Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и анализ состояния вопроса о процессе формирования пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров 14
1.1. Сравнительный анализ использования фильтровальных перегородок плоской формы и трубчатых текстильных фильтров 14
1.2. О современной теории фильтрования и ее основных положениях 21
1.3 Формирование пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров. 27
1.4 Анализ возможностей формирования ТТФ на машинах фрикционного типа 35
1.5 О перспективах совершенствования пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров. 40
Выводы по главе 46
Глава 2. Исследование процесса формирования и гидравлических свойств пористых перегородок ТТФ увеличенных размеров 48
2.1. Разработка конструкции и исследование мотального механизма для формирования пористых перегородок ТТФ увеличенных габаритов 48
2.2. Гидравлические свойства пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров 55
2.3. О распылении воздуха пористыми перегородками трубчатых текстильных фильтров 64
2.4. Исследование воздухопроницаемости пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров 66
2.5. О деформации (сплющивании) остова пористой перегородки трубчатых текстильных фильтров. 73
Выводы по главе 79
Глава 3. Исследование процесса формирования и свойств пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров уменьшенных габаритов 80
3.1. Разработка конструкций мотальных механизмов для формирования пористых перегородок ТТФ уменьшенных габаритов 80
3.2. Кинематический и динамический анализ мотального механизма с клиновой передачей движения нитеводителю 89
3.3 Исследование работы мотального механизма с сокращением хода нитеводителя 98
3.4. Исследование влияния свободного отрезка нити на структуру и высоту намотки пористой перегородки 103
Выводы по главе 113
Глава 4. Расчет экономической эффекивности от внедрения трубчатых текстильных фильтров в производство 115
4.1. Виды фильтров используемых для очистки воды 115
4.2. Расчет себестоимости очистки одного кубометра воды от железа 121
4.3. Расчет годового экономического эффекта от внедрения трубчатых текстильных фильтров в производство 123
Выводы по главе 126
Общие выводы по работе 127
Список литературы 130
Приложение 138
- О современной теории фильтрования и ее основных положениях
- Гидравлические свойства пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров
- Кинематический и динамический анализ мотального механизма с клиновой передачей движения нитеводителю
- Расчет себестоимости очистки одного кубометра воды от железа
Введение к работе
По мере ускорения темпов научно-технического прогресса воздействие людей на природу становится все более мощным, и в настоящее время оно уже соизмеримо с действием природных факторов, что приводит к качественному изменению соотношения сил между обществом и природой. В природу внедряется все больше и больше новых веществ чуждых ей, порой сильно токсичных для живых организмов.
Накопление промышленных отходов, обусловливая высокий уровень загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы, способствует повышению заболеваемости людей и животных, ускорению коррозии машин и металлического оборудования, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства. Сейчас человечество столкнулось с необходимостью охраны природы, то есть с предотвращением загрязнения воды и воздуха вредными промышленными выбросами, продуктами жизнедеятельности человека, ядовитыми химическими и радиоактивными веществами, предупреждением вредных последствий применения пестицидов и ряда других факторов.
Наиболее рациональный путь уменьшения промышленных отходов и загрязнения природной среды является совершенствование технологических процессов, которые способствуют комплексной переработке исходного сырья, и тем самым резко сокращают количество отходов. Этот путь невозможен без создания малоотходных или безотходных производств. Безотходное производство- это такая идеальная организация производства, при которой отходы или минимальны или полностью перерабатываются без получения других отходов. Однако количество таких производств невелико и окружающая среда (атмосфера, гидросфера и литосфера) подвергаются значительному загрязнению.
Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода, соединений серы и азота, углеводородов и промышленной пыли.
Гидросфера (водная оболочка земли) загрязняется различными взвешенными частицами, ухудшающими прозрачность и внешний вид воды, нефтепродуктами, солями тяжелых металлов, радиоактивными, органическими и другими веществами.
Литосфера (верхняя оболочка земли), включающая земную кору и верхнюю мантию земли загрязняется бытовым мусором, фекалиями, ядохимикатами, сажей и другими веществами, в почвах накапливаются металлы, например, железо, ртуть, свинец, медь и д.р.
Вполне понятно, что по мере накопления загрязнений в воздухе, воде и почве качество сферы обитания живых организмов значительно понижается. Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения установил нормы допустимых уровней загрязнения окружающей среды, то - есть среднего предельного содержания в воздухе, воде или почве тех или иных вредных примесей.
Основным показателем, используемым для контроля качества воздуха, воды и почвы в нашей стране являются предельно-допустимые концентрации вредных веществ (П.Д.К).
Если уровень загрязнения превышает величину ПДК, то осуществляют очистку воздуха, воды или почвы, которая может быть механической, химической и биологической.
Загрязненные воздух, вода или почва в общем случае представляют собой неоднородные системы. К таким неоднородным системам относят: - суспензии - неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц суспензии условно подразделяются: на гру-
7 бые (размеры взвешенных частиц более 100 мкм), тонкие (размеры взвешенных частиц 0,5 ...100 мкм) и мути (размеры взвешенных частиц 0,1 ...0,5 мкм).
Переходную область между суспензиями и истинными растворами занимают коллоидные растворы, в которых размеры частиц, находящихся в жидкости являются средними между размерами молекул и частиц взвесей. В этом случае частицы уже не могут осаждаться под действием силы тяжести. - Эмульсии - неоднородные системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. -Пены - неоднородные системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Пены по своим свойствам близки к эмульсиям. -Пыли и дымы неоднородные системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества.
Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов). Размер твердых частиц пылей составляет приблизительно 30...70 мкм. -Дымы получаются в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние; при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,5...5 мкм. При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3...0,5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, называемые аэрозолями.
Отделение воздуха и воды от взвешенных в них твердых частиц или капель другой жидкости может производиться путем осаждения, фильтрования или центрифугирования.
Фильтрованием называют процесс разделения неоднородной системы с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные твердые частицы.
При фильтровании движение фильтруемой жидкости сквозь пористую перегородку осуществляется под действием давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензии и пылей, чем при осаждении.
До настоящего времени в качестве фильтровальных перегородок чаще всего использовались текстильные полотна (ткани, нетканые материалы, фетры, трикотажные рукава и т.д.),выработка которых требует значительных трудозатрат и довольно сложных технологий изготовления. В настоящее время в связи с возникновением современных более совершенных технологий и производств новых материалов, а также с увеличением объема очистки7 загрязненных вод и воздуха возникла необходимость создания новых фильтров и структур фильтровальных перегородок, отличающихся дешевизной, надежностью и требуемыми эксплуатационными свойствами (производительностью, тонкостью очистки, легкостью удаления осадка).
С этой точки зрения наиболее рациональным является внедрение в технику фильтрования трубчатых текстильных фильтров, пористые перегородки которых могут быть получены путем наматывания текстильных нитей на перфорированный остов (патрон) текстильного фильтра. Поскольку процесс наматывания довольно производителен, то сформированные таким путем фильтры будут отличаться дешевизной.
Меняя структуру намотки пористой перегородки легко создать требуемую ее пористость а, следовательно, и степень очистки загрязненной воды или запыленного воздуха при достаточно эффективном процессе фильтрации.
Кроме того путем отматывания витков сильно загрязненных внешних слоев пористой перегородки можно значительно увеличить срок ее службы и достичь экономии материальных средств.
Несмотря на то, что данный вопрос уже поднимался рядом исследователей в своих работах, задачи по созданию трубчатых текстильных фильтров остаются весьма актуальными и требуют своего решения
Актуальность темы Актуальность данной работы обусловлена тем, что в настоящее время в связи с бурным развитием техники и внедрением новейших технологий наблюдается сильное загрязнение окружающей среды.
В связи с этим возникает необходимость в очистке питьевой воды, сточных вод, воздуха от вредных веществ.
Поэтому, важное значение для народного хозяйства имеет разработка и внедрение новых видов фильтров и фильтровальных перегородок в очистные сооружения, обладающих более высокими фильтровальными свойствами при снижении затрат на их изготовления.
Целью настоящей работы является разработка и исследование новых структур фильтровальных перегородок формируемых однопроцессным способом, путем намотки нитей на перфорированные патроны заданных габаритов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи: - производится сравнительный анализ существующих конст рукций фильтровальных перегородок плоской формы и труб чатых текстильных фильтров (ТТФ); - исследуются возможные структуры ТТФ применяемые для очистки воды от механических примесей и взвешенных час-
10 тиц, а также трубчатые текстильные фильтры, применяемые в качестве аэраторов и их гидравлические свойства; разрабатываются новые конструкции мотального оборудования для формирования заданных структур намоток ТТФ требуемых габаритов; исследуются факторы, оказывающие основное влияние на структуру намотки фильтровальных перегородок ТТФ, и качественные показатели работы фильтров; определяется экономическая эффективность внедрения нового способа создания фильтровальных перегородок.
Методы проведения исследований.
Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. При теоретическом исследовании использованы методы математического анализа с составлением алгебраических и дифференциальных уравнений.
При экспериментальных исследованиях использовались методы математической статистики со статистической обработкой экспериментальных данных. В качестве средств исследования использовались мотальные машины различных конструкций, киносъемочные камеры и персональная ЭВМ.
Научная новизна полученных автором результатов заключается втом, что: разработан новый однопроцессный способ формирования фильтровальных перегородок с заданной структурой, путем намотки нити на перфорированный патрон; исследованы гидравлические свойства пористых перегородок ТТФ различной структуры и габаритов; разработаны конструкции мотальных механизмов для получения пористых перегородок различной структуры и габаритов; - исследованы основные факторы, оказывающие влияние на структуру намотки и процесс формирования ТТФ, определяю щие их эксплуатационные и качественные показатели;
Практическая ценность работы Разработанные структуры пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров, а также конструкции мотальных механизмов для их формирования позволяют: создать новые фильтры различных габаритов, которые способствуют значительному повышению эффективности процесса фильтрования суспензий; облегчить более легкую очистку пористой перегородки от осадка; удешевить процесс изготовления трубчатых текстильных фильтров, для различных отраслей народного хозяйства. Результаты работы внедрены и используются на: - ОАО «Ковротекс»,г Димитровград; -ОАО «Номатекс», г. Димитровград; -ООО «ТКАЧ», г. Димитровград; -МУП ВКХ «Димитровградводоканал». Фактический экономический эффект от внедрения нового способа создания новых фильтровальных перегородок в производство трубчатых текстильных фильтров составил более 376320 рублей в год. Апробация работы.
Результаты работы доложены и получили положительную оценку: - на заседании кафедры «Ткачество» Димитровградского института технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета; на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2003) г. Иванова, Ивановская государственная текстильная академия, апрель 2003г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2003) Москва, Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, ноябрь 2003г.; на Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» г. Москва, Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина,2004г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности» (Инфотекстиль-2004). г. Москва, Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина; на II Международной научно-практической конференций «Экология; образование, наука, промышленность и здоровье» г. Белгород, белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова,2004г.;
Публикации по работе. Основное содержание работы изложено в 6 статьях журналов и в 6 материалах научно-технических конференции.
Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, общих выводов, списка литературы и приложений.
13 Работа изложена на 177 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунка, 5 таблицы, список использованной литературы из 84 наименований и 6 приложений.
О современной теории фильтрования и ее основных положениях
В основу теории фильтрования были заложены результаты исследований фильтрации грунтовых вод, нефти и газа сквозь пористую среду в естественных пластах под поверхностью земли [1,2,3]. Фильтрация - это движение жидкости или газа через пористую среду. При фильтрации происходит очищение фильтрующейся жидкости (суспензии) от взвешенных в ней твердых частиц. При этом происходит процесс фильтрования. Фильтрование - это процесс разделения суспензий или аэрозолей при помощи фильтровальных перегородок, пропускающих жидкость или газ, но задерживающих твердые частицы. При фильтровании суспензии, отделяемые от жидкости твердые частицы чаще всего образуют, на фильтровальной перегородке слой влажного осадка, который затрудняет процесс фильтрации [4,5]. Движение воды в грунтах подчиняется закону фильтрации Дарси [6,7], согласно которой скорость фильтрации определяется по формуле: где: кф -коэффициент фильтрации, —; 1 = напорный градиент или гидравлический уклон; Н - напор, теряемый на длине L пути фильтрации, м; L - путь фильтрации, м. Расход фильтрующейся жидкости и газа (фильтрационный расход) определяется по формуле: TRQ:S - полная площадь поперечного сечения фильтрационной перегородки (не только сечения пор, но и твердых частей), м2. Скорость фильтрации меньше действительной средней скорости, так как движение происходит только через ту часть площади сечения S, которая занята порами [8].
Процесс фильтрования осуществляется с помощью фильтров различного вида. Основной частью каждого фильтра является пористая перегородка, задерживающая твердые частицы фильтруемой жидкости (суспензии). Различают фильтры с плоскими (ПТФ, рисунок 1.1) и трубчатыми (ТТФ, рисунок 1.2) пористыми перегородками [11]. Процесс фильтрования должен отвечать следующим основным требованиям: - обеспечивать достаточно высокую степень очистки фильтруемой жидкости от взвешенных частиц; - быть достаточно эффективным, то - есть протекать при высокой скорости фильтрации суспензии; - отличаться малым расходом энергии на фильтрование определенного объема суспензии; - обеспечивать возможность легкого удаления осадка с пористой перегородки фильтра. Выполнение большинства указанных требований в основном зависит от вида и строения пористых перегородок фильтров, конструкций и структуры которых весьма разнообразны. Согласно С.Д.Николаева тонкость очистки фильтруемой суспензий в значительной степени зависит от вида намотки пористой перегородки, а скорость фильтраций, производительность фильтровального обо рудования и чистота получаемого фильтрата от ее правильного выбора [9]. Правильно выбранная фильтровальная перегородка должна иметь поры по возможности большого размера, что уменьшает ее гидравлическое сопротивление. Однако размер пор не должен превышать некоторой величины, обеспечивающей хорошую задерживающую способность перегородки по отношению к твердым частицам суспензии или пыли и получения фильтрата необходимой чистоты. Различают фильтры, работающие под вакуумом и фильтры, работающие под давлением. В обоих случаях необходимо создавать перепад давления на входе и выходе фильтра. Твердые частицы фильтрующейся жидкости могут оседать на пористой перегородке, образуя осадок, который закупоривает поры, увеличивая гидравлическое сопротивление пористой перегородки. Во всех случаях для эффективного действия фильтра важное значение имеет выбор типа и строения фильтровальной перегородки. Фильтровальная перегородка должна обладать следующими свойствами: - способностью хорошо задерживать твердые частицы суспен зии; - небольшим гидравлическим сопротивлением потоку фильтрата; - возможностью легкого удаления осадка; - стойкостью к химическому воздействию разделяемых веществ; - способностью не набухать при соприкосновений с жидкой фазой суспензии и промывной жидкостью; - достаточной механической прочностью; - теплостойкостью при высокой температуре фильтрования; - невысокой стоимостью.
Гидравлические свойства пористых перегородок трубчатых текстильных фильтров
Поскольку проникновение жидкостей и газов сквозь фильтрующую перегородку может происходить по трещинам и порам, то проницаемость перегородки зависит от ее пористости, которая определяется объемом пор в единице объема намотки и может быть определена по формуле: где: V -объем фильтрующей перегородки; Vnop- объем занимаемый порами в общем объеме фильтрующей перегородки. Поскольку нас интересуют трубчатые текстильные фильтры, в которых в качестве фильтрующих перегородок используются различные виды намоток нитей на перфорированные патроны, то целесообразнее всего пористость фильтрующей перегородки выражать через плотность намотки перегородки и наматываемой нити. В этом случае [39] где: у плотность намотки пористой перегородки, —т; ун- плотность наматываемой нити, —г; Следовательно, для увеличения пористости (а значит и проницаемости) ТТФ с фильтрующей перегородкой, представляющей собой намотку нити на перфорированный патрон, необходимо уменьшать плотность указанной намотки. Если в качестве пористой перегородки используется сомкнутая намотка, то где: с-коэффициент, характеризующий рыхлость нити. Для х/б пряжи с= 1,25 и плотность пористой перегородки сомкнутой структуры намотки: Поскольку все иные виды намоток (замкнутые с различной степенью замыкания, спиралевидные, застилистые) имеют меньшую удельную плотность намотки у по сравнению с сомкнутой намоткой, то они имеют большую пористость и проницаемость [40].
Плотность намоток замкнутой и спиралевидной структур зависит от степени замыкания намотки - р [18]. С увеличением степени замыкания намотки — р число сот возрастает, а их размеры уменьшаются (рисунок 2.3). где: D-диаметр намотки пористой перегородки; р- степень замыкания намотки. Ширина ячейки, измеренная в меридиальном (осевом) направлении: где /0-общее передаточное отношение между веретеном и кулачком нитеводителя. Согласно закону фильтрации Дарси [6] скорость движения жидкости в фильтрующем слое можно определить по формуле: где: J:,- коэффициент фильтрации, — ; / - гидравлический напор жидкости в слое, находящемся на расстоянии хот места фильтрации; - - - градиент изменения напора жидкости по направлению ох фильтрации. Поскольку перепад давления на пути фильтрации лгравен: где: уж- удельный вес жидкости (фильтрата),—j. В случае трубчатого текстильного фильтра скорость подачи фильтруемой жидкости в радиальном направлении со стороны наружной поверхности намотки [39]. где: Ъгн - гидравлический напор на наружной поверхности пористой перегородки, м; г -текущий радиус намотки пористой перегородки, м\ ги -наружный радиус пористой перегородки, м; г0 -радиус патрона, на который намотана пористая перегородка. Расход фильтруемой жидкости в единицу времени (приложение 3): Проницаемость намоток пористых перегородок достаточно полно может быть охарактеризована коэффициентом фильтрации. Для определения коэффициента фильтрации различного вида намоток была создана установка[40].
Установка для проведения исследования (рисунок.2.4) состоит из железной стойки 1, на которой установлен аквариум 2. Внутри аквариума к сливному отверстию, проделанному в боковой стенке и находящемуся на высоте 15см от дна, подключен фильтр 3 . Очищенная вода по сливному шлангу 4 поступает в емкость 5. Емкость 6 объемом 1 л необходима для проведения контрольных измерений. Для обеспечения постоянного перепада давления на фильтрующую перегородку в аквариуме поддерживается постоянный уровень воды, а следовательно, и величина кгн постоянна. В этом случае перепад давления: Суть исследования состоит в следующем: вода в аквариуме пропускается через фильтры с различной структурой намотки (сомкнутой, спиралевидной и замкнутой). Пористая перегородка фильтров изготовлена из полипропиленовых нитей с линейной плотностью Т= 100x2 текс. Регистрируется время t, за которое через фильтр пройдет объем воды равный 1 литру. Определяем скорость фильтраций: где:Q- расход фильтруемой жидкости, м3/с; F- внешняя поверхность фильтра, м2;
Кинематический и динамический анализ мотального механизма с клиновой передачей движения нитеводителю
Кинематическое исследование мотального механизма (рисунок 3.2) позволяет определить окружную скорость и частоту вращения каждого звена мотального механизма [58]. Скорость перемещения рейки 6: где: hK - шаг пазового кулачка, сообщающего движение рейке 6; ик — частота вращения пазового кулачка. где: Нр - размах движения рейки; к- число оборотов кулачка за цикл (один двойной ход) движения рейки 6. Частота вращения кулачка [59] (рисунок 3.2) где: п- частота вращения вала 3; Z3 - число зубьев на малой шестерне; Z4- число зубьев на большой шестерне; где: пм- частота вращения ротора электродвигателя; При работе мотального механизма может произойти отрыв толкателя от клина при движении клина вправо (рисунок 3.7) и заклинивание механизма при движении клина влево (рисунок 3.8). На рисунке 3.7 изображены силы, действующие на толкатель.
Пусть за время t точка М переместилась из положения М/ в положение АІ2 , пройдя по горизонтали путь Sp. Тогда по вертикали шток нитеводителя опустится на высоту h. vT и ат — соответственно скорость, и ускорение опускания штока (3.17) h = SP- tga, Чтобы не нарушался контакт ролика со скошенной пластиной можно использовать пружину, прижимающего ролик нитеводителя к скошенной пластине. Шток должен опускаться со скоростью ит и ускорением ат В этом случае должно выполняться условие:где: Р-вес толкателя (нитеводителя); -суммарная реакция, действующая со стороны клинообразной пластины на ролик толкателя и учитывающая как нормальную реакцию пластины, так и трение ролика о пластину; ог-угол конуса клинообразной пластины; -приведенный угол трения ролика толкателя с клинообразной пластиной; Fu — сила инерции толкателя при его опускании. На рисунке 3.8 изображены силы действующие на толкатель при движений скошенной пластины влево. Здесь: N - нормальная реакция со стороны кулачка на толкатель; Ni N2 - реакции направляющих на толкатель; Sm,SN2 - силы трения в направляющих; Ф - приведенный угол трения ролика толкателя с клинообразной пластиной; fpN- приведенная сила трения ролика с кулачком, учитывающая трение ролика по кулачку и трение скольжения ролика на своей оси. Угол трения ср выразим через коэффициент трения: где: //-коэффициент трения;
Для определения силы давления N кулачка на ролик толкателя и реакции Ni,N2 в направляющих толкателя, напишем три уравнения [64]. Расчеты показали, что при нахождение толкателя в нижнем положении значение плеча А т.е. расстояние от ролика до направляющей принимает наибольшее значение, то в этом положении составляющая Ncos(a + p) вызывающая перенос толкателя, также принимает максимальное значение. Следовательно, максимальное значение угла давления а примет для этого положения т.е. атах = 31 В нашем механизме это условие выполняются т.е. Исходя, из известного значения максимального угла давления огтах=31 определим наибольшее значение высоты намотки бобины. Высоту намотки бобины можно сменять путем смены угла конуса клиновидной пластины. Примем максимальное значение угла конуса пластины 31, тогда высота намотки бобины Hm=Spga, где Sp- размах движения пластины илиНт = 200g3l = 115,мм. Следовательно, максимальное значение высота намотки бобины, которое может получить, на данном мотальном механизме составляет 11,5см.
Расчет себестоимости очистки одного кубометра воды от железа
В настоящее время в очистных сооружениях городов и населенных пунктов для очистки воды от железа используются различные фильтровальные установки [67]. Главным образом для этих целей используются засыпные зернистые фильтры, керамические или тканые фильтры, а также фильтры из нетканых материалов [68].
Тканые фильтры (фильтровальные перегородки которых выполнены из гофрированной ткани) применяются для очистки небольших объемов питьевой воды, при многослойной загрузке емкостей, в которые заливается очищаемая вода [69]. Данные фильтры обладают высокой степенью очистки, но имеют и ряд существенных недостатков: -высокую стоимость; необходимость регенерации (очистки) фильтровальной перегородки обратным током воды или воздуха; -малую грязеемкость и низкий ресурс фильтровального цикла; -склонность к «пробою» фильтровальной перегородки (разрушению ткани при высоких давлениях во время пуска фильтра в работу).
Высокая стоимость тканевых фильтров объясняется тем, что для их изготовления требуются большие трудозатраты и сложная, протяженная технологическая линия, которая включает: мотальное, сновальное, шлихтовальное и ткацкое оборудование.
Плоская структуры и форма фильтровальной перегородки способствует быстрому образованию слоя осадка, препятствующе го процессу фильтрации и для очистки фильтра необходима периодическая регенерация обратным током воды для освобождения фильтровальной перегородки от слоя осадка. Эта операция требует значительных дополнительных энергозатрат и излишнего расхода чистой воды на промывку фильтра, что в свою очередь повышает себестоимость очистки кубометра воды [70].
Самая большая проблема применения плоских тканых фильтров, это склонность к «пробою» - нарушению целостности фильтровальной перегородки и выход фильтра из строя, вследствие того, что весь поток неочищенной воды устремляется через разрушенную структуру фильтровальной перегородки, образованную при «пробое» [70,71].Учитывая вышеуказанные причины, плоские тканые фильтры применяются чаще всего в пищевой промышленности для очистки вин, соков, йогуртов, молока и т.д. Керамические фильтры обладают высокой степенью очистки, но, как и тканые имеют существенные недостатки: -высокую стоимость; необходимость регенерации при длительной эксплуатации; -малую грязеемкость.
Высокая стоимость керамических фильтров обусловлена сложностью технологии их изготовления, которая предполагает подготовку зернистой массы к спеканию, необходимость использования дорогостоящих связующих материалов, а главное муфельных печей для спекания керамики, которые требуют больших затрат электроэнергии [73,74].
Керамические фильтры используются при низких концентрациях железа в воде, так как грязеемкость фильтровальной перегородки мала и требует периодической регенерации, а следовательно дополнительных затрат энергии и воды, что в свою очередь резко повышает себестоимость очистки одного кубометра воды. Фильт ры из нетканых материалов, формируемых пневмоэкструзии расплава полимерных материалов на перфорированные патроны имеют высокую производительность, но ограниченную степень очистки воды, а главное данные фильтры обладают теми же недостатками, что и тканые фильтры, а именно высокой стоимостью и склонностью к «пробою» фильтровальной перегородки [75].
Фильтры из нетканых материалов, несмотря на свои недостатки, нашли широкое применение в дренажных системах при использовании их совместно с засыпными зернистыми фильтрами [72], что в свою очередь приводит к удорожанию очистки одного кубометра воды. В настоящее время нетканые фильтры производят фирмы «Этек», «Экотон», «Экополимер» и ряд других фирм.
Наиболее широкое применение для очистки воды от излишнего железа получили зернистые засыпные фильтры. Они бывают с-нисходящим (сверху внизу) и с восходящим (снизу вверх) потоком воды [76,77]. Фильтры с нисходящим потоком воды могут иметь однослойную и многослойную загрузку объема фильтра кварцевым песком и гравием, либо мелким гранитным щебнем, антрацитом или керамзитом. Толщина слоев засыпки и размеры частиц во фракциях строго регламентированы [78] и обеспечивают требуемую скорость прохождения воды (скорость фильтрования). Следует отметить, что чаще всего подобные фильтры, аэрируемые и в настоящее время используются, на станциях «обезжелезива-ния» грунтовых вод [79,80,81].
Однако, эффективность очистки воды в данных фильтрах по ВПК (вредным предельным концентрациям) не превышает 50%, а по взвешенным частицам и веществам 70%. Основным недостатком существующей технологии является ее низкая эффективность и высокая стоимость ввиду больших затрат на приобретение, доставку и загрузку в фильтры фильтровальных компонентов (кварце вого песка, мраморной крошки и т.д.), процесс обслуживания фильтра также требует больших трудозатрат, затрат воды и электроэнергии на процессы регенерации (очистки) фракций обратным током воздуха [82].
Суммарная себестоимость очистки одного кубометра воды (с учетом содержания в ней железа) достигает 90-120 копеек, не может быть снижена из-за сложившихся цен на сырье и транспортные расходы [83,84].
Наиболее эффективным способом промышленной очистки бытовых и сточных вод от железа, марганца и других мелкодиспер-гированных частиц, является использование трубчатых текстильных фильтров [34,35]. При использовании трубчатых текстильных фильтров полностью отпадает необходимость в засыпных фракциях, т.к. сам процесс очистки воды осуществляется за счет прохождения ее через слоисто-каркасную намотку ТТФ, обеспечивающего грубую и тонкую очистку от частиц до 1 мкм. При этом полностью исключается промывка фильтров, и, следовательно, все затраты, связанные с этим процессом, т.к. очистка фильтровальных элементов ТТФ обеспечивается либо заменой чехлов грубой очистки, либо отмоткой 2-3 -х наиболее загрязненных слоев намотки фильтра. Конструкция ТТФ обеспечивает легкость их замены и сводит затраты на эксплуатацию к минимуму. Доступ обеспечен к любому элементу фильтра, что не возможно в засыпных фильтрах. Заданная скорость и производительность обеспечивается установкой расчетного числа элементов трубчатых текстильных фильтров на сборный коллектор и может изменяться в широких пределах.
