океангоризонт

Фильтрующие материалы в опреснительных установках: расширенная глина против антрацита

Современное опреснение является процессом, необходимым для обеспечения водой как для сельского хозяйства, так и для снабжения питьевой водой в регионах, где достаточное количество осадков является редким или крайне непредсказуемым. Современная опреснительная установка берет в морской воде и подвергает ее обратному процессу осмоса. Обратный осмос является механизмом, где частично проницаемая мембрана используется для удаления ионов и нежелательных молекул из воды.

Эффективность процесса обратного осмоса (RO) в основном зависит от эффективности самой мембраны и предварительной обработки исходной воды. Таким образом, современная опреснительная установка использует различные типы фильтров, часто последовательно, чтобы удалить большую часть загрязняющих веществ, прежде чем они могут достичь мембраны. Морская вода часто имеет концентрацию растворенных твердых веществ, превышающую 35 г на l(1).

Диаграмма опреснительной установки
осмоса и обратного осмоса диаграммы

Две такие
широко используемые технологии фильтра
свет Расширенный глины агрегат (LECA, процесс расширенной глины) и антрацит, и оба будут обсуждаться здесь. Основная идея заключается в том, что морская вода проходит через эти материалы, установленные в виде фильтров, прежде чем она достигнет мембраны. Когда он достигает мембраны, он в значительной степени лишен растворенных твердых веществ, что делает общий процесс RO более эффективным.

Многие из причин загрязнения мембраны из неочищенной морской воды не легко видны человеческому глазу. Ведущие причины включают растворенные соединения кремнезема, адсорбированные органические молекулы, микроорганизмы, металлические оксиды и различные коллоиды железа и алюминия (2). Наиболее эффективными являются двойные настройки фильтрации средств массовой информации, и именно они используются наиболее широко во всем мире (3). Прямая фильтрация (т.е. простая фильтрация через песок или через сетчатый фильтр) считается в целом неэффективной, особенно против органических загрязнителей (4).

Императив для операций RO, из-за огромного масштаба, на котором они работают, любой фильтр должен быть надежным в течение длительных периодов времени и относительно недорогой. LECA и антрацит соответствуют этим требованиям. Предварительная обработка морской воды является наиболее эффективным методом обеспечения незагрязнения мембраны RO (5).

опреснительная установка

Агрегат легкой расширенной глины

LECA является легкий агрегат формируется путем нагрева стандартной глины до ca. 1200 градусов по Цельсию в роторной печи. Во время нагревания и вращающегося процесса, глина высыхает, образует себя в формы шара и становится очень пористой. Эта пористость приводит его к обладанию хорошими абсорбирующими свойствами, будучи использованы ранее для удаления тяжелых металлов, таких как кадмий из лакокрасочных отходов завода (6).

В пространстве очистки воды, где исследования показали, что LECA способен адсорб фторсодержащие соединения из водного раствора, либо самостоятельно или изменены с хлоридом магния или перекисью водорода (7). Кроме того, двойные медиафильтры, содержащие песок и MgCl2/H2 O2-модифицированныйLECA способны удалить соединения хрома из воды (8) - и эти легированные LECAs могут быть регенерированы с помощью обработки с разбавленной кислотой.

Одним из самых пагубных загрязнителей является мышьяк. Если это попадет в систему водоснабжения, могут произойти смертельные случаи. Исследователи продемонстрировали использование реагента-модифицированного LECA Фентона был эффективным при удалении 99 арсенита (как2 ")и арсената (как4 ")ионов из водного раствора в концентрации 150 мкг на литр, в 60 минут (9). Реагент Фентона представляет собой смесь перекиси водорода и железа, и является недорогим материалом для использования в масштабе.

Целесообразным сравнением было бы активированное молекулярное сито, часто используемое в химической лаборатории, так как LECAs могут быть регенерированы, эффективны при низких "нагрузках" и сами по себе нерастворимы. Эти свойства означают, что фильтрация LECA проста в работе.

Автоматизированный процесс очистки воды.

антрацит

Антрацит является одним из самых повсеместных видов угля. Происходит естественно и легко добывается, это недорого. Имея много использует в стороне от в качестве топлива, его использование в качестве фильтрации среды широко известно (10). Одним из ключевых экологических преимуществ
использования антрацита в качестве фильтра,
а не топлива является то, что, поскольку он не сжигается, нет выбросов двуокиси углерода в атмосферу. Следует отметить, однако, что антрацит редко используется в одиночку в качестве предварительного RO фильтра. Скорее, он используется как часть двойной медиа-фильтр настройки наряду с песком (11) или наряду с песком и гранатом в
качестве фильтра смешанного медиа
, обеспечивая превосходную грубой к тонкой фильтрации. Как правило, антрацит присутствует для удаления взвешенных твердых веществ и некоторых растворенных органических (12).

Аннрацит под руководством двойного медиа-фильтры были использованы в тропических условиях в RO растений, доказав, весьма эффективным при обработке сырья, загрязненной морской воды до RO, в конечном итоге производство свыше 50 м3 в день (50000 L) питьевой воды, которая полностью соответствует стандартам ВОЗ (13). Этот конкретный пример привел более 35 видов воды в течение одного года. Наряду с гранулированным активированным углем (материалом, с которым антрацит имеет много общего) антрацит использовался в качестве высокоэффективного компонента двойного фильтра для удаления биологического материала из экспериментальной установки (14). Эта небольшая шкала настройки не показала снижения производительности даже после 55 дней постоянной активности, свыше 5 метров в час через 20-сантиметровый фильтр. В обоих примерах требовалась минимальная обработка антрацита - ограниченная только измельчением до подходящих размеров частиц. В рамках мультимедийной фильтрации создана, антрацит вместе с greensand и активированный уголь был в состоянии удалить значительное количество железа из водной раствора до процесса RO (15).

Через фильтрации приложений для RO антрацита размеры зерна может варьироваться от 1 мм до 2,4 мм, с минимальной глубиной кровати 0,8 м. Самые современные растения, использующие антрацит/песок двойных медиафильтров, могут обрабатывать свыше 40 м3 в час (16). Большая часть утилиты фильтрации антрацита проистекает из его отличной функциональности и пористости, заключаемых в размерах. После использования отработанный антрацит обычно отбрасывается.

капли воды удара воды
Красивый всплеск голубой воды

сравнение

В одном исследовании в северной Греции были распознаны фильтры антрацита и LECA для RO и параллельно проводились их, стремясь найти заметную разницу между этими двумя подходами (17). Исследования - как на растительной и лабораторной весых - обнаружили, что LECA и антрацит выполняется в значительной степени то же самое через тестирование на концентрацию органических веществ в фильтрате, илов плотности и мутности. Примечательно, однако, что оба метода пострадали производительности мудрым в холодные зимы, но не до неприемлемого уровня. Материал LECA и антрацит находились в диапазоне размеров от 1,2 до 2,4 мм.

Оба типа фильтрации - когда в двойной настройки фильтра мультимедиа - являются весьма эффективными против воздействия цветения водорослей на мембрану RO (18). Бактерии гораздо труднее удалить с помощью двойных процессов фильтра, чем твердые загрязняющие вещества и органические материалы, однако, двойные медиа-фильтры, содержащие антрацит, было показано, чтобы удалить некоторые бактерии в одном исследовании, но большинство из них были удалены последующие процессы фильтрации (19). В дальнейшем исследовании было показано, что фильтры LECA заманивают , но в некоторых случаях развиваются - бактериальная жизнь (20).

процесс очистки воды
обратная мембрана осмоса

Естественно, фильтрация – не единственное оружие в арсенале конструктора завода RO. Часто, морская вода до фильтрации будет химически обработаны, чтобы выровнять ожидаемые загрязняющие вещества - они затем собираются в фильтр песка или могут отделиться с гравитацией. Гексаметафосфат натрия может быть добавлен, чтобы вызвать осадки карбоната кальция и сульфата кальция. Подкисление (так как морская вода немного базовая) может быть выполнена и сульфат алюминия добавлен, чтобы сделать фильтрацию легче (21). Постфильтрационные процедуры не являются редкостью, в зависимости от масштаба загрязнения.

В то время как оба материала (глина и антрацит) являются обильными и легко доступны как в горнодобывающей промышленности и экономичном плане, антрацит имеет то преимущество, что может быть использован "из коробки" с минимальным и требуется обработка. Обработка, как правило, ограничивается шлифовкой сырого антрацита до подходящих размеров частиц. Глина, с другой стороны, должна сначала нагреваться в роторной печи, а затем в зависимости от применения, допинг/пропитанный другим химическим веществом - добавляя затраты, время и сложность процесса. Антрацит является более экономически эффективным, поскольку он требует меньше обработки, которая также добавляет преимущество быть более экологически чистым.

чистая вода, протекающего над водопадом

Резюме

  • Обратный осмос является одним из процессов, с помощью которых питьевая вода может быть произведена из морской воды
  • RO полагается на частично проницаемую мембрану, чтобы функционировать, и если это становится заблокированным или загрязненным, эффективность процесса значительно падает
  • Фильтрация, часто
    с использованием двойной установки средств массовой
    информации, таким образом, используется для обеспечения лучшего качества поставок в мембрану, чтобы предотвратить загрязнение
  • Антрацит и легкий расширенный глиняный агрегат являются двумя ведущими материалами, используемыми в качестве фильтров
  • С морями становится все более загрязненной, и нехватка воды становится все более проблемой в некоторых регионах, эффективные процессы RO должны быть созданы - такие процессы не могут работать без эффективной фильтрации от подобных антрацита
Гранат
Горшок, наполненный измельченный антрацит

Ссылки:

1 С.-Х. Ким и др., Опреснение и очистка воды, 2011, 32 , 339

2 LJ Latham et al., Практический опыт biofouling в обратных системах осмоза в: Proc. Всемирный конгресс МАР по опреснению и водным наукам, Абу-Даби, 1996

3 С.-Х. Ким и др., Опреснение, 2009, 249, 308

4 J. Leparc et al., Опреснение, 2007, 203, 243

5 Н. Прихасто и др., Опреснение, 2009, 249, 308

6 М. Малакоотиан и др., Int. Дж.Энвирон. Sci. Технол., 2009, 6, 183

7 М. Зарраби и др., J. Тайвань Инст. Хим. Англ., 2014, 45, 1821

8 А. Хамди и др., Курр. Всемирный Env., 2012, 7, 23

9 С. С. Мартинес и др. Опреснение, 2011, 272, 212

10 Г. М. Веснер и Р. Л. Калп, J. Опрос воды. Контроль НАЯ не только ФРС., 1972, 44, 1932

11 С. Чжон и С. Вигнесваран, Хим. Англ. J., 2013, 228, 976

12 S. Vigneswaran et al., Технология разделения и очищения., 2016, 162, 171

13 C. P. Teo et al., Опреснение и водолечение., 2009, 3, 183

14 С. Вигнесваран и др., Опреснение, 2009, 247, 77

15 С. Чатурведи и. Н. Дейв, опреснение, 2012, 303, 15

16 Департамент армии, Техническое руководство по опреснению воды, Вашингтон, О.К., 1986

17 A. J. Karabelas et al., Опреснение, 2008, 222, 24

18 Л. О. Виллакорте и др., Опреснение, 2015, 360, 61

19 S. Lee et al., Опреснение, 2016, 385, 83

20 F. X. Simon et al., Опреснение, 2013, 328, 67

21 C. W. Saltonstall, Опреснение, 1976, 18, 315