Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование и применение модифицированных материалов при очистке природных вод 8
1.1. Способы обесфторивания воды. Технологии обесфторивания 8
1.1.1. Ионообменные методы удаления фтора из воды 10
1.1.2. Сорбционные методы обесфторивания воды 18
1.1.3. Электрохимические методы обесфторивания воды 23
1.2. Природный клиноптилолит, его активирование и модифицирование 28
1.3. Композиционные материалы со специальными свойствами. Структура, свойства, область применения 40
1.4. Цели и задачи исследования 49
2. Материалы и методы исследования 51
2.1. Применяемые материалы и их свойства 51
2.2. Методики исследования 54
2.3. Планирование эксперимента и статистические методы анализа экспериментальных данных 61
3. Теоретические основы обесфторивания природных вод цеолитсодержащими породами 67
3.1. Физико-химические основы механизма сорбции фтора 68
3.2. Расчет алюмофторидных комплексов 70
3.3. Фильтрационные характеристики цеолитсодержащих пород и их зависимость от гранулометрического состава 75
3.4. Выводы 84
4. Исследование сорбционных свойств цеолитов и материалов на их основе 85
4.1. Изучение физико-химических и механических свойств цеолитсодержащей породы Атяшевского месторождения 85
4.2. Дефторирование воды алюмомодифицированным клиноптилолитом .90
4.3. Изучение сорбционной емкости цеолитсодержащих пород модифицированных серной кислотой 98
4.4. Выводы 112
5. Исследование поровой структуры и свойств цементного композиционного материала, наполненного цеолитсодержащими породами 114
5.1. Строение порового пространства наполненных цементных композиций 114
5.2. Исследование физико-механических свойств наполненных цементных композиций 122
5.3. Влияние модификации на Изменение свойств наполненных цементных композиций 132
5.4. Выводы 143
6.Основные выводы 144
Список использованной литературы 146
- Композиционные материалы со специальными свойствами. Структура, свойства, область применения
- Планирование эксперимента и статистические методы анализа экспериментальных данных
- Фильтрационные характеристики цеолитсодержащих пород и их зависимость от гранулометрического состава
- Изучение сорбционной емкости цеолитсодержащих пород модифицированных серной кислотой
Введение к работе
Комплексное использование сырья является одной из важнейших проблем развития промышленности на современном этапе. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие промышленности, коммунального и сельского хозяйства, что предопределяет рост потребления воды, запасы которой во многих регионах России ограничены. Поэтому, как никогда, актуальна проблема рационального использования природных и водных ресурсов, создания высокопроизводительных безотходных или малоотходных технологических схем и методов очистки воды от токсических веществ и элементов, в том числе и от фтора.
Современная технология, включающая обработку воды активированным углем, ионитами и др. материалами дорогостояща, поэтому предприятия зачастую идут по пути упрощения водоподготовки, ограничиваясь лишь узлом фильтрования, применяя фильтры, загруженные кварцевым песком. Этот материал является сорбционно-неактивным и не обеспечивает необходимого качества воды. Поэтому остро стоит проблема поиска новых фильтрующих материалов, сочетающих в себе полезные сорбционные и фильтрационные свойства. Такие фильтрующие материалы необходимы для современных технологических линий, и особенно для предприятий, использующих для очистки технологической воды только узел фильтрования.
Новым перспективным материалом для повышения качества воды следует считать природные цеолиты. Преимуществом цеолитов по сравнению с другими сорбентами является, прежде всего, их природное происхождение, дешевизна, доступность добычи и обработки, значительные запасы в России и др. странах, уникальный комплекс технологических свойств - сорбционных, ионообменных, молекулярно-ситовых, возможность их модифицирования, утилизации, регенерации.
Актуальность проблемы. Возрастающие требования к качеству воды, особенно для хозяйственно-питьевых целей, повышению эффективности дей-
ствующих и снижению стоимости проектируемых очистных сооружений предопределяют разработку комплексного использования сырья, новых технологических процессов, фильтрующих материалов и реагентов.
Очистка природных вод и использование воды в обороте является важнейшей составляющей этой проблемы. Поэтому остро стоит проблема поиска новых фильтрующих материалов, сочетающих в себе полезные сорбционные и фильтрационные свойства.
Цель работы и задачи исследования. Основной целью работы было изучение возможности использования дробленой модифицированной цеолитовой породы Атяшевского месторождения в технологии очистки природных вод от фторид-ионов, разработка композиционных материалов на основе модифицированных цеолитсодержащих пород республики Мордовии с повышенной сорбционной активностью к фтору, стойких в водных растворах фтора.
В соответствии с общей целью были поставлены и решены следующие задачи:
—разработать методы модифицирования цеолитсодержащих пород республики Мордовии с целью повышения их сорбционной активности и емкости;
—изучить химический и минералогический состав, физико-химические и физико-механические свойства цеолитсодержащих пород Мордовии;
—разработать способы создания на основе модифицированных цеолитсодержащих пород фильтрующих композиционных материалов для очистки воды от фтора;
—исследовать процессы сорбции фтора из воды модифицированными це-олитсодержащими породами;
—разработать композиционные материалы на основе цементного вяжущего и цеолитсодержащих пород с повышенным химическим сопротивлением водным растворам фтора;
—исследовать влияние фторид-ионов в воде затворения на технологические характеристики цементных композиций;
—изучить закономерности изменения физико-механических свойств композитов в водных растворах фтора и разработать методы прогнозирования. Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
изучены физико-механические и химические свойства дробленого кли-ноптилолита Атяшевского месторождения и обосновано его использование в технологии очистки воды;
определены фильтрационные характеристики клиноптилолита;
разработана технология модификации цеолитов с целью повышения сорбционной способности;
исследовано изменение физико-химических показателей качества воды в процессе дефторирования и предложена схема работы фильтрационной установки;
изучены зависимости свойств композиционных материалов на основе цементных вяжущих от состава и способа модификации наполнителя;
установлено влияние фторсодержащих растворов на долговечность композиционных материалов.
Практическая значимость диссертации состоит в предложенной технологии очистки природных вод от повышенного содержания фтора, способах модификации цеолитсодержащих пород Атяшевского месторождения, в предложенных составах композиционных материалов для изготовления сорбентов и защитных покрытий в водоочистных резервуарах.
Апробация. Основные положения и выводы работы обсуждались и одобрены на международных, российских, региональных и республиканских научно-технических конференциях, конференции молодых учёных Мордовского государственного университета, 2000-2002 г.г.; научно-практической конференции «Долговечность строительных материалов и конструкций» МГУ, 2000-2002 г.г.; научно-практической конференции "I Всероссийские Соломатовские чтения" МГУ, 2002 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах печатного текста, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, содержит 19 таблиц и 57 рисунков, список литературы включает 157 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Композиционные материалы со специальными свойствами. Структура, свойства, область применения
Первостепенной задачей современного строительного материаловедения является создание эффективных и экономичных материалов с заранее заданными свойствами и рациональных технологий их получения. Наилучшим образом эта задача решается на пути получения композиционных материалов на минеральных, органических, металлических и иных вяжущих.
Основная цель получения композиционных материалов — в достижении требуемых физико-технических свойств, которые материалы приобретают в результате сочетания свойств исходных компонентов [103].
Композиционные строительные материалы (КСМ), по мнению В.И. Соло-матова, представляют собой искусственные материалы сложных структур, составленные из двух и более мономатериалов с резко различными свойствами и приобретающие в результате такого сочетания комплекс новых свойств, не присущих исходным материалам, но сохранившие в то же время индивидуальные особенности каждого из них [104, 119].
Опираясь на исследования специалистов [105 - 112], можно выделить общие признаки композиционных материалов (КМ): гетерогенность и гетерофаз-ность материалов; их многокомпонентность; существование границ раздела между отдельными компонентами или фазами (особенно это видно из работ Ю.С. Липатова и его школы [105]); отличие физико-технических свойств КМ от свойств составляющих. Это дает основание отнести к КМ среды и системы, состоящие (минимум) из двух фаз или компонентов, взаимодействующих через или посредством границ раздела, свойства которых отличаются от индивидуальных свойств составляющих.
Классифицируют КМ по назначению, виду вяжущего, способам отверждения, технологии получения, размерам и видам армирующих компонентов [103, 106,109,113-117]. С учетом особенностей микроструктуры КСМ разделяются по природе твердения связующего на следующие группы: 1. Твердеющие при понижении температуры— термопластичные (вода и наполненные водные растворы, металлические, асфальтовые и битумные, по лимерные на основе термопластов, на основе стекол, каменного литья, серы). 2. Твердеющие в результате удаления части компонентов жидкой фазы растворителей и разжижителей (лакокрасочные составы, водоэмульсионные связующие, высыхающие мастики и замазки). 3. Твердеющие при физико-химическом взаимодействии с газообразными средами, например, воздухом, углекислым газом, кислородом (связующие на основе воздушной извести, жидкого стекла и др.). 4. Твердеющие при физико-химическом взаимодействии с жидкими средами — водой, растворами кислот, щелочей и солей — с образованием новых солевых и иных более сложных соединений и комплексов (связующие на основе портландцементов и других гидравлических вяжущих, фосфатные цементы). 5. Твердеющие в результате полимеризационных и поликонденсационных процессов на основе термореактивных и термопластичных синтетических смол (замазки, клеи, связующие полимербетонов, стеклопластиков и дре-воп ластиков). 6. Твердеющие при высокотемпературном нагреве (обжиге) в результате превращений образующих минералов и других компонентов (керамические и др.) Нередко твердение связующих и КСМ обусловлено одновременно несколькими факторами, однако всегда один из них является доминирующим. Обязательное условие существования КСМ — непрерывность связующего (вяжущего) в структуре композита. Для получения КСМ необходимо, чтобы часть компонентов (хотя бы один из них) в процессе переработки присутствовала в жидком (точнее, пластичном) виде. Получение КСМ возможно и без реализации адгезионного взаимодействия в контакте фаз, хотя интенсивное взаимодействие желательно для получения прочных и стойких композитов. Классификацию КСМ в зависимости от особенностей макроструктуры целесообразно осуществлять по виду и назначению заполнителей и армирующих материалов. По этим признакам можно разделить пять групп: 1. Полимербетоны — материалы, содержащие заполнители в виде гранул правильной и неправильной формы. В зависимости от крупности заполнителя различаются крупно-, мелкозернистые бетоны, растворы и подобные им материалы. Бетоны (дисперсноармированные или фибробетоны) могут включать хаотично расположенную дисперсную арматуру, поперечные размеры элементов которой соизмеримы с крупностью заполнителей. 2. Армополимербетоны — материалы, содержащие линейные (плоские, стержневые), армирующие элементы с оптимальным геометрическим расположением в структуре и по объему изделий. 3. Дисперсноармированные материалы, составленные из связующих и волокнистых хаотично расположенных заполнителей (некоторые стеклопластики, асбестоцемент, фибролит и др. материалы). 4. Волокнистые композиты, включающие связующие и ориентированные волокнистые заполнители, объединенные в плоские армирующие элементы (СВАМ, стеклотекстолиты, фанера). 5. Бетоны с каркасной структурой, скомпонованной из связующих и заполнителей, объединенных в каркасы по объему изделий (каркасные материалы и изделия, полые элементы). Таким образом, по мере усложнения структуры прослеживается постепенный переход от мономатериалов к композиционным строительным материалам и далее к КС конструкциям. При этом в КМ выделяют матрицу, которую можно рассматривать как непрерывную среду, в которой осредняются физико-технические значения ее составляющих и распределены включения — дискретные элементы произвольных формы и поверхностной активности, придающие КМ заданные свойства.
КСМ можно представить как КМ специального функционального назначения. Объекты их использования: защитные и декоративные покрытия и слои, тампонажные смеси и растворы, строительные конструкции и их элементы, массивы и сооружения, детали и конструкции объектов машино- и судостроения, специальные элементы энергостроительства и энергосистем.
Общее для всей гаммы КСМ — это наличие поверхностей раздела (ПР) между отдельными компонентами или фазами композитов. Поверхность раздела можно представить как область изменения свойств материала при переходе от одного компонента к другому или от одной структуры к другой. На ПР происходит перераспределение деформаций и напряжений между отдельными компонентами и структурами при действии на КСМ технологических, собственных и эксплутационных нагрузок. Специалисты [103, 118] предъявляют к ПР требования по химической стабильности и способности перераспределять возникающие деформации и напряжения между отдельными составляющими. В КСМ выделяют следующие типы взаимодействия ПР [108].
Планирование эксперимента и статистические методы анализа экспериментальных данных
Фтор определяли лан-тан-фторидным электродом с предварительным разрушением алюмо- и желе-зофторидных комплексов ацетатным и универсальным буферными растворами [138, 139].
Исследование сорбционной способности природного клиноптилолита проводили в статических и динамических условиях на лабораторных колонках. В опытах использовались сорбенты в природной и модифицированной формах. Модифицированные сорбенты получали путем обработки природного материала концентрированным раствором солей алюминия, а также обработкой серной кислотой различной концентрации с последующим прокаливанием в муфельной печи. В опытах использовалась искусственно приготовленная фтор-содержащая вода.
Для получения данных о химическом составе исследуемых сорбентов, сведений о механизме сорбции и составе образующихся на сорбентах фторсо-держащих соединений были использованы рентгенограммы и РЖ-спектроскопия.
Под математическим планированием эксперимента понимают постановку опытов по заранее составленной схеме, обладающей оптимальными свойствами с точки зрения объема экспериментальных работ и статистических требований. В основу теории планирования эксперимента положены вероятностно статистические методы, позволяющие теоретически обоснованно установить минимально необходимое число и состав экспериментов, порядок их проведения для получения количественных зависимостей между изучаемым параметром и влияющими на него факторами.
Планирование эксперимента предполагает выбор наиболее существенных факторов и диапазона их варьирования для определения выходных параметров, а также проведение опытов по определенному статистически оптимальному плану (матрице), вид которого определяется характером предполагаемой зависимости (модели).
Общая функциональная модель системы - модель «черного ящика», внутренне устройство которого неизвестно, а исследуются лишь его входы X и выходы Y.
Выражением функциональной модели «черного ящика» в практических исследованиях является полиномиальная модель степени п для К входов:
По данным эксперимента рассчитываются только статистические оценки истинных коэффициентов полинома.
При планировании эксперимента весьма важным этапом является выбор основных факторов. Модель при одинаковых входных воздействиях (факторах) имеет одинаковую с оригиналом реакцию на выходе. Для целенаправленного изменения выходов изменяются значения входных факторов.
Факторы - это изменяемые переменные величины, принимающие в некоторый момент времени определенные значения, контролируемые в процессе эксперимента. К факторам предъявляются следующие требования: совместимость, независимость, достижимость в определении, возможность варьирования в заданных пределах. Предпочтительнее, чтобы факторы имели количественную оценку. После выбора факторов необходимо установить уровни их варьирования. Совокупность всех значений, которые может принимать фактор в пределах эксперимента, называют областью его варьирования. В области определения фактора выбирается подобласть для проведения планирования эксперимента. Выбор этой подобласти включает два этапа: выбор основного уровня и выбор интервалов варьирования. Интервалом варьирования является число, прибавление к которому основного уровня дает верхний, а вычитание - нижний предел. При планировании эксперимента производится нормализация факторов х;. Взамен натуральных значений xi вводятся кодированные х, = Х; - ХОІ / Ах;. После нормализации переменных факторное пространство ограничивается кубом с координатами центра Xj = 0 и вершин X; = ± 1. В матрице планирования факторы даются в кодированном виде.
Количественное или качественное выражение влияния управляющих факторов на функционирование объекта называется выходом или откликом. Факторы и выходы системы являются параметрами оптимизации, которые обеспечивают эффективность с точки зрения достижения цели, оценивают функционирование системы, имеют четкий физический смысл. Существует несколько схем организации эксперимента. Наиболее целесообразно применять схему Г: серия из дублирующих опытов с m = const измерениями в каждом опыте, что позволяет получить п измерений.
Обработку результатов экспериментальных данных проводили следующим образом: определяли среднее арифметическое значение критерия оптимизации в отдельном опыте, среднюю квадратическую ошибку опыта и коэффициент вариации: где уі — численное значение случайной величины, полученное в і-ом опыте; п — количество опытов в одной точке.
Проведение эксперимента неизбежно связано с ошибками вследствие того, что исследуемые зависимости носят вероятностный характер, а полученные уравнения не являются их точной копией, а лишь отображают их с определенной степенью вероятности. Поэтому обязательно нужен статистический анализ, целью которого является оценка значимости коэффициентов уравнений регрессий и проверка адекватности уравнений. При проведении эксперимента необходимо исключить из рассмотрения аномальные измерения (промахи), которые проверяются в каждой строке плана. Если в ряду измерений одной и той же величины один результат резко отличается от других, необходимо выяснить, является ли он результатом грубой ошибки или нет. На основании данных эксперимента рассчитываются средние величины в каждой строке плана, которые участвуют в расчете оценок коэффициентов математической модели. Важнейшей частью исследования является регрессионный анализ модели, основной задачей которого является вычисление параметров и статистическое исследование математических моделей, полученных по экспериментальным данным. Математическая модель процесса определяется с помощью регрессионного анализа; она линейна относительно параметров и представляет собой конченный степенной ряд. Такая модель называется уравнением регрессии. Поверхность, описываемая уравнением регрессии и являющаяся геометрическим отображением процесса, называются поверхностью отклика.
Координатное пространство, на осях которого откладывают значения исследуемых факторов, называется факторным пространством. Уравнение регрессии должно адекватно описывать опытные данные. Адекватность уравнения регрессии указывает на то, что его точность соответствует точности эксперимента. В регрессионном анализе факторы не являются случайными величинами. Каждый из факторов не должен быть связан с другими независимыми переменными. Интервал между значениями факторов в соседних точках должен быть больше, чем ошибка фиксирования факторов.
Фильтрационные характеристики цеолитсодержащих пород и их зависимость от гранулометрического состава
Свободное осаждение частиц в жидкости, стесненное осаждение совокупности частиц, фильтрация жидкости через плотные пористые среды зернистого строения и, наконец, фильтрация через деформируемую в потоке зернистую среду - все эти виды движения весьма часто встречаются в природе и в самых различных областях техники [149].
Осаждение целесообразно использовать для выделения крупных тяжелых фракций взвеси, флотацию - для удаления загрязнений. Фильтрование через зернистый слой используется как завершающий, а во многих случаях - как единственный способ разделения суспензий, поскольку этот процесс обеспечивает высокую степень очистки. Эта его особенность обусловила широкое применение зернистых фильтров в водоочистке. Многие исследователи занимаются изучением фильтрационного процесса и изыскивают способы его интенсификации [150].
В связи с этим можно выделить следующие методы повышения производительности фильтров: 1. Фильтрование в направлении убывающей крупности зерен загрузки, а также укрупнение загрузки с одновременным увеличением высоты слоя с це лью снижения интенсивности прироста потерь напора за счет рассредоточения загрязнений в возможно большем его объеме. 2. Применение различных способов предварительной обработки вод с целью увеличения плотности и прочности задерживаемых фильтром загрязнений, более равномерного их распределения в толще фильтрующего слоя. 3. Применение для загрузки фильтров зернистых материалов с высокой межзерновой пористостью и развитой удельной поверхностью. Каждый из методов в зависимости от конкретных условий обеспечивает повышение производительности фильтров в 1,5 - 3,0 раза. Комплексное использование преимуществ названных методов открывает возможность создания еще более высокопроизводительных конструкций фильтров, значительного снижения капитальных и эксплуатационных затрат. Рассмотрим пористую среду зернистого строения. Проведем мысленно плоскость, перпендикулярную направлению движения жидкости в зернистом слое. В пересечении с телом слоя окажется множество замкнутых контуров различной формы и величины, обрисовывающих сечения отдельных зерен, составляющих слой, данной плоскостью. В промежутках между контурами зерен можно будет наблюдать множество поперечных сечений поровых каналов. Ясно, что жидкость может двигаться только между контурами зерен. Суммарная площадь всех этих промежутков (суммарная площадь поперечных сечений поровых каналов) является живым сечением фильтрационного потока. Живое сечение фильтрационного потока, движущегося в определенном объеме зернистого слоя, равняется суммарной площади пор в сечении слоя, нормальном направлению движению потока: Смоченным периметром обычно называют ту часть периметра живого сечения, которая касается стенок, ограничивающих поток. В случае движения жидкости через пористую среду стенками, ограничивающими поток, являются поверхности бесчисленного множества поровых каналов (поверхности зерен, составляющих слой). Все живое сечение фильтрационного потока обрисовывается множеством контуров зерен в сечении зернистого слоя. Протяженность внешней границы фильтрационного потока (границы водоносного пласта; стенки сосуда, в котором находится пористая среда) обычно несоизмерима мала в сравнении с внутренними границами живого сечения. Поэтому этой частью периметра живого сечения можно пренебречь. Смоченным периметром является, таким образом, сумма периметров всех контуров частиц в сечении Важнейшими количественными характеристиками, определяющими геометрическую структуру пористой среды, являются отношение площади живого сечения потока в выделенном объеме пористой среды к площади поперечного сечения этого объема: и отношение смоченного периметра к площади поперечного сечения выделенного объема:
Если выделить на плоскости, рассекающий слой, несколько весьма малых площадок, включающих каждая лишь по несколько контуров зерен и поровых каналов, можно заметить резкое различие в деталях рисунков сечения зернистого слоя. Это различие обусловлено разнообразием взаимного расположения частиц, составляющих слой, их неправильной формой и различной величиной. Для каждой выделенной площадки величины отношения площади пор к площади всей площадки будут различны. Точно так же будут различаться и величины отношения суммы периметров всех контуров частиц в площадке к ее площади:
Однако, чем больше площадь выделенных площадок сравнительно с размерами контуров частиц и поровых каналов, т.е. чем больше число контуров частиц в каждой площадке, тем все меньше будет относительная разница между величинами m и со, подсчитанными для каждой выделенной площадки.
При достаточно большом размере площадок подсчитанные для каждой большой площадки величины m и со будут практически одинаковыми. Это произойдет потому, что любая достаточно большая площадка (н-р, размером 1 1 м), выделенная на плоскости, содержит такое огромное количество контуров частиц и поровых каналов, что их индивидуальные особенности непосредственно не сказываются. Здесь имеют значение особенности всей совокупности целой системы множества контуров частиц и каналов. Эти особенности, определяемые понятием геометрической структуры пористой среды, находят свое количественное выражение в величинах m и со.
Изучение сорбционной емкости цеолитсодержащих пород модифицированных серной кислотой
Получение однозначной зависимости Г = f (Re) в опытах [151], отличающихся от обычных опытов по фильтрации в плотной пористой среде непрерывным изменением в широком диапазоне структуры пористой среды, является прямым доказательством того, что принятая форма выражений для коэффициента сопротивления и числа Рейнольдса действительно отвечает физическим условиям движения жидкостей через зернистые слои и гидравлический радиус действительно характеризует геометрическую структуру зернистого слоя, т.е. является характерным линейным параметром, так же как и истинная скорость является характерной скоростью.
При технологической оценке фильтрующего материала большое значение имеет гидравлическое сопротивление слоя. По Д.М. Минцу и С.А. Шуберту [152], удельное сопротивление определяется как прирост гидравлического сопротивления загрузки, отнесенный к количеству загрязнений, задержанных фильтром единичной площади. Очевидно, уменьшение этого показателя - путь к повышению производительности фильтров. Один из методов реализации этого приема - снижение гидравлического сопротивления загрузки за счет увеличения ее крупности. Однако укрупнение загрузки без увеличения удельной поверхности зерен ведет к значительному увеличению ее толщины и, следовательно, удорожанию конструкции фильтра. Развитая удельная поверхность дробленых материалов дает возможность увеличить крупность зерен (пропорционально примерно корню квадратному из коэффициента их формы). При этом без увеличения высоты фильтрующего слоя сохраняется одинаковая с кварцевым песком грязеемкость, значительно повышается степень ее использования. Менее ощутимы потери производительности скорых фильтров, если их загрузка из дробленых пористых материалов и недостаточно однородна по крупности. Гидравлическая сортировка частиц неправильной формы и переменной плотности происходит менее четко, чем окатанных зерен кварцевого песка, что обеспечивает более однородный гранулометрический состав фильтрующей загрузки по всей высоте слоя, улучшает условия проникновения загрязнений в ее толщу.
Эффективным способом снижения удельного сопротивления является применение фильтров с движением фильтрационного потока в направлении убывающей крупности зерен загрузки. Этот прием реализуется в скорых фильтрах с двухслойной загрузкой. В большинстве работ, посвященных исследованию таких фильтров, указывается на увеличение их грязеемкости по сравнению с однослойными. Более строгим следует считать заключение об увеличении степени ее использования, поскольку укрупнение зерен верхнего слоя, проводимое с целью увеличения размера пор и за счет этого более глубокого распределения загрязнений, ведет к уменьшению ее суммарной поверхности и, следовательно, грязеемкости. Переход от плотных материалов верхнего слоя (антрацит, антрацитовый штыб, полистирол) к дробленым пористым дает возможность за счет их развитой удельной поверхности существенно снизить этот отрицательный эффект.
Так же как для однослойных фильтров, для каждого слоя двухслойных фильтров не всегда удается приготовить однородную загрузку. Отмеченные при рассмотрении однослойных скорых фильтров недостатки неоднородной загрузки сохраняются и здесь. Более равномерное снижение крупности зерен загрузки при нисходящем фильтровании может быть получено за счет применения многослойных загрузок. Очевидна целесообразность конструирования каждого слоя таких фильтров, так же как и двухслойных, на основе фильтрующих материалов с возможно более эффективными характеристиками. При выборе фильтрующих материалов следует отдавать предпочтение местным, промышленно-доступным, с лучшими, чем у кварцевого песка, структурными и технологическими показателями. 1. Установлено, что извлечение фтора из природных вод сорбентами, модифицированными солями алюминия, происходит за счет образования фторид-ных и оксофторидных комплексов алюминия и закрепления их на сорбентах, т.е. носит характер комплексообразовательной сорбции. 2. Обосновано, что образование тех или иных соединений определяется константой их нестойкости и зависит от рН среды и щелочности. 3. Показано, что эффективность дефторирования существенно зависит от выбора используемых сорбентов. Модифицируемые материалы должны обладать адсорбционной способностью к образующимся в процессе водоочистки фторидным соединениям. 4. Улучшение технологических показателей фильтрующего материала достигается при уменьшении гидравлического сопротивления за счет увеличе ния крупности загрузки.
Похожие диссертации на Разработка сорбентов для очистки воды от фтора на основе модифицированного цеолитсодержащего композита
