ФИЛЬТРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК B01D24/44 

Изобретение относится к устройствам для очистки воды посредством фильтрации подвижным фильтрующим зернистым материалом и может быть в основном использовано для очистки сточных вод на животноводческих комплексах.

Известен способ изготовления фильтра для очистки воды [1] включающий сооружение подводящих и отводящих горных выработок в малопроницаемых скальных породах, формирование вертикальной полости и заполнение ее фильтрующей загрузкой в виде разрушенных горных пород при помощи взрыва, отличающийся тем, что после взрыва часть разрушенных пород, не превышающую 10% от их объема, удаляют.

Недостатком известного технического решения является низкий процент использования подземных горных выработок для фильтрации ввиду того, что взрывные работы не позволяют получить хороший (мелкий, очень мелкий) фильтрационный продукт, что требует больших объемов горных пород. Этот вариант рационально использовать только тогда, когда горные работы осуществляются для других целей, а для фильтрации используются горные выработки после использования их по прямому назначению.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности является вибрационный фильтр [2] содержащий корпус с подвижными и отводящими патрубками соответственно для подачи очищаемой среды и отвода очищенной, слой зернистой фильтрующей загрузки и вибратор и снабженный фильтрующей перегородкой из металлокерамики, установленной между отводящим патрубком и слоем загрузки, и патрубками с заслонками для подачи и отвода загрузки, присоединенными соответственно к верхней и нижней частям корпуса, а вибратор подсоединен к корпусу. Подающий и отводящий патрубки присоединены к боковой поверхности корпуса диаметрально противоположно. Подающий патрубок присоединен к корпусу тангенциально.

Недостатками известного технического решения являются ограниченная производительность и требовательность к качеству фильтрующей загрузки, что не позволяет использовать его для очистки сточных вод на животноводческих комплексах.

Задачей изобретения является повышение производительности и надежности фильтровального устройства.

Для решения этой задачи в фильтровальном устройстве, включающем канал, заполненный фильтрующим зернистым материалом, устройство для загрузки зернистого материала, патрубок для подвода фильтрующей жидкости и вибратор, согласно изобретению, канал выполнен в виде кольца, над устьем которого смонтирован бункер с элементами для порционной загрузки фильтрующего зернистого сыпучего материала. Нижняя часть колодца вскрыта штольней для выдачи фильтрата и отработанного фильтрующего материала.

На сопряжении колодца и штольни в качестве днища колодца установлена вибрационная площадка с вибратором, причем расстояние от кровли штольни до вибрационной площадки должно равняться ширине колодца, а нижняя часть колодца на высоту не менее трехкратной ширины колодца выполнена наклонной под углом 65-85^o к горизонту. Выходное окно для выгрузки отработанного зернистого материала перекрыто перфорированной гибкой перегородкой, всплывающей на зернистом фильтрационном материале при вибрации.

Фильтровальное устройство может быть снабжено дополнительными бункерами с элементами порционной загрузки нейтрализующих компонентов. Нижняя часть колодца может быть вскрыта выработкой, оборудованной скиповой установкой.

Колодец заполняется фильтрующим зернистым сыпучим материалом (например, смесь песка, известняка, каменноугольной золы и т.п.). Предварительно очищенные от грубых включений сточные воды животноводческого комплекса через разбрызгивающее устройство сливаются в колодец. Проходя по зернистому пористому материалу, сточная вода фильтруется, стекая вниз, и через штольню удаляется из устройства. По мере заполнения пор снижается фильтрующая способность. Для оживления фильтрующей способности посредством вибрационной площадки удаляется часть отработанного зернистого материала. Материал разрыхляется, повышается фильтрационная способность. Место расположения вибрационной площадки, соотношение размеров и конфигурация основания колодца обеспечивают, как показали исследования, равномерное истечение и разрыхление зернистого материала по всему сечению колодца. Выходное окно для выгрузки отработанного зернистого материала перекрыто перфорированной (для пропуска фильтрата) перегородкой, всплывающей на зернистом материале при вибрации. Это обеспечивает хороший проход жидкости и надежную защиту от выброса насыщенного водой сыпучего материала. Наличие дополнительных бункеров с элементами порционной загрузки нейтрализующих компонентов позволяет посредством набора компонентов вводить определенные вещества и использовать отработанный фильтрующий зернистый материал в качестве удобрений.

Кроме того, одновременно с фильтрацией устройство позволяет производить бактериологическую обработку сточных вод, для чего через дополнительный бункер возможна подача, например, древесных опилок, измельченной соломы и т.п. с внесением в них необходимых полезных бактерий и микроорганизмов, жизнедеятельность которых обеспечена в колодце круглый год при постоянной температуре и достаточной воздухопроницаемости фильтрационного материала.

Канал фильтрационного устройства выполнен в виде колодца, над устьем которого смонтирован бункер с элементами для порционной загрузки зернистого сыпучего материала, а нижняя часть колодца вскрыта штольней для выдачи фильтрата и отработанного фильтрующего материала.

Это позволяет вести работы по фильтрации стоков животноводческих ферм круглый год без затрат энергии на тепло фильтровального цеха.

На сооружении колодца и штольни в качестве днища колодца установлена вибрационная площадка с вибратором.

Это дает возможность при необходимости производить "оживление" фильтрационного зернистого материала, находящегося в колодце, путем вибрационного воздействия. Вибрационная площадка с вибратором используется для выпуска руды из вертикальных выработок (рудоспусков) высотой 50 м и сечением рудоспусков 4^oC6 м².

Работоспособность такого устройства в условиях шахт подтверждена сотнями миллионов тонн погруженной руды.

С помощью вибрационной площадки из колодца выдается часть зернистого материала, прошедшего весь колодец и в своих порах накопившего частицы фильтрующего материала.

Вибрационный выпуск создает повторное разрыхление материала, находящегося в колодце, и тем самым обеспечивает проход жидкости между частицами.

Расстояние от кровли штольни до вибрационной площадки должно равняться ширине колодца, а нижняя часть колодца на высоту не менее трехкратной ширины колодца выполнена наклонной под углом 65^oC85^o к горизонту.

Это обеспечивает равномерное перемещение зернистого материала при вибрационном воздействии по всему сечению колодца. Указанные выше соотношения получены при исследовании на моделях и подтверждены натурными наблюдениями.

Выходное окно для выгрузки отработанного зернистого материала перекрыто перфорированной для пропуска фильтрата гибкой перегородкой, всплывающей на зернистом материале при вибрации.

Проведенными исследованиями в натурных условиях установлено: для надежного перекрытия окна в днище колодца, заполненном зернистым материалом, насыщенного водой, следует использовать рабочее полотно тяжелого пластинчатого питателя. Полотно обладает большой прочностью, гибкостью, имеет достаточное количество каналов для прохода фильтрата, надежно сдерживает поток зернистого материала благодаря своей массивности, а при вибрационных возмущениях рабочее полотно тяжелого пластинчатого питателя всплывает на зернистом материале, обеспечивая его пропуск. Такое решение повышает надежность работы устройства и исключает самопроизвольный выброс перенасыщенного водой зернистого материала.

Устройство снабжено дополнительным бункером, элементами порционной загрузки, нейтрализующим компонентом, что позволяет при фильтрации стоков проводить нейтрализацию растворенных в ней веществ с получением осадка, который также задерживается в порах зернистого материала. Соответствующим подбором компонентов можно фильтровочный материал использовать в качестве удобрений.

Кроме того, в состав зернистого материала можно вводить смеси, содержащие полезные бактерии и микроорганизмы для биологической обработки стока животноводческих ферм.

Нижняя часть колодца вскрыта выработкой, оборудованной скиповой установкой, что позволяет применять устройство в равнинной местности и располагать вблизи животноводческих ферм, сокращая расходы на коммуникации.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема фильтровального устройства, выполненного на склоне горы, вертикальный разрез; на фиг.2 узел сопряжения штольни с колодцем; на фиг.3 конструкция узла перекрытия выгрузного окна из колодца; на фиг.4 разрез 1-1 на фиг.1; на фиг.5 пример выполнения устройства с тремя расходными бункерами для зернистого фильтрующего материала; на фиг.6 заполнение фильтра тремя видами фильтрующего материала с различными размерами зерен; на фиг.7 пример выполнения фильтровального устройства на равнинной местности с использованием выработки со скиповым подъемником.

Фильтровальное устройство (фиг. 1-7) состоит из колодца 1, над устьем которого смонтирован бункер 2 с элементами 3 порционной загрузки зернистого сыпучего материала. Над колодцем установлен патрубок 4 для слива стока животноводческих ферм. Нижняя часть 5 колодца 1 вскрыта штольней 6 для выдачи фильтрата 7 самотеком и отработанного фильтрующего материала конвейером 8.

На сопряжении нижней части 5 колодца и штольни 6 в качестве днища колодца установлена вибрационная площадка 9 с вибратором 10. Причем расстояние A (фиг.2) от кровли штольни 6 до вибрационной площадки 10 должно равняться ширине B колодца 1. Нижняя часть колодца выполнена наклонной под углом α 65^oC85^o к горизонту на высоту h, величина которой равна или больше трехкратной ширины B колодца 1.

Выходное окно для выгрузки отработанного фильтрующего зернистого материала над вибрационной площадкой 10 (фиг.3) перекрыто перфорированной для пропуска фильтрата гибкой перегородкой 11, выполненной, например, рабочим полотном тяжелого пластинчатого питателя. Практической проверкой установлено, что такая конструкция обеспечивает надежное перекрытие окна и исключает самопроизвольный выброс пересыщенного водой зернистого материала. Кроме того, для подъема перегородки 11 может быть установлено подъемное устройство 12. Колодец может быть выполнен из двух отделений (фиг.4), работающих независимо друг от друга. С целью обеспечения переработки сточных вод для использования в качестве удобрений фильтрующее устройство может быть снабжено дополнительными бункерами 13 и 14 с дозирующими элементами 15 и 16 (фиг.5, 6). При использовании фильтровального устройства в равнинной местности нижняя часть 6 колодца 1 может быть вскрыта выработкой 17 (фиг.7), оборудованной скиповой установкой 18 для выдачи отработанного фильтрующего материала, а фильтрат собирается в зумпф 19 и откачивается насосом (не показан).

Фильтровальное устройство работает следующим образом. Перед началом эксплуатации колодец 1 заполняется фильтрующим зернистым материалом, в качестве которого может быть использован песок, дробленый известняк, зола, шлак и т. п. Возможно в качестве фильтрующего зернистого материала использовать зернистые отходы промышленности, которые при добавлении органической составляющей (она может достигать 0,2^oC04 м³ на кубометр осажденных веществ сточных вод) могли быть использованы в качестве удобрений.

Через патрубок 4 в колодец для фильтрования производится слив сточных вод животноводческого комплекса, предварительно очищенного от грубых включений. Проходя между частицами фильтрующего материала, из жидкости отделяются включения твердых веществ. Жидкость, пройдя по колодцу, фильтруется через перфорации 11, поступает на почву штольни 6 и самотеком выдается на поверхность в хранилище для биологической адаптации.

По мере заполнения пор уменьшается проходимость для жидкости по колодцу. Затем включают в работу вибратор 10. Вибрационной площадкой 9 выдается часть зернистого материала из колодца 1. Происходит разрыхление зернистого материала, восстанавливается фильтрующая способность материала, находящегося в колодце. После этого вибратор 10 выключают, и фильтрация производится без вибрации.

Повторное включение вибратора производится по мере уменьшения фильтрующей способности материала, находящегося в колодце.

Для повышения качества фильтрации нежелательно вести вибрационное воздействие на фильтрующий материал в колодце, когда в него ведется слив жидкости. При постоянном поступлении слива колодец выполняется из двух отделений (фиг. 4), работающих, подменяя друг друга, т.е. по определенному графику, учитывающему фильтрующую способность материала. По завершении слива, например, в первом отделении выдерживается определенное технологией время, затем ведется вибрационный выпуск части отработанного фильтрационного материала, производится дополнение первого отделения колодца новой порцией фильтрационного материала, после чего первое отделение колодца вновь подготовлено к приему слива. Когда в работающем втором отделении ухудшается фильтрация, происходит переключение подачи слива в подготовленное первое отделение колодца, а из второго отделения колодца по истечении технологического времени ведется вибрационный выпуск части отработанной фильтрационной массы. Это позволяет полностью избежать прорыва слива во время вибрационного воздействия, что улучшает качество фильтрации. Отработанный зернистый материал конвейером 8 выдается на поверхность, и он может быть использован в качестве удобрений для полей.

Для более качественной очистки сточных вод от растворенных в ней веществ перед сливом сточные воды могут быть обработаны коагулянтами и химическими компонентами, под действием которых вещества, находящиеся в воде, переходят в осадок. В колодце осадок задерживается в порах фильтрующего материала, что и обеспечивает дополнительную очистку. Кроме того, в фильтрующий материал из дополнительных бункеров 13 и 14 посредством дозирующих элементов 15 и 16 могут вводиться дополнительные реагенты, повышающие качество получаемого удобрения, и могут быть введены зернистые добавки, например опилки и т.п. имеющие бактерии и микроорганизмы для переработки получаемого удобрения. Процесс фильтрации ведется круглогодично при постоянной положительной температуре и удовлетворительной аэрации, что обеспечивает стабильные условия развития вводимых бактерий и микроорганизмов и позволяет получать ценное удобрение с микробиологической переработкой. Чем больше глубина колодца, тем эффективнее переработка сточных вод с получением воды, пригодной для повторного технического использования, и более качественных удобрений.

При использовании фильтровального устройства, смонтированного на равнинной местности, устройство работает аналогичным образом. Отличие заключается в том, что обработанный фильтрующий зернистый материал выдается скипом 18 по выработке 17, а фильтр собирается в зумпфе 19 и подается насосом.

Обслуживание устройства в его подземной части производится по ходу, выполненному в выработке 17, параллельно смонтированному около трассы для движения скипа 18.

Производительность фильтровального устройства инициируется посредством изменения количества включения в работу вибрационной площадки 9.

Использование: очистка сточных вод фильтрованием. Сущность изобретения: фильтровальное устройство содержит колодец, нижняя часть которого сопряжена со штольней для отвода фильтрата, и отработанного фильтрующего материала, бункер со средством для дозированной подачи зернистого фильтрующего материала в колодец, патрубок для подачи очищаемой жидкости и вибрационную площадку для выгрузки отработанного фильтрующего материала. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Фильтровальное устройство, содержащее канал, установленный над его входом бункер со средством для дозированной подачи зернистого фильтрующего материала, патрубок для подачи очищаемой жидкости и вибратор, отличающееся тем, что канал выполнен в виде колодца, нижняя часть которого сопряжена с штольней для отвода фильтрата и отработанного фильтрующего материала, и снабжен вибрационной площадкой, жестко соединенной с вибратором, и гибкой перегородкой с отверстиями, расположенными в месте сопряжения канала и штольни, при этом расстояние от кровли штольни до вибрационной площадки выполнено равным ширине колодца и нижняя часть колодца на высоту не менее трехкратной ширины колодца выполнена наклонной под углом 65 85^o к горизонту. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными бункерами со средством для дозированной подачи в канал нейтрализующих компонентов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть колодца оборудована скиповой установкой.