КОМБИНИРОВАННЫЙ ВОДООЧИСТНОЙ ФИЛЬТР Российский патент 2000 года по МПК B01D24/16 B01D29/56 B01D36/02 

Изобретение относится к промышленной очистке воды с помощью специальных устройств, устанавливаемых в водопроводных и отопительных коллекторах на входе в жилые дома и производственные здания.

Известны устройства фильтров [1,2,3], содержащих фильтрующий элемент из перфорированного материала, выполненный в виде полых конусов с остроигольчатыми, скругленными (сферическими), или с усеченными вершинами, отогнутое основание которых герметично закреплено внутри кольцевого элемента с центральным отверстием или с помощью крышки. При этом очищаемая вода подается на вершину фильтрующего элемента.

Недостатком данных устройств является их функциональная ограниченность, так как фильтр может применяться только для механической очистки жидкостей от макровключений.

Известны устройства для очистки жидкостей корпусного и трубопроводного фильтров [4,5,6], содержащие корпус в виде участка трубы или цилиндра замкнутого типа с подводящим и отводящим трубопроводами, фильтрующие элементы в виде цилиндров, полых сетчатых конусов или усеченных пирамид, соединенных между собой основаниями с целью увеличения фильтрующей поверхности, промывные и очистные устройства в виде трубчатых вилок с соплами, лотков и конических спиралей, размещенных вдоль внутренней образующей конуса, снабженных приводом вращения и патрубком для отвода счищенных загрязнений.

Недостатком данных устройств является конструктивная сложность и дороговизна изготовления, а также их функциональная ограниченность, так как они также предназначены только для механической очистки жидкостей от макровключений, причем в этих устройствах жидкости, подвергаемые очистке, подаются во внутреннюю полость конусов, что затрудняет удаление загрязнений.

В известном фильтре [7], содержащем корпус, входной и выходной патрубки, фильтрующий элемент и кран промывки, запатентовано, по сути, байпасное устройство в виде дополнительного трубопровода с запорным элементом, соединяющего входной и выходной патрубки, снабженные кранами, установленными после дополнительного трубопровода.

Недостатком данного фильтра является то, что необходимые и очень частые промывки фильтрующего элемента проводятся на неработающей насосной установке, что значительно снижает производительность фильтра и его эксплуатационную надежность.

Известен фильтр для очистки жидкостей [8], разделенный поперечной перегородкой на секции первой и второй ступени с различной загрузкой для последовательного фильтрования, снабженный подающим и отводящим трубопроводами, дренажным и промывными системами и желобом для сбора промежуточного фильтрата и промывной воды, расположенным вдоль фильтра в проеме верхней части разделительной перегородки и имеющим придонные отверстия, перекрытые сетками с размерами ячеек, меньшими размеров частиц зернистых загрузок.

Недостатком данного фильтра является громоздкость его конструкции, требующая больших прозводственно-монтажных площадей, а также необходимость применения сложной многоуровневой дренажной системы.

Известны фильтры для очистки жидкостей [9,10], содержащие цилиндрический корпус с зернистыми загрузками, дренажно-распределительные системы в виде перфорированных труб, патрубки для подвода и отвода исходной и очищенной воды, а также специальные устройства для направленного движения исходной жидкости при фильтровании через соответствующие зернистые загрузки. Такими устройствами могут быть тонкостенные цилиндрические перегородки, коаксиально размещаемые в корпусах, заполняемых соответствующими загрузками, состоящие из верхней цилиндрической части с отверстиями (окнами), жестко соединенной с крышкой корпуса, и нижней конической части, присоединенной к днищу корпуса своим большим основанием, или в виде системы труб, коаксиально вставленных одна в другую, где наружная труба, соединенная с входным патрубком, является перфорированной и заглушена внизу, а вторая труба меньшего диаметра, вставленная соосно в первую трубу с торцевым зазором, заглушена вверху и сообщена с радиальными перфорированными отводами, горизонтально выходящими через стенки наружной трубы, где они в ней герметично закреплены с помощью сварки. При включении фильтра [10] в работу исходная жидкость по входному патрубку поступает через распределительную систему в нижнюю часть фильтра, ограниченную конической поверхностью и фильтруется снизу вверх через загрузку этой зоны, а затем через окна поступает в загрузку, размещенную между конической поверхностью и корпусом, и фильтруется сверху вниз. Очищенная вода забирается дренажной системой и отводится по выходному патрубку. При включении в работу фильтра [9] исходная вода, проходя по кольцевому заору между труб, выходит из перфорационных отверстий наружной трубы в зернистую загрузку I зоны для фильтрования и одновременно через торцевой зазор поступает в дополнительную трубу, и через перфорационные отверстия радиальных отводов подается сверху в загрузку II зоны и, пройдя фильтрацию вместе с очищенной водой I зоны, выводится из фильтра.

Существенным недостатком указанных фильтров является отсутствие предварительной механической очистки исходной воды, приносящей все включения непосредственно в зернистую загрузку, промывка которой или не предусмотрена вообще, или затруднена, так как промывка всего слоя загрузки осуществляется за счет подачи промывной воды в нижний слой загрузки, а вывод промывной воды с загрязнениями - через верхний патрубок в крышке фильтра. К существенному недостатку фильтров также следует отнести то, что процесс промывки фильтра требует его обязательной остановки.

Известен фильтр для очистки жидкостей [11], который может применяться как для очистки водопроводной воды, так и в других областях промышленности, где необходимо иметь чистую воду, свободную от солей металлов и органических растворимых примесей. Он содержит, по меньшей мере, два соединенных друг с другом цилиндрических корпуса, в одном из которых размещена загрузка из ионообменной смолы, а в другом - загрузка из активированного угля. Загрузка в каждом корпусе размещена в полиэтиленовых электроизолирующих рукавах, на торцах которых закреплены поддерживающие решетки, крайние из которых выполнены прижимными, а на их боковых поверхностях выполнены кольцевые выступы, в поперечном сечении имеющие форму круга, отношение радиуса поперечного сечения которого к среднему размеру зерна загрузки составляет величину 3 - 5.

Такой фильтр неэкономично применять для очистки воды, поступающей, например, в отопительные системы жилых домов и др. производственных зданий. Тем более указанный фильтр имеет ограниченный срок эксплуатации, так как он также не имеет средств предварительной механической очистки и промывной системы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухступенчатый напорный фильтр [10] , содержащий корпус с зернистой загрузкой, дренажно-распределительную систему, патрубки для подвода и отвода исходной, очищенной и промывной воды и коаксиально размещенную в корпусе с зернистой загрузкой цилиндроконическую перегородку, верхняя цилиндрическая часть которой с отверстиями - окнами жестко прикреплена к крышке корпуса, а нижняя коническая часть своим большим основанием прикреплена к днищу корпуса.

Недостатками данного устройства являются отсутствие средств для предварительной механической очистки исходной воды, затрудненность промывки толстых слоев зернистых загрузок, а также необходимость обязательной остановки фильтра при его промывке.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства, в котором сочетаются сетчатые фильтрующие элементы с повышенной степенью механической очистки воды, с зернистыми загрузками, позволяющими вести ее осветление, а при необходимости, и ее обессоливание, а также способного подвергаться обратной промывке очищенной водой без остановки технологического процесса очистки исходной воды и подачи потребителю чистой воды.

Указанная цель достигается тем, что комбинированный водоочистной фильтр, содержащий корпус, снабженный подводящим и отводящим трубопроводами, зернистую загрузку и промывную систему, выполнен не менее чем из двух секций, последовательно соединенных друг с другом, в которых размещены фильтрующие элементы в виде полых сетчатых конусов, вершины которых направлены навстречу потоку исходной воды, а размер ячеек сетки каждого последующего конуса меньше размеров ячеек сетки предыдущего конуса, оставаясь неизменным по всей поверхности каждого из конусов, при этом в последний из конусов помещена зернистая загрузка, первая из секций фильтра соединена с подводящим, а последняя - с отводящим трубопроводами, к которым параллельно водоочистному фильтру подключен фильтр для обратной его промывки, имеющий аналогичную конструкцию, при этом водоочистной фильтр снабжен промывной системой, соединенной с отводящим трубопроводом фильтра для обратной промывки, промывная система водоочистного фильтра содержит перфорированный трубопровод с жестко присоединенными к нему радиальными перфорированными отводами, расположенными равномерно по всей длине перфорированного трубопровода, проходящего по оси конуса через всю толщину загрузки.

Указанная цель достигается еще и тем, что в комбинированном водоочистном фильтре зернистая загрузка выполнена из керамзита или из кварцевого песка, или активированного угля, или антрацита.

Конуса фильтрующих элементов выполнены или остроигольчатыми, или с усеченными, или со сферическими вершинами.

Фильтр для обратной промывки снабжен аналогичным устройством, как и водоочистной фильтр, и имеет меньшую емкость.

Дополнительной целью является обессоливание воды по требованиям заказчика. Указанная цель достигается тем, что водоочистной фильтр снабжен дополнительной секцией, содержащей зернистую загрузку из ионита КУ-2-8 ч C или эквивалентного ему ионита.

Новым в данном устройстве по сравнению с прототипом является то, что отводящий чистую воду трубопровод фильтра для обратной промывки одновременно является подающим трубопроводом для промывки водоочистного фильтра. В результате исходная вода, пройдя через любой из фильтров, подается потребителю очищенной, при этом обеспечивается необходимое качество воды и уменьшается время очистки (промывки) фильтров.

Последовательная установка нескольких конусов, направленных вершинами навстречу потоку исходной воды, снижает их загрязняемость, повышает степень механической очистки воды, а также повышает ресурс работы фильтра в том числе и за счет увеличения фильтрующей поверхности. Этой же цели способствует и дифференциация размеров ячеек сеток конусов.

Наличие перфорированных трубопроводов с горизонтальными отводами, расположенными равномерно по всему объему зернистых загрузок, является отличительным признаком, позволяющим решать задачи полной и качественной промывки загрузок, так как в отличии от аналогов и прототипа в перфорированные трубопроводы предлагаемого фильтра подается не исходная, а окончательно очищенная вода в направлении сверху вниз.

Введение фильтра для обратной промывки водоочистного фильтра позволило вести промывку и самого себя через водоочистной фильтр чистой водой без остановки процесса очистки исходной воды и подачи чистой воды потребителям также является отличительным признаком, позволяющим решать задачи производственного и технологического характера, связанных с необходимостью непрерывного поступления чистой воды, а также решать задачи медико-экологической безопасности и социально-психологического равновесия среди населения регионов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены общий вид комбинированного водоочистного фильтра в разрезе с представлением на фиг. 1-3 возможных типов конструкций фильтрующих элементов.

Фильтр содержит корпус 1 с подающим 2 и отводящим 3 трубопроводами, состоящий из нескольких секций фильтрации, в которых размещены полые сетчатые конуса 4, 5, 6, на вершины которых подается исходная очищаемая вода из подающего трубопровода 2, причем размер ячеек сетки конусов уменьшается от одного к другому, оставаясь на каждом конусе постоянным. В последнем конусе размещена зернистая загрузка 7. Дополнительная секция, расположенная над конусом 6, содержит зернистую загрузку, выполненную из ионита КУ-2-8 ч C, или эквивалентный ему ионит 8, размещенный в емкости 9. Через емкость 9 и конус 6 проходит трубопровод 10, соединенный с промывной системой 11, служащей для введения чистой промывной воды. Промывная система 11 содержит перфорированный трубопровод 12 с жестко присоединенными к нему перфорированными отводами 13 в количестве не менее четырех штук в каждой из горизонтальных плоскостей, расположенных равномерно по всей длине перфорированного трубопровода 12. Параллельно корпусу 1 водоочистного фильтра к подводящему 2 и отводящему 3 трубопроводам подключен корпус 14 фильтра для обратной промывки, имеющий емкость, меньшую чем у водоочистного фильтра. Отводящий трубопровод 15 фильтра для обратной промывки соединен с промывным трубопроводом 10 водоочистного фильтра. Для сбора и удаления загрязнений водоочистной фильтр содержит грязесборую систему 16, из которой грязь сбрасывается через кран 17 в канализацию.

Промывная система фильтра для обратной промывки (не показана) аналогична промывной системе водоочистного фильтра.

Корпуса фильтров могут быть смонтированы на едином основании 18.

В конструкциях фильтров предусмотрены электроманометры 19, электроавтоматика, световая и звуковая сигнализации (не показаны).

Фильтр работает следующим образом. Подлежащая очистке вода, например для отопительных систем жилых домов и производственных зданий или питьевая вода, поступающая по трубопроводу 2 в корпус 1, распределяется через фильтрующие поверхности конусов 4, 5, 6 и далее проходит снизу вверх через слой зернистой загрузки 7, в которой задерживается основная масса взвешенных микрочастиц (вода осветляется), затем проходит при необходимости (по требованию потребителя) через слой ионита 8, где вода обессоливается, а затем отводится по патрубку 3 к потребителю. При поступлении звуковой или световой сигнализации производится промывка функциональных секций водоочистного фильтра с помощью фильтра для обратной промывки через промывную систему 11 с частичной или полной заменой зернистых загрузок. Для этого прекращают подачу воды по трубопроводу 2 в корпус 1, оставляя подачу воды в корпус 14 фильтра для обратной промывки, из которого очищенная вода через открытый кран 21 подается по трубопроводу 10 под напором в обратном порядке через перфорированный трубопровод 12 с отводами 13 чистая вода поступает и промывает зернистые загрузки 7(8), конусы 4, 5, 6 в направлении сверху вниз, далее через грязевыводящую систему 16-17 сбрасывается в канализацию. В процессе промывки водоочистного фильтра отводящий трубопровод 3 полностью не закрывается, поэтому вода, прошедшая очистку через фильтр для обратной промывки, продолжает поступать потребителям, только немного в меньших объемах.

По окончании промывки водоочистного фильтра закрывают подачу воды через трубопровод 2 в корпус 14, а также закрывают трубопровод 10. Таким образом, промытые системы водоочистного фильтра готовы к работе. Следует открыть подачу воды в трубопровод 2 и в корпус 1. Аналогичным образом можно осуществить обратную промывку самого фильтра для обратной промывки через водоочистной фильтр, не останавливая подачу чистой воды потребителям. Для этого необходимо при закрытых трубопроводах 2 (в корпус 14) и 10 и открытом трубопроводе 15 открыть грязесливной кран фильтра для обратной промывки (не показан) и частично перекрыть выходной трубопровод 3. Тогда чистая вода из водоочистного фильтра в обратном порядке поступает в промывную систему фильтра для обратной промывки и промывает его, не прекращая подачу чистой воды потребителям. При этом процессы работы и промывки фильтров регулируются запорной арматурой, приведенной на чертеже.

Предлагаемый комбинированный водоочистной фильтр позволяет при различных количествах и размерах фильтрующих элементов - конусов и оптимальных объемах зернистых загрузок обеспечить максимальную производительность и эксплуатационную надежность конструкции фильтра в условиях его применения как на входе питьевой и отопительной воды в одноэтажные коттеджи, так и на входе в многоэтажные жилые дома и производственные здания любой этажности и квартирности, включая социальные комплексы, такие как детские сады, школы, больницы и т.д.

Обслуживание таких установок - фильтров в системах очистки питьевой и отопительной воды непосредственно на входе в здания не сложное, достаточно 1-2 дежурных слесаря на уличный квартал с двухсторонним расположением жилых и производственных зданий.

Источники информации
1. Полезная модель РФ N 370, B 01 D 35/02.

2. Полезная модель РФ N 7341, B 01 D 35/02.

3. Полезная модель РФ N 7338, B 01 D 35/02.

4. А.с. СССР N 1787488, B 01 D 35/02.

5. Патент СССР N 1837939, B 01 D 35/02.

6. Патент РФ N 2006253, B 01 D 29/72.

7. Патент РФ N 2067018, B 01 D 35/22.

8. Патент РФ N 2064322, B 01 D 24/18.

9. Патент РФ N 1319367, B 01 D 24/00.

10. Патент РФ N 1719018, B 01 D 24/18.

11. Патент РФ N 2019261, B 01 D 24/10.

Изобретение предназначено для промышленной очистки воды. Комбинированный водоочистной фильтр содержит корпус, снабженный подводящим и отводящим трубопроводами, зернистую загрузку и промывную систему, и состоящий не менее чем из двух последовательно соединенных одна с другой секций, в которых размещены зернистые загрузки и фильтрующие элементы в виде полых сетчатых конусов, вершины которых направлены навстречу движущемуся потоку исходной воды, а размер ячеек сетки каждого последующего конуса меньше размера ячеек сетки предыдущего конуса, при этом зернистая загрузка помещена в последнем из конусов. Первая секция фильтра соединена с входящим, а последняя с отводящим трубопроводами, к которым параллельно водоочистному фильтру подключен фильтр для обратной его промывки, имеющий аналогичную конструкцию меньшей емкости. При этом водоочистной фильтр снабжен промывной системой, соединенной с отводящим трубопроводом фильтра для обратной промывки, содержащей перфорированный трубопровод с жестко присоединенными к нему радикальными перфорированными отводами, расположенными равномерно по всей длине перфорированного трубопровода, проходящего по оси последнего конуса через всю толщину загрузки. Достигается высокое качество очистки воды, а при необходимости ее обессоливание и обратная промывка фильтра без остановки процесса очистки исходной воды и подачи ее потребителям. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированный водоочистной фильтр, содержащий корпус с подводящим и отводящим трубопроводами, зернистую загрузку и промывную систему, состоящий не менее чем из двух последовательно соединенных одна с другой секций, в одной из которых размещена зернистая загрузка, отличающийся тем, что в секциях размещены фильтрующие элементы в виде полых сетчатых конусов, расположенных вершинами навстречу потоку очищаемой воды с уменьшающимся размером ячеек сетки в направлении движения потока, оставаясь неизменным по всей поверхности каждого элемента, при этом, зернистая загрузка помещена в последний из конусов, крайние секции фильтра соединены соответственно с подводящим и отводящим трубопроводами, к которым параллельно водоочистному фильтру подключен фильтр для обратной его промывки, имеющий аналогичную конструкцию, при этом водоочистной фильтр снабжен промывной системой, соединенной с отводящим трубопроводом фильтра для обратной промывки, содержащей перфорированный трубопровод с жестко присоединенными к нему радиальными перфорированными отводами, расположенными равномерно по всей длине перфорированного трубопровода, проходящего по оси конуса через всю толщину загрузки. 2. Комбинированный водоочистной фильтр по п.1, отличающийся тем, что зернистая загрузка выполнена из керамзита, или из кварцевого песка, или активированного угля, или антрацита. 3. Комбинированный водоочистной фильтр по любому из пп.1 - 2, отличающийся тем, что водоочистной фильтр снабжен дополнительной секцией, содержащей зернистую загрузку, в которой расположен промывной перфорированный трубопровод. 4. Комбинированный водоочистной фильтр по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что зернистая загрузка выполнена из ионита КУ-2-8сЧ или из эквивалентного ему ионита. 5. Комбинированный водоочистной фильтр по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что вершины конусов выполнены остроигольчатыми, или усеченными, или сферическими. 6. Комбинированный водоочистной фильтр по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в фильтре для обратной промывки расположена промывная система, аналогичная расположенной в водоочистном фильтре. 7. Комбинированный водоочистной фильтр по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что фильтр для обратной промывки имеет емкость меньшую, чем у водоочистного фильтра.