сорбционно-фильтрующий материал для очистки промышленных сточных вод

Формула изобретения

Сорбционно-фильтрующий материал для очистки промышленных сточных вод, включающий полиакрилонитрильные волокна и углеродные частицы, отличающийся тем, что содержит в качестве полиакрилонитрильных волокон отходы производства полиакрилонитрильных волокон и в качестве углеродных частиц - отходы производства терморасширенного графита, расположенные слоями в порядке чередования с внешними слоями из отходов полиакрилонитрильного волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полиакрилонитрильное волокно	65-75
термически расширенный графит	25-35

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки промышленных сточных вод. Может использоваться в нефтеперерабатывающей и нефтедобывающей промышленности, на машиностроительных и автомобилестроительных предприятиях, на гальванических производствах, при очистке стоков на автомобильных мойках и станциях технического обслуживания. Может использоваться в качестве загрузки патронного промышленного фильтра.

Известен сорбционно-фильтрующий материал патронного фильтра для очистки воды, выполненный в виде сформированных на пористом каркасе слоев волокнистого полимерного материала с различной плотностью упаковки взаимосвязанных микроволокон в слоях и содержащий сорбирующие частицы в одном из волокнистых слоев, в котором первый по ходу потока очищаемой воды слой имеет плотность упаковки волокон, обеспечивающую задержку частиц с размером 10-20 мкм, второй слой содержит сорбирующие частицы и дополнительно химические реагенты, способные обеспечить перевод соединений двухвалентного железа в соединения трехвалентного железа, их гидролиз и коагуляцию гидролизированных форм, третий слой имеет плотность упаковки волокон, обеспечивающую задержку частиц с размером 5-20 мкм, четвертый слой имеет плотность упаковки волокон, обеспечивающую задержку частиц с размером 1-2 мкм, и пятый слой выполнен в виде волокнистой нетканой подложки, размещенной на пористом каркасе (Патент РФ № 2326715, МПК B01D 39/16, опубл. 20.06.2008, Бюл. № 17).

Недостатком данного материала является недостаточная эффективность очистки воды от нефтепродуктов при обеспечении высокой эффективности очистки от железа.

Известен сорбционно-фильтрующий материал, в состав которого входят компоненты в следующих соотношениях, мас.%: базальтовое волокно 10-20, сферозола 45-50, полипропиленовое волокно - остальное. Фильтрование ведут через чередующиеся слои полипропиленового нетканого волокна, базальтового волокна и сферозолы, при этом внешние слои выполнены из пропиленового волокна (Заявка RU 2005110480, МПК C02F 1/40, опубл. 20.10.2006, Бюл. № 29).

Основным недостатком этого сорбционно-фильтрующего материала является его высокая стоимость.

Известен сорбционно-фильтрующий материал (прототип) - пористый фильтрующий элемент, полученный сжатием исходных компонентов в условиях нагрева, например прессованием, литьем под давлением, методом непрерывной экструзии, методом каландирования, которые могут быть использованы в фильтрах для очистки воды. Фильтрующий материал приготовлен из смеси компонентов (вес.%): активированные углеродные частицы 50-95% (при этом не более 90% активированных углеродных частиц составляют гранулированные частицы, остальные углеродные частицы порошкообразные), ионообменные полиакрилонитрильные волокна 3-30% (средняя длина ионообменных полиакрилонитрильных волокон больше среднего диаметра гранулированных активированных углеродных частиц), полимерное связующее 10-15% (Патент RU 2282494, МПК B01J 20/20, опубл. 27.08.2006, Бюл. № 24).

Недостатком данного материала является многокомпонентность, наличие дорогостоящих компонентов, низкая эффективность очистки воды от нефтепродуктов, невысокая прочность материала. Вместе с тем материал обеспечивает высокую очистку от общего железа.

Задачей предлагаемого нами изобретения является разработка сорбционно-фильтрующего материала, обладающего высокой эффективностью очистки воды от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов. Сокращение количества технологических операций изготовления материала при сохранении высокой очистки от нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов. Использование отходов производства, которые приведут к снижению стоимости данного материала.

Для решения поставленной задачи сорбционно-фильтрующий материал для очистки промышленных сточных вод, включающий полиакрилонитрильные волокна и углеродные частицы, содержит в качестве полиакрилонитрильных волокон отходы производства полиакрилонитрильных волокон и в качестве углеродных частиц отходы производства терморасширенного графита, расположенные слоями в порядке чередования с внешними слоями из отходов полиакрилонитрильного волокна при следующем соотношении компонентов (мас.%):

полиакрилонитрильное волокно - 65-75%;

терморасширенный графит - 25-35%.

В таблице 1 представлены данные по эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов в зависимости от количества слоев сорбционно-фильтрующего материала.

В таблице 2 представлены данные по эффективности очистки сточных вод от нефтепродуктов для 11-слойного фильтра от соотношения полиакрилонитрильных волокон и терморасширенного графита.

В таблице 3 представлены сравнительные данные по эффективности очистки предлагаемого сорбционно-фильтрующего материала и прототипа.

Предлагается использовать сорбционно-фильтрующий материал с нечетным количеством слоев. Оптимальным является фильтр из 11 слоев с соотношением полиакрилонитрильных волокон (ПАН-волокно): терморасширенный графит (ТРГ) 70-30%, поскольку в этом случае достигается максимальная эффективность очистки сточных вод. При дальнейшем увеличении количества слоев эффективность очистки практически не изменяется, поэтому нет необходимости увеличивать их количество, тем самым, усложняя техническую задачу. Экономические и технические затраты на фильтр из 11 слоев будут ниже, чем на фильтры из 13 или 15 слоев.

Для изготовления сорбционно-фильтрующего материала его укладывают таким образом, чтобы слой ПАН-волокна создавал жесткий в объеме фильтра механический каркас и обеспечивал хорошую фиксацию слоя ТРГ (чтобы пухообразный ТРГ не уносило потоками очищаемой воды). Из полиакрилонитрильного волокна укладывают верхний и нижний слой для механической фиксации сорбционно-фильтрующего материала. Масса ПАН-волокна должна составлять не менее 65% от общей массы сорбционно-фильтрующего материала, а количество ТРГ должно быть не менее 25%, т.к. слой ПАН-волокна должен быть равномерно покрыт слоем ТРГ. Слои из ПАН-волокна используются одинаковой толщины, которые чередуются слоями ТРГ, равными между собой.

Для изготовления сорбционно-фильтрующего материала используют отходы производства ТРГ, ТРГ получают электрохимическим способом. Он характеризуется насыпной плотностью от 1 до 2 г/л, отходы имеют насыпную плотность более 13 г/л, но данный показатель не снижает сорбционной способности ТРГ. Отходы ПАН-волокон представляет собой обрезки производственных ПАН-волокон с длинной волокна от 5 до 30 см. Использование отходов производства снижает себестоимость сорбционно-фильтрующего материала в 2 раза по сравнению с прототипом.

При исследовании сорбционно-фильтрующего материала на эффективность очистки воды использовали смесь нефтепродукта и дистиллированной воды. В качестве нефтепродукта использовали машинное масло ( =0,57 г/см³) объемом 428 мл в 1 литре дистиллированной воды. При этом начальная концентрация машинного масла в смеси составила 244 г/л.

Эффективность очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов и тяжелых металлов повышается, что подтверждается данными из таблицы 3.

Таблица 1
Кол-во слоев	Соотношение ТРГ-ПАН волокно(мас.%)	Первоначальная концентрация исследуемой смеси (г/л)	Конечная концентрация исследуемой смеси (г/л)	Эффективность очистки от нефтепродуктов (%)
3	30-70	244	4,1	98,3
5	30-70	244	2,6	98,9
7	30-70	244	1,9	99,2
9	30-70	244	0,9	99,6
11	30-70	244	0,2	99,9
13	30-70	244	1,2	99,5
15	30-70	244	1,7	99,3

Таблица 2
Соотношение (мас.%)	Первоначальная концентрация исследуемой смеси (г/л)	Конечная концентрация исследуемой смеси (г/л)	Эффективность очистки от нефтепродуктов (%)
ТРГ	ПАН-волокно
35	65	244	2,4	99,0
30	70	244	0,2	99,9
25	75	244	2,6	98,9
20	80	244	4,8	98,0

Таблица 3
Сорбционно-фильтрующий материал	Эффективность очистки от нефтепродуктов (%)	Эффективность очистки от ионов железа (%)	Себестоимость 1 кг сорбционно-фильтрующего материала, руб.
Предлагаемый	99,9	62-64	45
Прототип	65-68	58-63	100