ФИЛЬТР С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ Российский патент 1997 года по МПК B01D24/46 

Изобретение относится к области очистки жидкости на фильтрах с зернистой загрузкой.

Известен открытый скорый фильтр, состоящий из корпуса с дренажной системой, расположенной внизу, с уложенным на нее слоем зернистой загрузки и сборными желобами промывной воды, расположенными над загрузкой [1]
Основным недостатком фильтра является невысокая грязеемкость зернистой загрузки и производительность фильтра, так как основная часть загрязнений задерживается верхним слоем загрузки [1]
Указанный недостаток частично устранен в фильтре, который дополнительно снабжен гребковым устройством для рыхления загрузки, закрепленным на вертикальном валу [2]
К недостаткам этого фильтра относится сложность и ненадежность конструкции, досрочное окончание фильтроцикла из-за многократного разрушения хлопьев осадка гребками и преждевременного их выноса с очищенной водой.

Известен также фильтр с повышенной грязеемкостью слоя загрузки, дополнительно содержащий устройство для рыхления загрузки, состоящее из горизонтальной рамы, соединенной с поплавками, и плоских вертикальных зигзагообразных пластин, прикрепленных к раме [3]
К недостаткам фильтра относится сложность конструкции, многократное разрушение хлопьев задержанного в загрузке осадка, ведущее к досрочному окончанию фильтроцикла.

За прототип принят фильтр, содержащий набор параллельных неподвижных плоских пластин, вертикально установленных в зернистой загрузке, которые имеют гофрированные поверхности в верхней их части, расположенной над слоем зернистой загрузки [4]
За счет лучшей отмывки загрузки при трении о гофрированные части пластин при промывке и отчасти за счет пристеночного эффекта достигается повышенная грязеемкость слоя и увеличение его производительности.

Недостатком прототипа является невысокая грязеемкость слоя загрузки, так как основная часть загрязнений будет задерживаться в верхних ее слоях, а грязеемкость нижележащих слоев за счет пристеночного эффекта возрастает незначительно.

Цель изобретения повышение грязеемкости загрузки и соответственно производительности зернистого фильтра.

Указанная цель достигается тем, что пластины установлены под углом менее 90^oC к горизонту (преимущественно 35-70^oC), в верхнем слое загрузки выполнены в поперечном горизонтальном сечении зигзагообразными, гофрированными либо имеют другой поперечный профиль в виде системы параллельных лотков или желобов любой формы.

Предлагаемый фильтр (фиг.1) состоит из корпуса 1, слоя зернистой загрузки 2, уложенной на поддерживающие слои 3 и дренажную систему 4. Над загрузкой расположены сборные желоба промывной воды 5. Фильтр оборудован трубопроводами подачи исходной воды 6 и отвода очищенной 7, а также подачи воды на промывку загрузки 8 и отвода грязной промывной воды 9. Плоские неподвижные пластины 10 частично погружены в верхние слои загрузки и установлены наклонно к горизонту. Причем плоские пластины 10 в поперечном сечении могут быть выполнены волнообразными, гофрированными либо быть другого профиля, представляющего собой систему параллельных лотков или желобов трапецеидальной, полукруглой или другой формы (см. фиг.2).

Предлагаемый фильтр работает аналогично известному скорому фильтру. Очищаемая вода подается по трубопроводу 6 в корпус 1, фильтруется сверху вниз через слой 2, собирается системой 4, и очищенная вода отводится по трубе 7. После загрязнения загрузки 2 фильтр выключается на промывку. С этой целью на трубопроводах 6 и 7 закрываются задвижки, а на трубах 9 и 8 открываются. Включается насос, и по трубе 8 подается промывная вода, которая поступает снизу вверх, взвешивает и отмывает зерна загрузки. Загрязненная промывная вода собирается в 5 и отводится по 9 в канализацию. Причем при промывке загрузки зерна будут отмываться от загрязнений не только за счет трения друг о друга, но и за счет оттирания загрязнений при трении зерен о неподвижные наклонные пластины 10 и дополнительной турбулизации потока промывной воды между пластинами. Таким образом, наличие пластин 10 будет способствовать лучшей отмывке зернистой загрузки. После окончания промывки прекращается подача промывной воды по трубе 8 и происходит оседание расширенного слоя зерен загрузки. Однако при этом часть зерен загрузки осядет на наклонные пластины и будет сползать по ним вниз. Из-за шероховатости и наклона пластин скорость сползания будет меньше, чем скорость оседания зерен между пластинами. Поэтому после сползания этой части зернистой загрузки на уже осевший неподвижный слой остальной загрузки образуются холмистые участки, т.е. перед началом фильтроцикла поверхность слоя загрузки приобретает холмистый характер со значительно более развитой площадью фильтрующей поверхности, чем у известного фильтра. За счет этого достигается более высокая грязеемкость верхнего слоя загрузки по сравнению с прототипом. Кроме того, часть очищаемой воды через впадины между холмами и за счет пристеночного эффекта сразу будет поступать вдоль пластин в нижележащие средние слои загрузки, минуя верхние. Это также повысит грязеемкость нижележащих слоев и соответственно всего слоя загрузки по сравнению с известным фильтром.

После промывки предлагаемого фильтра также закрываются задвижки на 8 и 9 и открываются на трубопроводах 6 и 7. Фильтр снова включается в работу аналогично существующему.

Для подтверждения преимущества предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом были проведены опыты на экспериментальной установке, представленной на фиг.3. Установка состоит из трубопровода подачи исходной воды 1, бачка с постоянным уровнем воды 2 с переливной трубой 3, сифона 4, приемной воронки 5, четырех последовательно соединенных фильтровальных колонок 6, выполненных из оргстекла с размерами 100х100х1000 мм с отводным трубопроводом очищенной воды 8 и щита 7 с пьезометрическими трубками, которые соединены резиновыми шлангами при помощи штуцеров с колонками 6.

Установка была смонтирована на заводе хоз.-питьевой воды N1 г. Новосибирска.

Опыты проводились на реальной воде, поступающей после горизонтальных отстойников. В качестве зернистой загрузки использовали альбитофир, который является одним из наиболее эффективных фильтрующих материалов. В каждую колонку внизу помещался слой щебня крупностью 5-10 мм и высотой 100 мм, а затем слой фильтрующей загрузки крупностью 0,8-2,0 мм (эквивалентный диаметр 1,2 мм) высотой 400 мм. Таким образом, общая высота слоя зернистой загрузки составляла 1,6 м. Секционирование общей высоты слоя загрузки осуществлялась по отдельным колонкам с целью изучения грязеемкости отдельных слоев загрузки по ходу фильтрования.

Расход подаваемой на колонки воды и соответственно скорость фильтрования определялись объемным способом и регулировались высотным положением сифона 4. Концентрации взвешенных веществ в поступающей и очищенной воде определялись по прозрачности на фотоэлектрокалориметре и затем находилась по тарировочной кривой в лаборатории завода хоз.-питьевой воды N1.

После окончания фильтроцикла каждая колонка промывалась отдельно, для чего на промываемой колонке снимался верхний колпак и устанавливалась вставка со сборным карманом промывной воды. Выходной шланг из нижней части колонки соединялся с водопроводом. Расход промывной воды регулировался вентилем, установленным на водопроводе. Вся вода после промывки собиралась в сборном бачке емкостью 35 л, и после тщательного перемешивания из бачка отбиралась проба грязной воды, в которой определялась концентрация взвешенных веществ. Общая грязеемкость слоя загрузки в промываемой колонке находилась как произведение концентрации взвеси на объем промывной воды, собранной в сборном бачке.

Когда колонки моделировали работу предлагаемого фильтра, в первую по ходу фильтрования колонку помещалась металлическая наклонная пластина (см. фиг.3). Пластина имела в плане У-образную форму и погружалась в верхние слои загрузки во время ее промывки. Из-за малых размеров сечения колонки (100х100 мм) угол наклона пластины составлял около 60^o, т.е. отличался от оптимального. Разница уровней загрузки над наклонной пластиной и под ней в этих опытах составляла примерно 100 мм.

Было проведено несколько сравнительных опытов. Поскольку СНИП 2.04.02-84 рекомендует скорость фильтрования для крупнозернистых фильтров 8-10 м/ч для песчаной загрузки и 9,5-12,0 м/ч для керамзитовой, в этих опытах скорость фильтрования была принята 10 м/ч. Результаты опытов представлены в таблице, откуда видно, что грязеемкость загрузки у предлагаемого фильтра в 1,75 раза выше известного при практически одинаковых условиях проведения опытов.

Дополнительно для подтверждения преимущества нового фильтра были проведены опыты с пониженной (N 3 и 4) и повышенной скоростями фильтрования (N 5 и 6). Как видно из таблицы, в этих опытах также предлагаемый фильтр имел в среднем в 1,45-1,75 раз выше грязеемкость загрузки по сравнению с известным фильтром и соответственно больше продолжительность фильтроцикла.

На протяжении всех опытов качество очищенной воды после колонок, моделирующих работу известного и предлагаемого фильтра, соответствовало ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая", т.е. содержание взвешенных веществ не превышало 1,5 мг/л.

Таким образом, как показали опыты, предлагаемый фильтр имеет более высокую грязеемкость загрузки и соответственно более высокую производительность по сравнению с известным при различных скоростях фильтрования, исходной концентрации взвеси и различной температуре очищаемой воды.

Дополнительно были проведены аналогичные сравнительные опыты с использованием песчаной и керамзитовой средне- и крупнозернистой загрузки, которые также подтвердили преимущества предлагаемого фильтра по сравнению с известным.

Оптимальная глубина погружения наклонных пластин в зернистую загрузку, угол их наклона и расстояние между ними зависят от вида и крупности загрузки, высоты ее слоя, скорости фильтрования, качества очищаемой воды, материала пластин и т. д. Эти параметры должны уточняться в каждом конкретном случае экспериментально.

Источники информации
1. Клячко В.А. Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М. Стройиздат, 1971, с.219-225.

2. Авторское свидетельство СССР N 718124, кл. B 01 D 23/20, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР N 1607872, кл. B 01 D 24/24, 1990.

3. Авторское свидетельство СССР N 829136, кл. B 01 D 23/24, 1981.

Использование: очистка жидкости фильтрованием. Сущность изобретения: фильтр с зернистой загрузкой содержит корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки и набор неподвижных пластин, выполненных гофрированными, волнообразными или изогнутыми в виде системы наклонных лотков, верхние кромки которых расположены над загрузкой, а нижние - в верхней части слоя загрузки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Фильтр с зернистой загрузкой, содержащий корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, подающие и отводящие трубопроводы и набор неподвижно установленных пластин, верхние кромки которых расположены над слоем загрузки, отличающийся тем, что пластины установлены под углом менее 90^o к горизонту, нижние их кромки размещены в верхней части слоя загрузки и пластины выполнены в горизонтальном сечении гофрированными, волнообразными или изогнутыми в виде системы наклонных лотков. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что пластины изогнуты в виде наклонных лотков, имеющих прямоугольную, трапецеидальную или полукруглую форму.