Бочарова К
Для механічного очищення води та різних рідин широко використовуються поліпропіленові фільтри. Відпрацьовані вироби з екологічної точки зору необхідно піддавати або регенерації або утилізації [1]. Існує два основних способи регенерації – фізичний (накопичений бруд виділяється тиском протитечією, підвищенням температури, випалюванням тощо) та хімічний (затриманий осад розчиняється та вимивається з елемента) [2]. Переважна більшість елементів, що фільтрують, піддаються регенерації, очищають від залишкових забруднень промиванням, не розбираючи фільтр.
Фільтруючі елементи, що виробляються АТ «Фільтр» (Товаркове, Калузька область) та використовуються для фільтрування рідин, прийнято утилізувати, найчастіше спалюванням. Однак спалювання як спосіб утилізації відходів має низку недоліків, у тому числі небезпеку забруднення атмосфери шкідливими викидами, знищення цінних компонентів та високий вихід золи.
Метою даної роботи було встановлення можливості фізичної регенерації фільтроелементів, виготовлених з поліпропілену методом Meltblown.
Для експерименту був обраний поліпропіленовий фільтруючий елемент з наступними характеристиками: діаметр фільтроелементу d=60 мм, довжина фільтроелементу l=120 мм, маса сухого фільтроелементу до початку проведення експерименту mсух=112,02 г.
Дослідження проводилося на стенді, що складається із системи випробування фільтруючого елемента та системи введення забруднювача (рисунок 1).
1 – бак, 2 – система введення забруднювача, 3 – насос, 4 – термометр,
5 – манометр, 6 – расходометр, 7 – випробуваний фільтр,
8 – технологічний фільтр
Рисунок 1. Схема експериментального стенду
Спочатку через фільтруючий елемент пропускали модельний розчинзабрудненої механічними домішками води (вода, забруднена кварцовим піском). Витрата води підтримувався постійним Q=0,24 м 3 /год. Перепад тиску вимірювався за допомогою манометра. Досвід проводився до моменту, коли значення перепаду тиску досягло величини Δp=23401,63 Па, що співвідноситься з величиною Δp=24000 Па на фільтроелементі з фільтроутримувачем – критичною величиною пропускного тиску, після досягнення якого подальша експлуатація фільтроелементу не рекомендується.
Далі здійснювали промивання фільтруючого елемента протитечією при дворазовому збільшенні витрати води по відношенню до початкового (Q=0,48 м 3 /год). Процес проводили до встановлення сталості величини перепаду тиску. Після першого промивання фільтроелементу описані вище дії проводили двічі.
Отримані результати було проаналізовано з урахуванням знань про структуру патрона. Особливістю фільтруючого елемента є змінна структура перерізу фільтруючого матеріалу, що обумовлюється методом виготовлення. Щільність волокон збільшується від зовнішньої поверхні картриджа до внутрішньої [3, с.54]. При нормальному режимі роботи фільтропатрона фільтрування здійснюється через верхні шари. Підвищення тиску призводить до фільтрування через внутрішні шари. Аналогічна схема роботи шарів відбувається при промиванні. Після закінчення промивання перепад тиску становив Δp=4601,63 Па, візуальних змін у зовнішньому вигляді фільтра виявлено не було. Зазначали, що друге промивання зайняло вдвічі більше часу, ніж перше за подібних умов (Q=0,48 м 3 /год).
Основним результатом роботи є встановлення збільшення зміни перепаду тиску на елементі, що фільтрує, від маси введеного забруднювача для всіх промивок (рисунок 2).
Малюнок 2.Графічне подання залежності перепаду тиску на фільтроелементі від маси забруднювача
Характер кривих однаковий, рівняння трендів мають вигляд поліноміальних залежностей 3 ступеня за високої достовірності (R 2 = 0,957-1,0). З збільшенням кількості промивок перепад тиску досягається при меншій кількості забруднень (маса забруднень знижена у 3-4 рази).
Отримані результати визначаються утворенням буферного шару забруднень на його поверхні із дрібних частинок за рахунок коагуляції та агрегування. Саме за рахунок цього шару відбувається швидке зниження ефективності фільтрування через регенерований фільтруючий елемент.
Виконані експерименти з регенерації поліпропіленових фільтроелементів шляхом багаторазового зворотного промивання водою дозволили встановити:
1) є можливість регенерації фільтруючих елементів з поліпропіленового волокна рівня перепаду тиску, близького до початкового на незабрудненому фільтрі шляхом зворотного промивання при підвищеному тиску;
2) критичне значення перепаду тиску потоку через фільтропатрон після регенерації досягається при зниженій в 3-4 рази концентрації забруднювача, ніж до промивання, отже, кількість можливих регенерацій зменшується;
3) величини критичної маси забруднювача після додаткових промивань однакові, що означає стабільність стану регенерованого фільтруючого елемента після початкового забруднення;
4) повторне використання підданих регенерації описаним способом фільтрів у механічному очищенні вод, що містять невеликі кількості забруднювача, підвищує термін їх експлуатації.