Ученые КНИТУ-КАИ получили патент на комбинированный фильтр для очистки промышленных стоков

Ученые Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н.Туполева – КАИ (КНИТУ-КАИ) разработали комбинированный фильтр для очистки промышленных сточных вод. Фильтр позволяет очищать промышленные сточные воды от масел, нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов непрерывно, с регенерацией, без прерывания процесса очистки на технологические остановки, что повышает качество и производительность процесса.

Предложенный учеными КНИТУ-КАИ комбинированный фильтр содержит патрубки подвода исходной и отвода загрязненной воды, зоны очистки из гранул пенополиуретана (ППУ) и зоны очистки на основе цеолита.

Корпус фильтра выполнен в виде двухъярусных полых дисков с вертикальной осью вращения, с приводом от общего вала, заполненных, по ходу движения очищаемой воды, верхний - гранулами ППУ, нижний - гранулами цеолита.

Каждый диск ограничен непровальными сетками для насыпных элементов, диски расположены с эксцентриситетом, имея общую магистраль прохода воды. Верхний диск, заполненный гранулами ППУ в зоне регенерации перед валками, оборудован патрубком подачи нагретого раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ). Под валками отжима имеется патрубок с лотком сбора отжима. Нижний диск, заполненный цеолитом, в зоне регенерации имеет патрубок подачи регенерирующего раствора, под диском имеется патрубок отвода раствора. Вращение обоих дисков производится от общего привода. Скорость вращения назначается по самому медленному процессу, в зависимости от времени исчерпания сорбционной емкости.

По сообщению пресс-службы КНИТУ-КАИ, известны фильтры с использованием комбинации различных методов очистки, например, по патенту полезной модели №189 246 «Фильтрующий патрон». В том устройстве используется поэтапно очистка сначала в слое засыпки грубой очистки, а потом в тканевом фильтре с мелкой ячейкой. Проводится фиксация потерь давления в фильтрующих слоях. Далее, после исчерпания сорбционной емкости, фильтрующий патрон теряет свои функциональные характеристики и требует замены.

В другом кассетном фильтре (патент №2174 962) используется эластичный сорбент из ППУ, но при этом исходная вода должна быть очищена от твердых загрязнителей. Используется набор из шести фильтрующих кассет, которые подвергаются механическому отжиму, а после исчерпания сорбционной емкости подлежат регенерации и замене. Для этой операции процесс очистки приостанавливается, что ухудшает производительность процесса очистки.

За прототип принят фильтр (патент полезной модели №224 952), в котором используют систему сменных кассет с осуществлением механической и сорбционной очистки сточных вод.

Замену использованных кассет производят поочередно. Отмечаются недостатки прототипа. Так, поочередная замена использованных кассет требует дополнительного технического времени. Также простое сочетание механической фильтрации и сорбции не позволяет достигать качественной очистки от загрязнений, так как во многих случаях загрязняющие компоненты бывают комплексными и содержат как твердые вещества, масла, нефтепродукты, так и растворенные компоненты. Присутствие тонкой пленки масел и нефти на поверхности ППУ не позволяет качественно достигать очистки при отжиме и сорбции.

В предлагаемом учеными КНИТУ-КАИ устройстве исходная загрязненная вода начинает подаваться через патрубок в слой сорбента, находящегося в верхнем диске. Проходя через слой сорбента в верхнем диске, вода очищается от твердых загрязнителей, масел, нефтепродуктов. По мере прохождения сорбента вода очищается от этих компонентов, а сорбент приближается к исчерпанию сорбционной емкости. Не доводя концентрацию загрязнителей в сорбенте до насыщения, диск поворачивается в соответствии с назначенным числом оборотов. Таким образом, загрязненная вода постоянно контактирует со свежим сорбентом.

В соответствии с заданной скоростью вращения диска, после насыщения, отработанный сорбент попадает в зону регенерации. На сорбент через патрубок подается горячий раствор ПАВ, который уменьшает адгезию масел и нефтепродуктов с сорбентом и способствует очистке сорбента. После этого, при вращении верхнего диска, слой сорбента поступает в зону отжима, где под давлением отжимных валков полностью освобождается от масел и нефтепродуктов.

Продукты отжима удаляются через патрубок. Отжим гранул ППУ осуществляется давлением валков на верхние непровальные сетки. Гранулы ППУ валками прижимаются к нижним сеткам, эластичность которых ограничивается радиальными спицами. Отжимные валки свободно вращаются в осях кронштейна при вращении верхнего диска. После зоны отжима очищенный состав гранул ППУ при вращении верхнего диска вновь попадает в зону действия патрубка и далее весь процесс очистки воды первого этапа повторяется. Сточная вода, очищаясь от масел и нефтепродуктов на первом этапе, попадает в зону действия нижнего диска и проходит через слой насыпных гранул цеолита. В этом слое происходит ионообменная сорбция, при которой вода очищается от ионов тяжелых металлов. Для исключения разбрызгивания, между верхним диском и нижним диском установлен направляющий патрубок.

Очищенная вода, освобожденная от ионов тяжелых металлов, через другой патрубок отводится на повторное использование. Гранулы цеолита, после достижения зоны насыщения, при исчерпании сорбционной емкости, при вращении нижнего диска попадают в зону регенерации, где из патрубка подвода регенерирующего раствора подвергаются регенерации, освобождаются от ионов тяжелых металлов. После использования регенерирующий раствор удаляется через еще один патрубок. Вращение верхнего и нижнего дисков осуществляет синхронно от одного привода и назначается, в зависимости от характера достижения зоны насыщения, по экспериментальным зависимостям.

«Таким образом использование предложенного устройства позволяет очищать промышленные сточные воды от масел, нефтепродуктов и ионов тяжелых металлов непрерывно, с регенерацией, без прерывания процесса очистки на технологические остановки, что повышает качество и производительность процесса», - рассказывает старший преподаватель кафедры общей химии и экологии КНИТУ-КАИ Гульнара Габдрахманова.

Предложенная полезная модель может быть использована в нефтедобывающей, химической промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях.

Ученым КНИТУ-КАИ Федеральной службой по интеллектуальной собственности в 2026 году выдан Патент на полезную модель RU 243 515.

Фото: КНИТУ-КАИ