1. Ёмкость для обрабатываемой воды;
2. Пьезокристаллического активатора (5 м³/час);
3. Сверхзвукового эжектора (5 м³/час);
4. Насоса «Espa» (1,1 КВт);
5. Соединительной арматуры и запорных шаровых вентилей.

На фото в стаканах справа на лево: водопроводная вода, вода обработанная пьезокристаллическим активатором и вода обработанная пьезокристаллическим активатором и сверхзвуковым эжектором. Обработка воды проводилась в течение 30 минут, при этом температура воды достигла 45⁰С (исходная температура - 17⁰С). После обработки вода была отфильтрована на тестовой испытательной установке ВДФК - 0,03.

Предварительные исследования по фильтруемости пульп проводятся на тестовой лабораторной установке ВДФК-0,03, состоящей из одного тестового фильтрующего элемента и соответствующего оборудования в лабораторных условиях. В случае положительных результатов тестовых испытаний проводятся дальнейшие исследования и подбор фильтрующей установки под требования заказчика. Схема тестовой фильтрующей установки ВДФК - 0,03 приведена в разделе 2.2 настоящего отчёта на рис. 1.

Одним из главных решений в проведении тестовых работ является подбор наиболее эффективных фильтрующих элементов для фильтрации пульпы заказчика.

Керамические фильтрующие элементы (1,2) изготавливаются из пористых керамических материалов с регулируемым размером пор от нано до микро размеров. Требования к керамическим материалам и, соответственно, фильтрующим элементам зависят от характеристик пульп заказчика.

В отличие от других производителей керамических пластин, НТЦ «Бакор» производит различные типы фильтрующих элементов, соответствующих конкретным параметрам концентратов, с определенным размером пор и технологий нанесения конкретного типа мембранного покрытия. Структура мембранного покрытия зависит от технологии ее нанесения на керамический элемент и обеспечивает:

- высокую прочность и стойкость к перепадам температур;

- высокую кислото- и щелочестойкость.

Материалы конструкции фильтрующих элементов:

1) Al₂O₃ - огнеупорный и химически стойкий твёрдый материал. Искусственно синтезированный синтетический корунд (88 - 99% Al₂O₃). Применяется как абразивный и огнеупорный материал. Химически стоек, нерастворим в кислотах.

2) SiC - карборунд, тугоплавкий и химически стойкий материал, по прочности уступает лишь алмазу и нитриду бора. Используется как абразивное и огнеупорное вещество.

Двухкананальное устройство фильтрующего элемента уменьшает негативные воздействия гидравлического удара при обратной промывке.

Штуцер фильтрующего элемента изготавливается из нержавеющей стали или пластика.

ЗАО «НТЦ БАКОР» выпускает несколько типов фильтрующих элементов: с мембраной (размеры пор 3 - 5 мкм) и без мембраны (размеры пор 20 - 70 мкм), обеспечивающих наиболее высокую производительность при фильтрации пульп различного гранулометрического состава. При нормальной эксплуатации средний срок службы фильтрующего элемента составляет 1,5 - 2 года, максимальный - 4 года.

Одним из стандартных средств моделирования реального процесса фильтрации является лабораторный тестовый керамический фильтр ВДФК - 0,03 с площадью фильтрации 0,03 м², используемый в лаборатории. Схема тестовой установки приведена на рисунке 1:

Рис. 1 Схема тестовой установки для проведения испытаний с целью подбора фильтровальных установок типа ВДФК.

Тестовая фильтрующая установка ВДФК - 0,03 состоит из следующих элементов:

1. Мешалка;
2. Керамический фильтрующий элемент;
3. Ёмкость с фильтруемой суспензией;
4. Колба для отбора фильтрата;
5. Водокольцевой вакуумный насос;
6. Вакуумметр 0 - 1 кгс/см²;
7. Напорно - всасывающие шланги;
8. Шланг для подачи воды на вакуумный насос;
9. Шланг для сброса воды с вакуумного насоса;
10. Вакуумный кран.

3. Процедура проведения тестовых испытаний.

Проведение тестовых испытаний состоит из следующих стадий:

1. Собирается тестовая установка (рис.1).
2. Перекрывается кран поз.10.
3. Включается вакуумный насос  достигается разрежение в системе до 0,8 - 0,9 кгс/см² .
4. С помощью мешалки (дрели) готовится пульпа для фильтрования до получения однородной массы.
5. Полностью погружают керамический фильтрующий элемент в ёмкость с приготовленной суспензией.
6. Открывают кран 10 и засекают по секундомеру время фильтрации. В это время происходит «налипание» осадка на поверхность фильтрующего элемента.
7. Керамический элемент вынимают из суспензии и сушат образовавшийся осадок на поверхности элемента в течении 15 -60 секунд и перекрывают кран 10.
8. Образовавшийся осадок снимают с поверхности фильтрующего элемента, взвешивают и определяют его влажность.

4. Результаты проведённых исследований.

4.1. Фильтрация воды.

Для фильтрации водопроводной воды и полученной в ходе её обработки суспензии окисленного железа нами был выбран керамический фильтрующий элемент с мембраной с порами размером 1 - 5 мкм.

Данные по фильтрации обработанной и необработанной водопроводной воды представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Фильтрация обработанной и необработанной водопроводной воды.

* - Средний показатель из 3-х измерений.

С использованием нового пьезокристаллического активатора при фильтрации обработанной активатором и эжектором воды били получены результаты, приведённые в таблице 2.

Таблица 2.

Фильтрация обработанной новым активатором и эжектором водопроводной воды

Примечание.  В таблице 1 - активатор неадаптированный для систем фильтрации. В таблице 2 - новый активатор, адаптированный для систем фильтрации (показал наилучшие результаты).

4.2. Фильтрация суспензии, обработанной пьезокристаллическим активатором.

Для обработки пьезокристаллическим активатором была выбрана суспензия шлама эмалировки посуды ОАО «Лысьвенский Металлургический Завод». Выбранная суспензия ранее была успешно разделена с применением секторного керамического элемента с мембраной 3-5 мкм.

В ходе исследований была проведена фильтрация необработанной суспензии на секторном керамическом элементе с мембраной 3-5 мкм, затем суспензию в течении 15 минут обработывали пьезокристаллическим активатором. Обработка суспензии показана на фото 6.

Фото 6. Обработка суспензии пьезокристаллическим активатором.

Затем при перемешивании проводили фильтрацию суспензии (фото 7).

Фото 7. Кек суспензии на секторном керамическом элементе.

Получали кек суспензии белого цвета (фото 8).

Фото 8. Кек суспензии шлама.

И прозрачный фильтрат воды желтоватого оттенка (фото 9)

Фото 9. Фильтрат воды.

Полученные входе исследований данные приведены в таблице 3. Фильтрацию проводили при вакууме -0,72 атм и температуре суспензии 32⁰С.

Таблица 3.

Фильтрация необработанной и обработанной пьезокристаллическим активатором суспензии шлама.

В таблице приведены средние значения показателей из 3-х опытов по фильтрации.

4.3. Фильтрация воды на установке тангенциально-тупиковой фильтрации.

Установка концентрирования суспензий состоит из закреплённых на вращающемся полом валу керамических дисков. Суспензия подаётся в установку насосом. Вращение дисков предотвращает оседание осадка на дисках, а капиллярный эффект обеспечивает фильтрацию очищенной воды.

Нами проведена сравнительная фильтрация необработанной и обработанной пьезокристаллическим активатором водопроводной воды при разном давлении в установке. Исследования  проводили на установке с тремя дисковыми керамическими элементами с площадью фильтрации  0,18 м².  Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Фильтрация воды на установке тангенциально-тупиковой фильтрации.

Заключение

В отчете  описана  методика обработки водопроводной воды пьезокристаллическим активатором и сверхзвуковым эжектором и её фильтрации с помощью секторного керамического элемента на лабораторной тестовой фильтрующей установке ВДФК - 0,03.

В ходе проведения работ показано, что при обработке водопроводной воды пьезокристаллическим активатором происходит:

1. Окисление находящегося в воде железа, который усиливается при использовании активатора совместно со сверхзвуковым эжектором.
2. Скорость фильтрации воды через керамический фильтрующий элемент после обработки возрастает на 10 - 15%. Скорость фильтрации воды при использовании нового активатора возросла на 41-42%.
3. Скорость фильтрации суспензии шлама эмалировки посуду, обработанной пьезокристаллическим активатором возросла на 11%.
4. Скорость фильтрации воды на установке тангенциально-тупиковой фильтрации возросла на 12-13 %. 

Необходимо отметить, что возрастание скорости фильтрации наблюдается несмотря на повышение температуры воды и загрязнение мембраны фильтрующего элемента частицами окисленного железа.

На основании проведённой работы можно сделать следующие выводы:

1. Обработка воды приводит к окислению и выпадению соединений железа.
2. Скорость фильтрации воды после обработки возрастает на 40-42 %.
3. Скорость фильтрации воды на установке тангенциально-тупиковой фильтрации выросла на 12-13%.
4. Необходимо продолжить работы по использованию пьезокристаллического активатора при фильтрации реальных суспензий.

В качестве результатов работы  выступает настоящий отчет.