Сорбционный фильтр

Адсорбционный фильтр - что это такое? Чтобы дать ему определение, нужно понять принцип работы. Адсорбцией называют процесс, являющийся частным случаем сорбции. Под этим термином понимается повышение концентрации растворённого вещества в поверхностной зоне раздела двух разных фаз. Первая такая фаза, называемая твёрдой, - это жидкость. Вторая же конденсированная, являющаяся газом. Процесс протекает благодаря тому, что силы межмолекулярных взаимодействий в участке раздела фаз нескомпенсированы.

Сорбция воды или иного вещества - это процесс, при котором жидкости либо твёрдые тела поглощают частицы, находящиеся в окружающей среде. Компоненты, которые поглощаются, называются сорбтивами или сорбатами. А поглощающее тело либо жидкость именуется сорбентом.

Помимо адсорбции, при которой загрязнители поглощаются поверхностным слоем сорбента или концентрируются в зоне поверхности разделения двух фаз, есть и ещё один тип сорбции. Это абсорбция, при которой поглощение происходит объёмным способом, то есть по всему общему объёму поглотителя.

Адсорбция (поверхностное поглощение) бывает химической и физической. В первом случае процессы обусловливаются реакциями, в которые вступают сорбаты, то есть загрязнители, и сорбенты. Адсорбция физическая объясняется независящими от природы веществ, то есть являющимися неспецифическими силами межмолекулярных энергетических взаимодействий.

Такие соединения задерживаются на поверхности сорбента, а потом в ходе обратных или прямых промывок отправляются в дренаж, в канализацию.

Промышленный сорбционный блок обычно состоит из следующих частей:

• Корпус. Это резервуар, имеющий цилиндрическую форму. Изготовлен он может быть из полимерного материала (прочного пластика) либо металла - нержавеющей стали.
• Загрузка. Это сорбент, который может укладываться на гравийную нижнюю подложку.
• Система труб. Одна подводится к модулю станции для поступления загрязнённой жидкости, вторая располагается на выходе для подачи уже очищенной воды. Отдельно предусматривается труба для промывок, разрыхления сорбента.
• Клапаны. Они регулируют напор потока с учётом параметров системы. Могут устанавливаться механические запорные детали или оснащаемые датчиками клапаны, работа которых осуществляется в автоматическом режиме.
• Дополнительные элементы системы очистки, например, блок управления станцией, распределительный центральный стояк, насос.

Бытовой сорбционный блок может оснащаться сменным картриджем для более простых замен засыпки. Такой элемент устанавливается в корпусе, снабжается резьбой для фиксации.

Процесс очистки такой:

1. Жидкость поступает в модуль с загрузкой. Сорбционный фильтр для очистки сточных вод обычно подключен к жироуловителю, маслобензоотделителю или пескоуловителю - такое оборудование предварительно очищает поток от примесей крупных фракций.
2. Вода проходит через сорбционный блок, заполненный сорбентом. Тут осуществляется поглощение примесей.
3. Очищенная жидкость через выводящий патрубок поступает в зону подачи. Если это бытовой сорбционный блок, то вода выходит из крана.
4. По мере заполнения адсорбента поглощёнными примесями выполняются обратные либо прямые промывки. Через отдельную трубу поступает вода, которая очищает весь слой засыпки, а также рыхлит её. Далее эта жидкость направляется в канализацию.

Фильтры сорбционные хорошо справляются с разными загрязнениями в воде, такими как:

• органические вещества, например, фрагменты растений, ил;
• масла;
• нефтепродукты (удаляется порядка 98-100% продуктов нефтепереработки, в зависимости от степени осуществляемой сорбционной очистки);
• металлы, включая тяжёлые: алюминий, хром, кадмий, железо, никель, стронций, медь и другие;
• аммиак;
• фенолы;
• фтор;
• сульфаты;
• некоторые микроорганизмы, например, бактерии;
• нитраты;
• пестициды;
• ПАВ (поверхностно-активные вещества);
• карбонаты;
• гуминовые вещества;
• хлор;
• гербициды;
• фосфор;
• оксилаты;
• ядовитые вещества типа мышьяка;
• спирты;
• механические мельчайшие примеси и взвешенные вещества типа фрагментов мелкого песка, золы, глины, пищевых остатков.

Сорбционная очистка воды решает несколько задач: улучшает органолептические и физико-химические свойства фильтруемой жидкости, повышает её качество, убирает неприятные запахи и мутность, обеспечивает осветление и устранение постороннего оттенка при присутствии красителей, улучшает вкус (при питьевой водоподготовке), позволяет добиваться полного или частичного обеззараживания.

Полезная информация! Одной из главных особенностей сорбционной очистки является селективность. Это значит, что станция может работать избирательно, с удалением определённых элементов исходного состава воды.

Сорбционная очистка воды используется в разных областях, например:

• В промышленности. Сорбция воды часто применяется на химических, фармацевтических, пищевых, добывающих, текстильных, металлургических и других предприятиях для подготовки жидкости к дальнейшему использованию в технологических, производственных процессах.
• В коммунальном хозяйстве, обслуживании городских сетей водоснабжения. Сорбционная очистка сточных вод применяется в крупных масштабах для удаления из них бытовых, промышленных и прочих отходов. Очищенные таким методом стоки могут использоваться для производственных процессов, сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых нужд. Часто сорбционная очистка сточных вод осуществляется для их дальнейшего сброса в грунт или водоёмы.
• В обслуживании автомобилей. Фильтры сорбционные часто устанавливаются в автосервисах, на СТО, автозаправках, автомойках, пунктах шиномонтажа.
• В нефтедобывающей отрасли. Сорбционная очистка воды подходит для удаления продуктов нефтепереработки, которые другими способами устраняются неэффективно.
• В энергетике. Сорбционная очистка воды применяется на ТЭС, ГЭС, АЭС и других электрических станциях. По такой технологии эффективно очищаются технические жидкости, теплоносители.
• В защите окружающей среды. Сорбционная очистка сточных вод и ливневых позволяет поддерживать в нормальном состоянии водоёмы, защищать экологию и природу от вредных, опасных загрязнителей.

Даже при хорошей поглощающей способности сорбент для очистки сточных вод или иных удаляет лишь определённое количество загрязнений. Максимальная их исходная концентрация не должна превышать предельную, заявленную производителем для конкретной загрузки фильтра.

Обычно сорбционные фильтры используются в многоступенчатых очистных системах для доочистки воды после её механической первичной обработки или же в качестве ступени предварительной подготовки с дальнейшей более тонкой фильтрацией. При невысоком содержании загрязнений возможно и самостоятельное применение, в том числе для питьевой водоочистки.

Важно знать! Использование сорбционного типа фильтров оправдано и целесообразно, когда концентрация примесей в воде приближена к верхнему допустимому пределу, а сорбент при умеренном расходе хорошо поглощает вещества.

По напору потока очищаемой воды сорбционные фильтры делятся на два типа:

• Безнапорные. Их производительность невысока. Вода через засыпку проходит за счёт давления, имеющегося в трубопроводе.
• Напорные станции. В их конструкции присутствует дополнительное насосное оборудование, создающее давление воды для её хода по направлению снизу вверх для наиболее эффективного распределения жидкости по всей рабочей площади фильтрующего материала, для полноценного прохождения потока через все слои загрузки. Напорный фильтр, как правило, имеет крупные габариты, поэтому данный тип больше подходит для промышленного использования.

По ходу процесса фильтрации сорбционное оборудование подразделяется на два типа:

• Периодическое. В таком оборудовании процесс сорбции происходит с перерывами на обязательные промывки. Сорбционный блок единственный, поэтому при промывании его наполнителя очистка на некоторое время прерывается, потом запускается.
• Непрерывное, оно же постоянное. Такое оборудование - система с несколькими сорбционными блоками, промываемыми в разное время для непрерывности процесса.

По состоянию, в котором пребывает сорбирующий материал, фильтры делятся на виды:

• Неподвижные. В таких системах сорбент находится в статичном состоянии. Этот вариант подходит для безопасных жидкостей с малыми и средними концентрациями загрязнений. Вода проходит через материал со скоростью от 1 метра в час до 6.
• Подвижные, они же псевдоожиженные или движущиеся. Это оптимальный вариант для очень сильно загрязнённых стоков. Они проходят с большей скоростью - до 10 метров в час. А адсорбент в системе пребывает во взвешенном состоянии, благодаря чему фильтрация осуществляется быстрее.

По способу установки сорбционный фильтр для очистки сточных вод или другой жидкости может быть вертикальным или горизонтальным. Последний подходит для обработки стоков, может быть смонтирован под землёй. Вертикальные фильтры более компактны, просты в обслуживании, но имеют меньшую производительность, если сравнивать с горизонтальными.

По направлению перемещения фаз сорбционные системы бывают двух видов:

• Прямоточные станции. Они отличаются простой конструкцией, средней производительностью.
• Противоточные. Такие системы устроены гораздо сложнее, но имеют более высокие экономичность и эффективность.

Какими бывают сорбенты для очистки воды? В таких системах используют следующие материалы:

• Активированный уголь: битумный, древесный, каменный, кокосовый, торфяной. Материал может быть гранулированным и мелко измельчённым порошковым. Угольные фильтры для очистки хорошо поглощают различные примеси, осветляют, избавляют от привкусов и неприятных запахов. Засыпка из угля стоит недорого, эффективно справляется с органикой, химическими веществами, механическими загрязнениями.
• Цеолит. Такой материал демонстрирует высокую эффективность при борьбе с разными загрязнителями, например, нефтепродуктами, нитратами, железом, сульфатами, аммиаком, фенолами. Цеолитные загрузки для сорбционных фильтров недорогие, подходят для питьевой водоподготовки в домашних условиях, а также для производств. Для улучшения качеств цеолит при производстве сорбентов нагревается до высоких температур с целью увеличения пористости и, соответственно, поглощающей способности. Для гидрофобности и получения других необходимых свойств материал может дополнительно обрабатываться, например, карбонатом натрия, аминами, хлоридом.
• Минералы, такие как кристобалитовые породы. К ним относят трепелу, диатомит, опоки. Такие материалы с высокой эффективностью очищают стоки, промышленную переработанную воду.
• Макромолекулярные полимерные смолы. Они эффективно и быстро регенерируются, так как имеют незначительную энергию связей. Такие сорбенты внедряются в комплексные системы ионного обмена, используемые для обессоливания или умягчения. Смолы защищают ионообменное оборудование от негативного воздействия фенолов и детергентов, от засоров и поломок.
• Алюмосиликатные материалы. Они удаляют порядка 97-98% нефтепродуктов, радиоактивные элементы, а также тяжёлые металлы типа кадмия, стронция, цинка. Алюмосиликаты совместимы с горячей водой.
• Кварцевый песок. Он экологичный, недорогой, доступный, подходит для быта и промышленности, убирает из состава металлы, пестициды, частично радионуклиды.
• Керамзит. Его часто используют для работ со стоками на водоочистных сооружениях, в промышленных компаниях. Качество очистки практически не зависит от температуры воды. Керамзитовые засыпки для сорбционных фильтров поглощают органические вещества, фтор, растворённые взвешенные мельчайшие частицы, хлор, железо.
• Антрацит. Такой материал часто применяют на электростанциях, подходит он и для промышленных, производственных компаний. Антрацит задерживает механические примеси, масла.
• Шунгит. По поглощающей способности он схож с активированным углём.
• Фиброил. Сорбирующий материал синтетического происхождения, по качеству очистки соответствующий углям. Используется для очистки стоков, жидкостей в нефтеперерабатывающих компаниях. Цена фиброила ниже стоимости угольных засыпок.

Фильтры, применяемые для очистки стоков, внедряются в многоступенчатую систему, состоящую из комплекса очистных сооружений. Сорбционный блок обычно монтируется под землёй, располагается после ступеней предварительной фильтрации с удалением жиров, песка. Обеспечивается доступ к модулю для его обслуживания. Производится подключение ко всем частям системы.

На предприятиях промышленности оборудование находится либо непосредственно в технологической линии, либо в отдельном помещении. На даче, в коттедже или в квартире сорбционный блок может быть установлен под мойкой. Но для этого нужно подобрать компактную модель, которая уместится в зоне монтажа. Если в доме есть техническое помещение, можно поставить мощный и крупногабаритный сорбционный блок там. Подключение к водопроводу производится с помощью фитингов, по инструкции, приложенной к оборудованию компанией-производителем.

Сорбционные фильтры для сточных вод или других имеют свои минусы и плюсы. Начнём с анализа достоинств:

• Универсальность. Возможно очищать жидкости от механических, химических, биологических загрязнителей. Используют сорбционные фильтры для сточных вод, технических, питьевых. Такие устройства подходят для разных источников: скважин в частных домах, водопроводов в квартирах, колодцев и ёмкостей на дачах, стоков на предприятиях.
• Высокая степень очистки, отличный эффект. Из воды удаляются многие загрязняющие вещества.
• Доступная стоимость. Сорбционные блоки различаются по цене, но обычно стоят дешевле систем обратного осмоса, ионного обмена.
• Большой выбор марок, выпускающих оборудование компаний, моделей, а также видов сорбирующих загрузок.
• Относительно несложное обслуживание. Промывки в современных системах осуществляются автоматически, замены загрузок фильтров нечастые, картриджи легко снимать и устанавливать.
• Процесс очистки полностью безопасный, экологичный. В сорбционных системах не используются реагенты.
• Долгий срок службы адсорбирующей загрузки. При регулярных промывках в ходе работы фильтра и при аккуратной эксплуатации засыпка сохраняет свойства до 5-7 лет.

Недостатки:

• Средняя скорость фильтрации. Производительность обычно составляет до 100-150 л³/ч. Но есть мощное сорбционное очистное оборудование, которое выдаёт до 300 литров чистой воды за час.
• Необходимость соблюдения обязательных условий эксплуатации. Первое - это ограничения для максимального содержания примесей. При их большом количестве сорбционный фильтр не так эффективен или совсем прекращает работу. Второй условие - температура воды. Многие сорбенты подходят только для холодной жидкости. Фильтрующих материалов, выдерживающих повышенные температуры воды, мало.
• Возможность удаления не всех примесей. Например, соли магния и кальция, содержащиеся в жёсткой воде, не удаляются. Их можно устранять способом обратного осмоса, ионного обмена.

Результаты работы установки напрямую зависят от вида, характеристик фильтрующего материала. Поглощающая способность используемого сорбента находится под влиянием нескольких факторов:

• Размеры пор. По диаметру или величине эффективного радиуса отверстия в фильтрующем материале подразделяются на три условных типа: макропоры с радиусом больше 100 нм, переходные с радиусным значением в пределах 100-116 нанометров и микропоры с показателем меньше 1,5-2 нм.
• Доступная поверхностная площадь поглощающего материала. Удельная поверхность практически всех сорбентов природного происхождения достаточно небольшая - всего порядка 50-200 квадратных метров на каждый грамм. Из-за этого весьма мала адсорбционная ёмкость. А вот материалы синтетические имеют более высокие показатели - до 2500-3000 м²/г. У активных углей удельная поверхность может достигать 1500 м² на грамм.
• Концентрация удаляемых веществ. Чем она выше, тем медленнее адсорбирующий материал фильтра поглощает загрязнения.
• Энергия связей, устанавливаемых при контакте сорбента с загрязнителями. Иными словами, это родство, схожесть природы строения фильтрующего материала и поглощаемых им веществ. И на такой фактор нередко влияет уровень pH. Например, в кислых средах активные угли адсорбируют лучше, а в щелочных запускается обратный процесс: происходит десорбция, то есть выделение загрязнений из структуры угля.
• Гидродинамические показатели обмена. Прежде всего, это скорость фаз, то есть время, в течение которого жидкая водная фаза контактирует с твёрдой средой (сорбентом, например, углём).

Чтобы выбрать самый оптимальный сорбционный фильтр, который поможет получить чистую воду, при покупке установки необходимо обращать внимание на:

1. Источник. Так, для стоков подойдёт оборудование с впечатляющими ёмкостными, мощностными характеристиками. Вода из скважины или центрального водопровода обычно требует очистки от небольшого количества примесей.
2. Назначение установки. Для очистки стоков с целью их последующего сброса в водоём подойдёт сорбционный фильтр с большой пропускной способностью, с высокой скоростью прохождения потока. А для питьевой воды нужна система, обеспечивающая максимально тонкую фильтрацию. Для таких целей подходят угольные фильтры для очистки.
3. Содержание загрязнений. Чем оно выше, тем более высокими должны быть качество и поглощающая способность сорбента. Для воды относительно чистой подойдёт фильтрующий материал со средними показателями.
4. Объём потребления воды (если фильтр используется для питьевой или бытовой подготовки). Чем он больше, тем выше должна быть производительность системы очистки.
5. Компания-производитель. Изготовителей сегодня много, но важно найти того, кто поставляет продукцию высокого качества. У компании в идеале должен быть официальный сайт, где можно заказать изделия и задать интересующие вопросы консультантам.
6. Цена. Компании, оказывающие услуги изготовления, подбора и установки фильтров для воды, предлагают оборудование различной стоимости - от 3-5 до 300-500 тысяч рублей. Цена зависит от назначения системы, её производительности, автоматизации работы, степени осуществляемой очистки и прочих факторов.

Сорбционные фильтры - популярный метод очистки стоков, а также воды, используемой для питья, бытовых нужд, хозяйства, производств. Такие специальные устройства часто включаются в комплексные системы, но возможна и самостоятельная работа. Если вы планируете купить лучший сорбционный фильтр в Москве, то теперь сможете сделать это грамотно благодаря полезным советам из данной статьи.