регенерации выбранного слоя загрузки. Очевидно, что загрузки для «безреагентных» фильтров, которые восстанавливаются обратным потоком воды, не потребуют от владельца дополнительных затрат. В процессе регенерации «реагентных» систем водоочистки применяются специальные реагенты, что влечет за собой новые расходы.

При покупке важно учитывать еще один фактор, влияющий на эффективность применяемого в процессе фильтрации материала, – это характер среды и условия ее применения. Значение имеет не только количество удаляемых с помощью применяемой загрузки загрязнений, но также концентрация и характер примесей, которые данный вид фильтрующего материала для воды не выводит.

Например, выбирая фильтрующий материал для обезжелезивания воды, кроме железа или марганца, также важно учитывать такие показатели, как уровень PH, перманганатную окисляемость, содержание сероводорода, наличие нефтепродуктов и т. д. Отдавая предпочтение ионообменным смолам для умягчения жидкости, стоит обратить внимание на такие величины, как мутность, минерализация, содержание полифосфатов и т. д.