Фильтрующий материал из цеолита: новый стандарт фильтрации воды

  1. Структура и свойства
  2. Производительность и преимущества

За последние 50 лет были достигнуты успехи в фильтрации воды в гранулированных фильтрующих средах благодаря использованию песка меньшего размера в сочетании с гранатом или гранатом / антрацитом (мультимедиа) для достижения номинального уровня от 12 до 15 мкм, а также для улучшения дизайна слоя и текучести.

Высокочистый цеолитный носитель теперь доступен для достижения

Структура и свойства

Минералогически существует около 40 известных типов природных цеолитов (гидратированных силикатов), из которых клиноптилолит является наиболее распространенным.

Клиноптилолит классифицируется как кристаллический, алюминий, кремний, оксидный минерал (Berkhout 2002; Rempel, 1996). В этом отчете описана сетка 14 х 40 высокой чистоты, приблизительно 55 фунтов / куб. фут. насыпной вес, клиноптилолит (цеолит) из западной части США, имеющий высокую пористость, большую площадь поверхности, микрокристаллическую структуру и стойкость к истиранию.

Этот цеолитный носитель классифицируется в соответствии с 21CFR часть 182.2729 и под 40 CFR часть 180 как GRAS (обычно признается безопасным). Это также перечислено под Стандартом NSF 61.

Производительность и преимущества

Начиная с середины 1970-х годов отчеты о лабораторных и полевых испытаниях в США показали, что цеолитная фильтрующая среда неизменно превосходила песок, песок / антрацит и мультимедиа как в сосудах под давлением, так и в испытаниях на гравитационную фильтрацию (например, Foreman: 1985: Johnson & Petersen, 2001 Хансен, 1997: Джонсон и др., 1997; Фугер, 2003).

Как правило, цеолитные фильтрующие слои имеют загрузку твердых частиц в 1,7 - 1,9 раза / фут3 и превосходную производительность фильтрации по сравнению с мультимедиа.

На основании более 100 лабораторных и полевых испытаний (2/3 с использованием сосудов под давлением и 1/3 с использованием гравитационных пластов) с середины 1990-х годов, представляющих коммерческие, бытовые и промышленные проекты фильтрации воды, был сделан вывод о том, что цеолитные среды высокой чистоты превосходят к обычным гранулированным носителям.

Наши результаты испытаний с использованием сосудов под давлением показывают:

    • Для загрузки твердых частиц, мультимедиа превзошла цеолит высокой чистоты, песок / антрацит и песок;
    • Цеолит более эффективно удаляет мелкие частицы в диапазоне от 0,5 до 10 мкм, которые выходят из обычных сред (см. Таблицу I).

Таблица I. Сводка данных испытаний производительности сосудов под давлением. Фильтрующий материал Номинальная мощность фильтра (номинальная) Объем загрузки твердых частиц Песок (20 х 40 меш) µ 1X Песок / Антрацит (20 х 40 меш и антрацит) µ ~ 1.4X Мультимедиа µ ~ 1.6X Цеолит (14 х 40 меш) ~ 2.6X

Аналогичные результаты наблюдались для гравитационных пластов. Ниже приведены некоторые типичные примеры характеристик цеолитного фильтра высокой чистоты.

Мутность речной воды:

Тесты на фильтрацию цеолита в сравнении с мультимедийными средами проводились для удаления мелких частиц (мутности) из речной воды. Сосуды под давлением (диаметром 18 дюймов) работали с рабочим расходом 15 галлонов в минуту / фут2 площади слоя в течение шести последовательных дней, и мутность (NTU) измеряли в воде подачи и фильтрата.

Среднее значение NTU для фильтрата цеолита (продуктовой воды) составляло приблизительно 1/3 от фильтрата мультимедиа (см. Фиг.1), что указывает на превосходное удаление мелких частиц цеолитом.

За последние 50 лет были достигнуты успехи в фильтрации воды в гранулированных фильтрующих средах благодаря использованию песка меньшего размера в сочетании с гранатом или гранатом / антрацитом (мультимедиа) для достижения номинального уровня от 12 до 15 мкм, а также для улучшения дизайна слоя и текучестиПрефильтр для GAC:

Городская вода, подаваемая в ресторан, содержала железо и другие мелкие частицы. Патронные (5мкм) фильтры быстро загружались и вызывали снижение потока воды в слои GAC и чиллер.

Цеолитный фильтр с обратной промывкой (сосуд диаметром 10 дюймов с глубиной слоя 24 дюйма) был установлен и испытан независимым инженером и техническим консультантом.

В питательной воде было от 0,1 до 10 мкм частиц (средний показатель SDI или индекс плотности ила = 4,3). Цеолитовый слой эффективно удаляет частицы железа. Частицы воды в продукте находились в диапазоне от 0,1 до 2,3 мкм со средним SDI = 0.

Предварительный фильтр RO:

Электроснабжение установило водоочистную станцию ​​на 1500 галлонов в минуту с двумя мультимедийными фильтрами и оборудованием RO для производства подпиточной воды котла. Агрегаты обратного осмоса не могли работать из-за проблем потери давления в корпусе фильтра и повышения SDI в фильтрате.

Два мультимедийных слоя были заменены эквивалентными объемами слоя цеолитной среды высокой чистоты 14 x 40 меш, и строгие технические требования к питательной воде RO были соблюдены в течение более двух лет.

Завод бутилированной воды:

Завод по производству бутилированной воды перекачивал грунтовые воды в четыре сосуда под давлением диаметром 48 дюймов, которые питают два блока RO.

Мультимедиа снизило SDI воды в скважине в среднем на 5 процентов по сравнению с 45–50 процентами снижения SDI для цеолитной среды.

Градирня подпиточной воды:

На крупном химическом заводе в Южном Техасе возникли проблемы с мутностью из-за использования речной подпиточной воды для градирни. Гравитационный фильтр из песка / граната неадекватно удалял мутные частицы после дождя.

Песок / гранат был заменен равным объемом (545,5 фут3) цеолита 14 х 40 меш. Цеолит, при работе с той же скоростью потока (2,5 галлонов в минуту / фут2), удалял более 98 процентов мутности против приблизительно 20 процентов для песка / граната.

Цеолит обеспечивает превосходную фильтрацию в течение двух лет.

Производимая фильтрация воды:

Американская нефтяная компания хотела преобразовать непригодную воду для добычи нефти в многоразовую воду для орошения.

Производственная вода была обработана для разделения нефти и воды: химическая флокуляция; уточнение; и окисление озона. Затем его фильтровали с использованием двух сосудов под давлением (диаметром 72 дюйма) с цеолитной средой высокой чистоты, работающей со скоростью приблизительно 12 г / мин / фут2.

Фильтрат использовали непосредственно в качестве питательной воды для установки обратного осмоса, а полученную воду использовали повторно в качестве сельскохозяйственной поливной воды.

Расход, рекомендации по обратной промывке

Для сосудов под давлением обычно используется глубина слоя 36 дюймов с гравийным грунтом, плюс примерно 50 процентов надводного борта, аналогично мультимедийным слоям.

Оптимальный рабочий расход для сосудов под давлением варьируется от 12 до более 20 галлонов в минуту / фут2 площади слоя в зависимости от применения фильтрации воды.

Например, используйте 12 галлонов в минуту / фут2 для предварительной фильтрации RO и GAC; использовать 15 галлонов в минуту / фут2 для достижения низкой мутности колодезной воды, поверхностных вод и для промышленных проектов; и скорость от 18 до 20 галлонов в минуту / фут2 для получения большого объема воды для проектов с более низкими требованиями к фильтрации.

Поскольку у первичного цеолита есть «мелочи» от производства на шахте, важно промыть его перед вводом в эксплуатацию. Основное правило обратной промывки заключается в достижении 35-процентного расширения слоя с использованием скорости обратной промывки 20 галлонов в минуту / фут2 до тех пор, пока вода не станет чистой для нового цеолита, и в течение шести минут для обычных рабочих циклов обратной промывки.

В качестве альтернативы можно использовать воздушную чистку с водой, чтобы уменьшить использование воды обратной промывки.

Ссылки

    1. Берхоут, Стейн , 2002. Фотохимия и фотофизика. Сводка отчета - Интернет [email protected]
    2. Десборо, Джорджия , 1996, Некоторые химические и физические свойства богатых клиноптилолитом горных пород, Отчет открытого геологического исследования США 96-265.
    3. Форман, Г.П. 1985. «Низкоскоростная фильтрация песка с и без клиноптилолита: сравнение качества воды и экономики фильтрации». Магистерская диссертация, Государственный университет штата Юта, Логан, штат Юта.
    4. Fuger 2003. Альтернативные фильтрующие материалы: шаг над остальными ». Aqua: выпуск за февраль, стр. 65-70.
    5. Гилберт Дж.С., О'Меара П.М., Крок Дж.Г., Уилдеман Т.Р. и Десборо Г.А. , 1999 г. Адсорбционные возможности отдельных пород, богатых клиноптиолитом, в связи с восстановлением шахтных дренажей. Отчет Геологической службы США в открытом формате 99-17.
    6. Хансен 1997. Технический отдел, сравнение песчаных и цеолитных фильтрующих материалов: потеря напора для гравитационных пластов. Университет штата Нью-Мексико, La Cruses, NM. Кадровая связь.
    7. Джонсон, Т.С. Петерсон С. и Дэвид Дж. (1999). Сорбционное удаление мутных частиц поверхностных вод как метод предварительной очистки при фильтрации. Фильтрация «99 Конференция, 2-4 ноября, Чикаго, Иллинойс.
    8. McNair, DR, RC Simms, DL Sorensen и M. Hulbert , 1987. «Schmutzdecke Характеристика скорректированной с помощью клиноптилолита медленной фильтрации песка». AWWA 79 (12); с 74-81.
    9. Pough, FH Полевое руководство по породе и минералам. 4-е издание, Houghton Mifflin Co., Бостон, Массачусетс, 1983.
    10. Rempel, Siefried , 1996. Молекулярные ловушки цеолита и их использование в профилактическом сохранении. WAAC Newsletter 18: Number 1, 1-12.
    11. Вирта, Р.Л. , 2002, Цеолиты, в Геологическом исследовании США, Ежегодник-2002, с. 84.1-84.4.

Тод С. Джонсон, доктор философии, президент Filter Flow Technology, Inc., Лига Сити, Техас

Джордж А. Десборо, доктор философии, был старшим геологом-исследователем Программы минеральных ресурсов, Геологическая служба США и сейчас на пенсии.