ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2009 года по МПК B01D39/08 

Изобретение относится к очистке жидкостей и газов от твердых частиц тяжелых металлов и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, автомобильной и других отраслях промышленности, использующих фильтры в основном и вспомогательном производстве, в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов, при разливе нефти из танкеров, нефтепроводов и нефтехранилищ, а также для сбора нефтепродуктов с поверхности воды и очистки промышленных стоков от частиц тяжелых металлов.

Известны фильтровальные материалы из полимерных нитей в виде вязаного трикотажа, петли которого образуют сквозные поры переплетением ластик 1+1, в котором одна из нитей эластомерная, а между петлями лицевой и изнаночной сторон расположено не менее двух уточных нитей, при этом толщина уточной нити в 1,1-1,3 раза больше диаметра сквозной поры.

(Патент России № 1438826, В01D 39/08, Б.И. № 43, 1988 г.).

Однако такие фильтровальные материалы не обеспечивают необходимой степени очистки и имеют недостаточную степень поглощения нефтепродуктов с поверхности воды, не очищают от частиц тяжелых металлов и в процессе эксплуатации при давлении движущейся жидкости быстро выходят из строя.

Известно средство для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов, содержащее пласт из пористого сорбента в виде двухслойной пластины, состоящей из слоя пористого материала на основе композиции из резиновой крошки размером от 0,2 до 2,5 мм и порошкообразного полиэтилена при соотношении массовых частей: резиновая крошка 100, полиэтилен 5-20, и полиэтиленовой пленки, соединенной с пористым материалом при нагреве.

(Свидетельство на полезную модель № 6165 РФ, МПК 6 В32 в 25/00 БПМ, 1998, № 3).

Однако недостатком такого средства является невысокая степень поглощения нефти и нефтепродуктов, не очищают промышленные сточные воды от частиц тяжелых металлов, а также сложность изготовления конструкции.

Известно средство для очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов в виде пластины на основе композиции из резиновой крошки и порошкообразного полиэтилена, композиция дополнительно содержит измельченный волокнистый целлюлозный материал при следующем соотношении компонентов (мас.ч.): резиновая крошка 100, полиэтилен 15-25, измельченный волокнистый целлюлозный материал 10-30.

(Патент России № 2148025, С02F 1/28, Б.И. № 12, 2000 г.).

Недостатком такого средства является сложность изготовления, недостаточная степень поглощения, не очищают от частиц тяжелых металлов, большая трудоемкость при сборе сорбента с поверхности воды.

Известен фильтровальный материал, состоящий из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа, причем внутри трубчатого трикотажа размещена резиновая крошка размером 0,4-0,75 мм, а трикотаж выполнен из полимерных нитей, одна из которых эластомерная, причем петли из эластомерной нити образуют внутри фильтровального материала упругий каркас, а размер пор трубчатого трикотажа в 1,2-1,5 раза меньше размеров крошки.

(Патент России № 2288024, В01D 39/08, Б.И. № 27, 2003 г.).

Однако такие фильтровальные материалы имеют низкое качество фильтрования в процессе очистки жидкостей и газов, не очищают от частиц тяжелых металлов.

Наиболее близким фильтровальным материалом к заявляемому объекту по совокупности признаков и выбранному за прототип является фильтровальный материал, состоящий из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа с размещенной внутри резиновой крошкой размером 1,2-2,6 мм и каменной крошкой размером 3,2-4,5 мм, а трикотаж содержит дополнительные уточные нити, диаметр которых больше размера резиновой крошки в 0,5-1,2 раза, причем объемное соотношение между резиновой и каменной крошкой составляет 3:1.

(Патент России № 2198717, В01D 39/08, D04В 1/14, Б.И. № 5, 2003 г.).

Однако такие фильтровальные материалы имеют низкое качество фильтрования в процессе очистки жидкостей и газов, не очищают от частиц тяжелых металлов, а также не выдерживают давление жидкости.

Задачей изобретения является создание нового фильтровального материала, обладающего способностью фильтрования жидкостей, очистки воды от нефтепродуктов под давлением, а также очистки сточных промышленных вод от частиц тяжелых металлов, например ртути.

При использовании предлагаемого фильтровального материала получают следующий технический результат: увеличение качества фильтрования в процессе очистки жидкостей, а также улучшение степени очистки от нефтепродуктов ливневых и промышленных стоков и от частиц тяжелых металлов, например ртути.

Поставленный технический результат достигается тем, что в фильтровальном материале, состоящем из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа с размещенной внутри резиновой крошкой, используют резиновую крошку размером 1,5-3,2 мм предварительно обработанную в течение 1-5 ч озоно-воздушной смесью, с содержанием озона 1-35 мг/л, при этом внутри трубчатого трикотажа дополнительно размещена эбонитовая крошка размером 2,8-4,0 мм, а размеры изнаночных петель в 0,8-1,4 раза меньше лицевых петель трикотажа, причем объемное соотношение между резиновой и эбонитовой крошкой составляет 5:1.

Выполнение фильтровального материала в виде трубчатого трикотажа позволяет получить равномерную фильтровальную поверхность без швов, что улучшает качество фильтраций и позволяет создать оболочку для удержания резиновой и эбонитовой крошки. Кроме того, пористая структура трикотажа обеспечивает капиллярный эффект при сборе нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов в промышленных стоках.

Использование синтетических нитей при изготовлении трубчатого трикотажа позволяет эксплуатировать его как в водной, так и в агрессивной среде.

Наличие резиновой крошки внутри трубчатого фильтровального материала позволяет удерживать нефтепродукты внутри структуры путем набухания резиновой крошки. При набухании резиновая крошка, увеличиваясь в размерах, растягивает трикотажное полотно как в продольном, так и в поперечном направлениях, и тем самым дополнительно увеличивает поры трикотажа. Это способствует увеличению степени поглощения фильтровального материала.

Предварительная обработка резиновой крошки озоно-воздушной смесью позволяет производить очистку фильтруемой жидкости за счет увеличения количества функциональных групп на поверхности резиновой крошки, что позволяет повысить качество фильтрования.

Предварительная обработка озоно-воздушной смесью резиновой крошки менее 1 часа не обеспечивает достаточного количество функциональных групп на поверхности резиновой крошки, что ухудшает качество фильтрования.

Предварительная обработка озоно-воздушной смесью резиновой крошки более 5 часов не увеличивает количество функциональных групп на поверхности резиновой крошки, что ухудшает качество фильтрования.

Предварительная обработка озоно-воздушной смесью резиновой крошки с содержанием озона менее 1 мг/л не обеспечивает достаточного количества функциональных групп на поверхности резиновой крошки, что ухудшает качество фильтрования.

Предварительная обработка озоно-воздушной смесью резиновой крошки с содержанием озона более 35 мг/л не увеличивает количество функциональных групп на поверхности крошки, что ухудшает качество фильтрования.

Использование крошки размером менее 1,5 мм приводит к проскоку резиновой крошки через петли трикотажного полотна, а при попадании в движущийся поток жидкости она вымывается, что ухудшает качество фильтрации, а также уменьшает количество крошки, что снижает поглощение нефтепродуктов с поверхности воды.

Использование резиновой крошки размером более 3,2 мм ухудшает качество фильтрации, так как при очистке воды от нефтепродуктов происходит очень медленное набухание крошки, что снижает качество очистки.

Использование эбонитовой крошки позволяет улавливать частицы тяжелых металлов при давлении движущейся жидкости сточных вод, а также не позволяет резиновой крошке агломерироваться, т.е. не сбиваться в единую массу, а оставаться сыпучей, за счет чего не уменьшается сорбционная емкость.

Использование эбонитовой крошки размером более 4,0 мм приводит к усложнению конструкции фильтровального материала, что снижает качество очистки воды от частиц тяжелых металлов

Использование эбонитовой крошки размером менее 2,8 мм приводит к уменьшению проницаемости фильтровального материала, что снижает качество очистки воды от нефтепродуктов и частиц твердых металлов.

Использование размера изнаночных петель трикотажного фильтровального материала больше в 1,4 раза размера лицевых петель ухудшает степень очистки и уменьшает производительность процесса фильтрации.

Использование размера изнаночных петель трикотажного фильтровального материала меньше в 0,8 раза лицевых петель ухудшает степень очистки за счет забивки внутренних пор твердыми частицами, что вызывает необходимость частой регенерации фильтровального материала.

Увеличение объемного соотношения между резиновой и эбонитовой крошкой более 5:1 усложняет конструкцию фильтровального материала, так как в движущемся потоке воды эбонитовая крошка не обеспечивает устойчивость.

Уменьшение объемного соотношения между резиновой и эбонитовой крошкой менее 5:1 ухудшает качество фильтрации.

На чертеже представлен фильтровальный материал в виде трубчатого трикотажа 1, резиновой крошки 2 и эбонитовой крошки 3.

Фильтровальный материал в виде трубчатого трикотажа изготавливается на двухфонтурной круглотрикотажной машине 14-28 класса путем провязывания синтетических нитей при натяжении 3,2-4,4 Н и глубине кулирования в цилиндре 3,2 мм, обеспечивающем получение лицевых петель и риппшайбе при глубине кулирования 1,8 мм, обеспечивающей получение изнаночных петель. Во внутрь готового фильтровального материала засыпают резиновую и эбонитовую крошки в объемном соотношении 5÷1, а затем края трубчатого трикотажа закрепляют при помощи хомутов. Резиновую крошку перед засыпкой предварительно обрабатывают озонированием озоно-воздушной смесью или используют резиновую крошку, полученную при озонном измельчении автомобильных шин. Размеры резиновой и эбонитовой крошек получали путем просеивания их через сито, имеющего различные отверстия. Готовый фильтровальный материал устанавливают в фильтрующий раствор промышленной жидкости. При очистке фильтруемой жидкости, на поверхности резиновой и эбонитовой крошки осаждаются ионы тяжелых металлов. При наличии в фильтровальной жидкости отходов нефтепродуктов происходит очистка за счет набухания резиновой крошки. После очистки промышленной жидкости фильтровальный материал вынимается, отжимается и подается на обновление. При насыщении фильтровального материала ионами тяжелых металлов он подается на электролиз, где происходит его восстановление.

Для наглядности приведена таблица испытаний фильтровального материала в сравнении с прототипом.

Пример 1.

Процесс фильтрования производился с использованием фильтровального материала с резиновой крошкой, предварительно обработанной в течение 1 часа озоно-воздушной смесью, с содержанием озона 1 мг/л размером 1,5 мм и эбонитовой крошки размером 2,8 мм и при размерах внутренней стороны трикотажа в 0,8 раз меньше размеров петель внешней стороны трикотажа, при объемном соотношении резиновой и эбонитовой крошки 2:1.

Пример 2.

Процесс фильтрования производился с использованием фильтровального материала с резиновой крошкой, предварительно обработанной в течение 5 часов озоно-воздушной смесью, с содержанием озона 35 мг/л размером 3,2 мм и эбонитовой крошки размером 4,0 мм, и при размерах внутренней стороны трикотажа в 1,4 раза меньше размеров петель внешней стороны трикотажа при объемном соотношении резиновой и эбонитовой крошки 5:1.

Пример 3.

Процесс фильтрования производился с использованием фильтровального материала с резиновой крошкой, предварительно обработанной в течение 3 часов озоно-воздушной смесью, с содержанием озона 20 мг/л, размером 2,4 мм и эбонитовой крошки размером 3,2 мм, и при размерах внутренней стороны трикотажа в 1,0 раза меньше размеров петель внешней стороны трикотажа при объемном соотношении резиновой и эбонитовой крошки 3:1.

Размер резиновой и эбонитовой крошек устанавливался экспериментальным путем, путем определения наибольшего среднего размера крошки на электронном микроскопе ЭМ-9.

Процесс фильтрации осуществлялся для 5,0% суспензии с наличием от 10-22% нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов сточных вод ремонтного цеха автопредприятия. Размер частиц изменялся от 8-100 мкм. при перепаде давления 2-3,5 атм и при скорости фильтруемого потока 5,0-7,2 м/с. Для определения степени поглощения нефтепродуктов и частиц тяжелых металлов, фильтровальный материал помещали в движущийся слой жидкой фракции и выдерживали в течение 30 мин, а затем взвешивали сначала резиновую крошку, а затем эбонитовую.

Таблица Удельная производительность, л/м²минСтепень очистки суспензии, %Степень поглощения нефтепродукта, %СОЕ, мг-экв./ГСорбционная емкость на Hg⁺, мг.экв./гФильтровальный материал, выполненный по прототипу18,372761,30,8Фильтровальный материал по примеру 128,276852,10,97Фильтровальный материал по примеру 236,484972,70,85Фильтровальный материал по примеру 340,8881083,11,2

Из данных таблицы видно, что удельная производительность процесса фильтрования незначительно возрастает, улучшается качество фильтрования и степень поглощения нефтепродуктов за счет набухания резиновой крошки.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, может быть использовано в химической, нефтехимической, машиностроительной, автомобильной и других отраслях промышленности, использующих фильтровальные материалы в экологических процессах очистки сточных вод и промышленных газов, а также для сбора нефтепродуктов;

для заявленного изобретения, в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Изобретение относится к области фильтрующих материалов для очистки жидкостей и газов от твердых частиц тяжелых металлов и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, автомобильной и других отраслях промышленности. Материал состоит из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа с размещенной внутри резиновой крошкой с размером 1,5-3,2 мм, предварительно обработанной озоно-воздушной смесью, при этом внутри трубчатого трикотажа дополнительно размещена эбонитовая крошка размером 2,8-4,0 мм, причем объемное соотношение между резиновой и эбонитовой крошкой составляет 5:1. Техническим результатом является повышение качества материала и повышение степени очистки от нефтепродуктов ливневых и промышленных стоков и от частиц тяжелых металлов при использовании данного материала. 1 ил., 1 табл.

Фильтровальный материал, состоящий из синтетических нитей в виде трубчатого трикотажа с размещенной внутри резиновой крошкой, отличающийся тем, что используют резиновую крошку размером 1,5-3,2 мм, предварительно обработанную в течение 1-5 ч озоновоздушной смесью, с содержанием озона 1-35 мг/л, при этом внутри трубчатого трикотажа дополнительно размещена эбонитовая крошка размером 2,8-4,0 мм, а размеры изнаночных петель в 0,8-1,4 раза меньше лицевых петель трикотажа, причем объемное соотношение между резиновой и эбонитовой крошкой составляет 5:1.