СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗЕРНИСТОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2001 года по МПК B01D24/46 B01D101/04 

Изобретение относится к области регенерации зернистого фильтрующего материала, используемого для очистки жидкостей (питьевой воды, промышленных стоков и т.д.) от твердых минеральных, биогенных и химических примесей.

Наибольшее распространение на отечественных водопроводных станциях получили, так называемые, скорые фильтры и контактные осветлители. В этих фильтрах вода, проходя через фильтрующий материал (зерна кварца, антрацита, гранодиорита и другие, размером до 2 мм), очищается от примесей, которые оседают, прилипают к частицам, составляющим фильтрующий материал.

Химический состав воды при очистке с помощью такого фильтра остается неизменным.

С течением времени, которое определяется степенью загрязнения воды, фильтрационная способность материала загрузки фильтров снижается, сокращается фильтро-цикл, что требует очистки (регенерации) фильтрующего материала.

Частота регенерации фильтрующего материала зависит от степени его загрязнения и производится от 2-3 раз в сутки до 1 раза в 2 суток.

Промывная вода под усиленным напором прогоняется через фильтрующий материал и сбрасывается вместе с вымываемыми частицами в канализацию.

Промывка фильтрующего материала, один этап которой длится 5-10 минут, требует расхода питьевой воды, составляющего 10-20% от суточной производительности фильтра. Эта вода, как правило, теряется для потребителя.

Несмотря на систематические промывки, фильтрующий материал периодически требует обновления, т. е. полностью заменяется, что связано с отключением фильтра от сети и проведением соответствующего цикла работ по изъятию отработанного материала и загрузки нового.

Предшествующий уровень техники
Известен способ регенерации зернистого фильтрующего материала, предназначенного для очистки природных и сточных вод, включающий воздействие на материал ультразвуковых волн и пропускание сквозь него промывной воды (SU 1366178, 24.02.86).

Недостаток известного способа заключается в том, что он позволяет очищать только малые объемы фильтрующего материала (не более 0,5 м³).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ регенерации зернистого фильтрующего материала, включающий подачу промывной жидкости (воды), при одновременном воздействии на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем, с помощью акустических излучателей, размещенных в слое (RU 2042381, 27.08.95 г.).

Недостатками известного способа являются значительный расход промывной воды и времени, необходимого для регенерации фильтрующего материала, а также наличие в фильтре зон, где промывка осуществляется недостаточно.

Сущность изобретения
Предлагаемое техническое решение позволяет устранить указанные недостатки.

Для этого, при регенерации зернистого фильтрующего материала, предусматривающей подачу промывной воды при одновременном воздействии на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с помощью акустических излучателей, перед подачей промывной жидкости предварительно воздействуют на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с частотой колебаний 5-50 кГц в докавитационном режиме в стоячей воде. При этом воздействие ультразвуковым полем осуществляют одновременно во всем объеме фильтрующего слоя, за счет равномерного размещения акустических излучателей по сечению и высоте слоя фильтрующего материала.

Равномерное размещение акустических излучателей по сечению и высоте слоя фильтрующего материала обеспечивает высокую эффективность очистки за счет исключения образования застойных зон.

Предварительное воздействие на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем в стоячей воде позволяет снизить расход промывной воды или иной жидкости.

Принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на чертеже.

Устройство включает ванну 1, с размещенным в ней слоем фильтрующего зернистого материала 2. Над слоем фильтрующего материала 2 установлены сливные каналы 3, на дне ванны 1 расположены дренажные трубы 4. Над ванной 1 размещены крепежные балки 5, предназначенные для крепления и электромонтажа акустических излучателей (АИ) 6, с расположенными на них монтажными коробками 7, соединенными между собой каналами (трубками), через которые пропускаются питающие провода. Балки крепятся своими концами на краях бассейна (ванны) фильтра специальными планками 8, Каждый акустический излучатель 6 размещен в прочном герметичном корпусе из звукопрозрачного материала. Внутри корпус заполнен минеральным маслом. Для компенсации расширения масла при нагревании, в корпус встроены специальные компенсаторы.

Передача электрического сигнала на излучатель производится от ультразвукового генератора 9 через кабель 10 герметично заделанный в корпус излучателя. Подвеска каждого из излучателей к балке 5 выполнена на стальных тросах 11, концы которых, проходя через блоки 12, установленные на балке 5, крепятся на общую катушку сматывающего барабана 13. Барабан 13 крепится к планке 8 балки 5. На каждой балке крепится определенное количество акустических излучателей.

Электрический монтаж излучателей производится в монтажных коробках 7 балок 5. Питающие провода от монтажных коробок проходят по специальным каналам в балках 5 и вывозятся для подключения к многопозиционной панели блока согласования УЗ-генератора.

Монтаж ультразвукового устройства производится непосредственно перед установкой на ванну фильтра. Производится монтаж излучателей и их электрическое соединение на каждой балке в отдельности.

Тросы 11 крепления излучателей с подвешенными на них АИ наматываются на барабан 13 на предельную длину, при которой излучатели находятся предельно близко от роликов 12 снизу балки 5.

Питающие кабели АИ, смонтированные через монтажные коробки, свешиваются в свободном состоянии. Длина питающих кабелей подбирается такой, чтобы обеспечить погружение АИ на необходимую глубину в воду (жидкость) и/или фильтрующий материал. После монтажа, каждая балка со всеми смонтированными АИ устанавливается на ванну и является самостоятельным конструктивным элементом ультразвуковой установки. Количество таких элементов в составе ультразвуковой установки определяется площадью ванны фильтра и необходимостью размещения на этой площади такого количества АИ, которое обеспечивало бы полную обработку всего объема материала фильтра при заданной акустической мощности излучателя и с учетом закона распространения и поглощения упругих волн в фильтрующем материале.

Акустические излучатели могут быть размещены на любых расстояниях друг от друга по площади и по глубине в фильтрующем материале, возможна концентрация отдельных АИ в застойных зонах, а также размещение АИ над поверхностью загрузки в зоне 14 (на начальной стадии регенерации - это зона стоячей воды), что обеспечивает регенерацию фильтрующего материала в полном объеме.

После установки на ванну фильтра всех смонтированных балок, входящих в состав установки, производится соединение АИ, расположенных на каждой балке в общую схему для подключения к многопозиционной панели блока согласования ультразвукового генератора.

Питание УЗ-генератора осуществляется от промышленной сети 380 В 3-х фаз 50 Гц.

При монтаже установки не требуется специальных подъемных средств. Конструктивные установочные элементы адаптируются к конкретным условиям размещения излучателей на ванне фильтра.

Способ осуществляют следующим образом.

После остановки фильтро-цикла в связи с загрязнением фильтрующего материала, уровень воды в ванне 1 фильтра понижают и устанавливают на уровне дна сливных каналов 3, так, чтобы фильтрующий материал 2 был покрыт слоем воды около 50 см.

Производится включение ультразвуковой установки.

Под действием колебаний, передаваемых через воду от источника УЗ-волн, силы сцепления загрязнителей органического и неорганического происхождения с зернами фильтрующего материала ослабляются. Происходит диспергация инородных фильтрующему материалу частиц (минеральных, биогенных), срыв с поверхности зерен фильтрующего материала пленок коагулянтов, флокулянтов и других.

Процесс отделения загрязнителей от зерен фильтрующего материала сопровождается помутнением воды в связи с переходом загрязнителей во взвеси, что наблюдается визуально.

Продолжительность обработки ультразвуком фильтрующего материала в стоячей воде определяется расчетным путем в зависимости от степени загрязнения, состава и свойств фильтрующего материала.

По истечении расчетного времени, включается поток промывной воды, при этом ультразвуковая установка продолжает работать.

Под действием гидродинамического напора потока промывной воды и энергии упругих колебаний от источников ультразвуковых волн происходит дальнейшее ослабление связей загрязнителей с зернами фильтрующего материала.

Загрязнитель вымывается на водную поверхность, а затем через сливные каналы 3 уносится в отстойник или канализацию.

Время подачи промывной воды и интенсивность ее потока соответствует времени и интенсивности потока при штатной промывке фильтрующего материала фильтра гидродинамическим потоком воды, принятым на каждой конкретной водопроводной станции.

Пример.

Работы по акустическому воздействию на фильтрующий материал проводились на фильтре N 6 осветлительной станции "Донвод" г.Таганрога.

Для сравнения результатов одновременно проводилась промывка фильтра N 3 по технологии, принятой на ОС "Донвод".

После остановки фильтра N 6 для проведения технологической промывки, уровень воды в ванне фильтра понижен и установлен на уровне дна сливных каналов.

Акустические излучатели заглублялись в слой фильтрующего материала на 30 см и размещались равномерно по всей площади поверхности фильтра, так, чтобы их излучение охватывало весь объем фильтрующего материала.

Включалась акустическая установка и осуществлялось акустическое воздействие заданной мощности при частоте сигнала 20 кГц в течение расчетного времени на фильтрующий материал в стоячей воде. По истечении заданного времени акустического воздействия на фильтрующий материал в стоячей воде, включается промывная вода и производится промывка фильтрующего материала при одновременном воздействии на него акустического поля.

Время промывки - 10 минут - установлено при выполнении штатной технологической промывки фильтрующего материала фильтров без акустического воздействия.

После выполнения промывки были взяты пробы фильтрующего материала.

В результате анализа образцов, получено.

По фильтру N 3. На долю загрязняющего материала, представленного алевритопелитовым материалом железисто-кварцево-глинистого состава в конце фильтро-цикла приходится 0,2%, а после технической промывки фильтрующей загрузки 0,004%, т. е. за счет традиционной промывки происходит снижение содержания загрязнителя в загрузке почти в 47 раз.

Расчет массы вымываемого из 1 м² фильтрующей загрузки загрязняющего материала показал, что она для фильтра N 3 составила около 3,5 кг (при этом принималось, что насыпная объемная плотность загрузки составляет 1,8 г/см³, а ее пористость 30%).

По фильтру N 6. Содержание загрязняющего материала (состав его аналогичен составу в фильтре N 3) в конце фильтро-цикла составляет 0,6%, а после промывки (регенерации) фильтрующего материала с использованием акустического воздействия оно снижается до 0,007%, т.е. почти в 85 раз.

Пересчет массовых процентов снижения содержания загрязняющей составляющей в их массу показал, что при применении технологии регенерации фильтрующего материала с использованием ультразвука, из 1 м³ фильтрующей загрузки удаляется около 10,5 кг загрязнителя, что почти в 3 раза превышает результаты традиционной промывки фильтрующего материала фильтра N 3.

Предлагаемый способ позволяет произвести глубокую регенерацию сыпучего фильтрующего материала фильтра для очистки жидкого флюида, особенно воды, в фильтрах больших объемов, (от 25 м² по поверхности зеркала воды), увеличить время фильтро-цикла, что значительно сокращает расход промывной воды, материальных, энергетических затрат и увеличивает время использования фильтрующей загрузки.

При этом физико-химические характеристики исходного фильтрующего материала не изменяются.

Ультразвуковой метод является экологически безопасным, имеет возможности дистанционного контроля и управления, автоматизации, адаптации к конкретным условиям работы и конструктивным особенностям фильтра.

Изобретение предназначено для регенерации зернистого фильтрующего материала в фильтре. Способ включает подачу промывной жидкости при одновременном воздействии на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с помощью акустических излучателей, размещенных в слое фильтрующего материала. При этом перед подачей промывной жидкости осуществляют предварительное воздействие на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с частотой колебаний 5-50 кГц в докавитационном режиме в стоячей воде. Воздействие ультразвуковым полем осуществляют одновременно во всем объеме фильтрующего слой за счет равномерного размещения акустических излучателей по сечению и высоте слоя фильтрующего материала. Изобретение позволяет снизить расход промывной воды, энергетических затрат и увеличить время полезной работы фильтра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ регенерации зернистого фильтрующего материала, включающий подачу промывной жидкости при одновременном воздействии на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с помощью акустических излучателей, размещенных в слое фильтрующего материала, отличающийся тем, что перед подачей промывной жидкости осуществляют предварительное воздействие на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с частотой колебаний 5-50 кГц в докавитационном режиме в стоячей воде. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие ультразвуковым полем осуществляют одновременно во всем объеме фильтрующего слоя за счет равномерного размещения акустических излучателей по сечению и высоте слоя фильтрующего материала.