ТКАНЫЙ ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК D03D1/00 D03D15/00 B01D39/08 

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к техническим тканым изделиям, и может быть использовано в системах очистки сточных вод путем их деградации бактериальными культурами, засеянными на тканый материал.

Известен фильтровальный материал, используемый в системах очистки сточных вод путем их биодеградации [1] Этот материал выполнен в виде пористого трубчатого материала, во внутреннюю полость которого закладывают сухую бактериальную культуру, после чего опускают в поток сточных вод и осуществляют их биодеградацию.

Недостатком этого материала является то, что после проникновения через перегородку бактерии не задерживаются на его внешней поверхности и уносятся потоком сточных вод, что вызывает большой расход бактериальной культуры. Кроме того, в процессе эксплуатации происходит забивание пор материала с внешней стороны частицами, содержащимися в сточных водах, что в свою очередь препятствует прохождению бактерий через поры, и, следовательно, со временем снижается эффективность очистки.

Наиболее близким к предлагаемому материалу является фильтровальный материал, используемый при очистке сточных вод, содержащий основание из переплетенных между собой основных и уточных нитей с образованием ячеек и ворсовые элементы, присоединенные одним концом к нитям, образующим ячейки.

Однако и этот материал не может быть эффективно использован при биологической очистке потока сточных вод. Это связано с тем, что его структура выполнена таким образом, чтобы при одном направлении потока (рабочем) он обладал максимальным сопротивлением потоку за счет перекрытия ячеек ворсинками, а при обратном потоке (при регенерации) сопротивление потоку было минимальным. При использовании этого материала в потоке сточных вод, имеющего направление, совпадающее с направлением регенерации, и высаживании на ворсинки бактериальных культур эффективность очистки также мала. Это связано с тем, что сопротивление, оказываемое материалом потоку сточных вод, уменьшается, а скорость потока при этом возрастает, что в свою очередь уменьшает время контакта сточных вод с бактериями, высаженными на ворсинках, и, следовательно, снижается эффективность очистки. Кроме того, так как состав материала должен выбираться из условия минимального сцепления поверхности с посторонними частицами, то бактерии будут слабо удерживаться на ворсинках и уноситься вместе с потоком, что вызывает большой расход бактериальной культуры и со временем снижается эффективность очистки из-за уменьшения количества бактерий на ворсинках.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод при применении для их деградации бактериальных культур и возможность создания малогабаритных, экономичных высокоэффективных очистных сооружений.

Цель достигается тем, что основание материала дополнительно содержит полосы из основных нитей, чередующиеся с ограничивающими ячейки в продольном направлении материала полосами из переплетенных между собой основных и уточных нитей, шириной 3-10 см и плотностью основных и уточных нитей соответственно 20-200 и 40-200 нитей/дм, при этом ячейки с ворсом расположены в зоне полос из основных нитей и образованы за счет перерезанных внутри каждой ячейки основных нитей, причем ячейки разделены между собой в поперечном направлении материала полосами из основных нитей шириной 2-6 см, при этом в продольном направлении соотношение ширины полос, ограничивающих ячейки, к соответствующему размеру ячейки составляет 1:4-1:8, а соответствующее соотношение в поперечном направлении не менее 1:10. Основные нити представляют собой объемные текстурированные нити линейной плотности 100-500 текс, а уточные нити представляют собой крученую или одиночную пряжу из химических волокон линейной плотности 25-250 текс.

Структура материала, где ячейки в продольном направлении ограничены ткаными поперечными полосками с полотняным и комбинированным переплетением, в которых одним концом закреплены ворсовые элементы, выполненные из материала, обладающего хорошим сцеплением с бактериальной культурой, обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод при экономичном расходе бактериальной культуры.

Это обеспечивается за счет того, что потоку сточных вод, проходящему через фильтрующий элемент, с установленным в нем с определенным натягом материалом полоски, ограничивающие ячейки оказывают большое сопротивление, при этом нарушается ламинарное течение потока, и оно на периферии полоски переходит в турбулентное. При этом происходит кольцевое омывание свободных основных нитей, закрепленных одним концом в полоске, и на которые засеяна бактериальная культура. Так как скорость потока в указанной зоне снижается и кроме того происходит многократное омывание свободных основных нитей с бактериальной культурой, то это резко повышает эффективность очистки. При этом также улучшаются условия подачи кислорода к бактериальным культурам, что является одним из основных требований, обеспечивающих эффективность очистки сточных вод. Кроме того, снижение скорости потока в период прохождения им фильтрующего элемента улучшает условия сцепления бактериальной культурой основных нитей; этому же способствует выполнение основных нитей из материала с хорошей сцепляемостью с бактериальной культурой.

Формирование плетеной полоски определенной ширины из уточных нитей линейной плотности 25-250 текс при их плотности 40-200 нитей/дм и основных нитей линейной плотности 100-500 текс с плотностью 20-200 нитей/дм обеспечивает требуемую прочность материала при оказании им сопротивления потоку сточных вод, и причем, при увеличении гидравлической нагрузки прочность должна быть повышена, так как в противном случае ткань, натянутая на рамку фильтровального элемента, будет сильно колебаться, что вызовет колебания основных нитей, закрепленных одним концом в полоске, а это может привести к отделению высаженных на них бактерий.

Выбор различных соотношений ширины полоски, ограничивающих контур в продольном направлении, к размеру ячейки обусловлен достижением наибольшей эффективности использования бактериальных культур за счет создания турбулентного потока сточных вод вокруг свободных основных нитей при реализации заданной гидравлической нагрузки на фильтровальный элемент. При малой гидравлической нагрузке это соотношение выбирается минимальным, оно возрастает с ее увеличением и достигает определенной величины, ограниченной механической прочностью полоски и условием обязательного омывания свободных основных нитей потоком сточных вод. При установке в рамку фильтровального элемента материала с ячейками, образованными из поперечных и продольных полосок, образуется единая каркасная конструкция, связанная в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что придает ей высокую механическую прочность. Плотность основных нитей в ткани 20-200 нитей/дм, кроме придания механической прочности, обеспечивает необходимую степень очистки сточных вод при определенной гидравлической нагрузке. Использование объемных текстурированных нитей в качестве основных, в том числе и тех, на которые засевается бактериальная культура, обуславливает надежное удерживание бактерий на поверхности. Изготовление основных и уточных нитей из синтетических водостойких волокон обеспечивает длительную эксплуатацию ткани в водной среде, а малая усадка этих нитей позволяет сохранить начальное натяжение ткани при установке ее в фильтровальный элемент.

На фиг.1 изображен участок материала с обозначением отдельных элементов ткани, где a ширина тканой полоски, b -размер ячейки в продольном направлении, c ширина полоски основных нитей, d размер ячейки в поперечном направлении, l и к размеры участка основных нитей от края полоски до линии разреза при формировании ворсовых элементов (приведен пример, когда l=k); на фиг.2 отрезок материала, когда разрезание основных нитей осуществлено по всей ширине материала, причем разрезка велась не на одинаковом расстоянии от края полосок и в результате l≠k (обозначения те же, что и на фиг.1); на фиг.3 биофильтр, установленный в потоке сточных вод, с указанием векторов скоростей потока сточных вод в разных зонах, в том числе в зоне установки фильтровальной ткани в рамке биофильтра, поперечный разрез.

Пример 1. На бесчелночном ткацком станке типа СТБ4-175 вырабатывалась фильтровальная ткань с полотняным и комбинированным переплетением с пропуском уточных нитей на заданном расстоянии. В качестве основных нитей брали объемную текстурированную нить из полиамидных волокон линейной плотности 100 текс, в качестве уточных нитей использовалась одиночная полиамидная нить линейной плотности 175 текс; плотность ткани по утку 120 нитей/дм, плотность по основе 110 нитей/дм, ширина полоски с переплетением уточных и основных нитей a=7, ширина участка, где уточные нити отсутствуют, b=28 см при соотношении a: b= 1: 4. В выработанной ткани в середине между плетеными полосками основные нити перерезались на четыре участка с оставлением между ними полосок из основных нитей шириной c=2 см; при соотношении c:d=1:20, длина каждого из 4-х разрезанных участков d=40 см.

Пример 2. Ткань, аналогичная примеру 1, вырабатывалась на том же станке. Отличие состоит в том, что в качестве материала для основных нитей линейной плотности 300 текс взяты полиэфирные волокна, уточные нити линейной плотности 175 текс могут быть в виде крученой пряжи из полиэфирных волокон. После изготовления ткани по геометрическим параметрам примера 1 основные нити в промежутках между плетеными полосками разрезались по всей ширине без пропусков на расстоянии 10 см от края полоски с образованием полосок со свободными с внешней стороны основными нитями длиной 10 и 18 см по разным сторонам плетеной полоски.

Пример 3. Ткань изготавливалась на обесчелночном ткацком станке СТБ4-175 аналогично примерам 1 и 2. Отличие состоит в том, что применяется основная нить линейной плотности 5000 текс из пропиленовых волокон, уточные нити изготовлялись из тех же волокон линейной плотности 250 текс. Плотность ткани по утку равнялась 40 нитей/дм, по основе 20 нитей/дм, ширина плетеной полоски a= 10 см. Расстояние между плетеными полосками b при соотношении a:b=1:8 b= 80. После снятия со станка ткань посредине между плетеными полосками перерезалась на двух участках с оставлением между ними полоски из основных нитей шириной с=6 см. При соотношении c=d=1:10 длина разрезанных участков d=60 см.

В табл. 1 и 2 приведены варианты выполнения предлагаемой фильтровальной ткани в зависимости от различных гидравлических нагрузок на биофильтр. Гидравлические нагрузки, соответствующие слабо, средне и высоконагруженным биофильтрам, создавались за счет изменения величины потока сточных вод в пределах от 50 до 2000 м³/сут с разбивкой этого интервала на три равных соответствующих диапазона. При этом в качестве критерия оценки принималась эффективность очистки исходя из условия ее допустимого снижения не ниже 75% достаточного для эффективной доочистки сточных вод до выходных нормативных значений. При определении параметров ткани по табл. 1 линейная плотность основных нитей равнялась 300 текс, ширина полоски основных нитей с=4 см, плотность ткани по основе 110 нитей/дм, отношение ширины полоски из основных нитей к размеру ячейки в поперечном направлении (c=d) для слабонагруженных фильтров составляла 1:20, для средненагруженных 1:15, для высоконагруженных составляет 1:10.

При определении параметров ткани по табл. 2 линейная плотность уточных нитей равнялась 175 текс, ширина плетеной полоски а=7 см, плотность ткани по утку равнялась 120 нитей/дм; отношение ширины плетеной полоски к размеру ячейки в продольном направлении a:b для слабонагруженных фильтров составляло 1:4, для средненагруженных 156, для высоконагруженных 1:8.

Из табл. 1 и 2 видно, что в зависимости от гидравлической нагрузки на биофильтр линейную плотность основных нитей следует выбирать в пределах 100-500 текс, уточных 25-250 текс, плотность ткани по утку должна быть 40-200 нитей/дм, по основе 20-200 нитей/дм. Ширина плетеной полоски лежит в пределах 3-10 см, ширина полоски из основных нитей с=2-6 см. Отношение ширины плетеной полоски к размеру ячейки в продольном направлении a:b должна лежать от 1:4 до 1:8. Отношение ширины полоски из основных нитей к размеру ячейки в поперечном направлении должна лежать не менее c=d=1:10, причем, как видно из табл. 2, для слабонагруженных фильтров увеличение отношения более чем 1:20 не дает снижения степени очистки, выходящее за пределы допустимых, следовательно, в этом случае ткань можно разрезать по всей ширине и использовать в виде отдельных полосок. В этом случае также образуются ячейки, размеры которых в продольном направлении ограничены полосками из переплетенных основных и уточных нитей, а в поперечном направлении боковыми стенками фильтра.

Таким образом, использование предлагаемого материала позволит создать малогабаритные, экономичные, высокоэффективные по степени очистки сточных вод очистные сооружения (модули блочного типа и экологически чистые замкнутые системы в жилищном строительстве). Материал может быть использован и по другому назначению, например, при разведении рыб.

Использование: в системах очистки сточных вод путем их деградации бактериальными культурами, засеянными на предлагаемый материал. Цель - повышение эффективности очистки сточных вод и возможности создания малогабаритных экономичных, высокоэффективных очистных сооружений. Сущность изобретения: тканый фильтровальный материал содержит основание из переплетенных между собой основных и уточных нитей, образующих ячейки. К нитям, образующим ячейки, присоединены одним концом ворсовые элементы. Внутренний контур ячеек в продольном направлении ограничен полосками шириной 3-10 см, сформированными из переплетенных между собой основных нитей с плотностью 20-200 н/дм и уточных нитей с плотностью 40-200 н/дм. В поперечном направлении контур ячеек ограничен полосками из основных нитей шириной 2-6 см. Ворсовые элементы сформированы из перерезанных на заданном расстоянии основных нитей, расположенных внутри контура ячейки. Соотношение ширины полосок, ограничивающих контур ячейки, к размеру ячейки в продольном направлении составляет от 1:4 - 1:8, а в поперечном - не менее 1:10. Ворсовые элементы могут быть сформированы из основных нитей, перерезанных между полосками на заданном расстоянии непрерывно по всей ширине материала; в качестве основных нитей использована объемная текстурированная нить линейной плотности 100-500 текс, в качестве уточных нитей использована крученая или одиночная пряжа линейной плотности 25-250 текс из химических волокон. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Тканый фильтровальный материал для очистки сточных вод, содержащий основание из переплетенных между собой основных и уточных нитей с образованием ячеек и ворсовые элементы, присоединенные одним концом к нитям, образующим ячейки, отличающийся тем, что основание дополнительно содержит полосы из основных нитей, чередующиеся с ограничивающими ячейки в продольном направлении материала полосами из переплетенных между собой основных и уточных нитей, шириной 3 10 см и плотностью основных и уточных нитей соответственно 20 200 нитей/дм и 40 200 нитей/дм, при этом ячейки с ворсом расположены в зоне полос из основных нитей и образованы за счет перерезанных внутри каждой ячейки основных нитей, причем ячейки разделены между собой в поперечном направлении материала полосами из основных нитей шириной 2 6 см, при этом в продольном направлении соотношение ширины полос, ограничивающих ячейки, и соответствующего размера ячейки составляет 1 4 8, а соответствующее соотношение в поперечном направлении не менее 1 10. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что основные нити представляют собой объемные текстурированные нити линейной плотности 100 500 текс, а уточные нити представляют собой крученую или одиночную пряжу из химических волокон линейной плотности 25 250 текс.