УСТРОЙСТВО ОТВЕТВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ СКОРОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2001 года по МПК E03B3/18 

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к сооружениям для очистки природных и сточных вод и предназначено для использования в дренажно-распределительных системах большого сопротивления скорых фильтров, а также в других дренажных системах.

Для удаления из воды взвешенных и коллоидных частиц используют скорые осветлительные фильтры, представляющие собой резервуары, загруженные фильтрующими слоями зернистого материала (кварцевый песок, дробленые антрацит и керамзит и др.) с поддерживающими слоями гравия, под которыми размещена дренажная система для сбора отфильтрованной и равномерного распределения промывной воды.

Качество фильтрата во многом зависит от эксплуатации скорых фильтров в процессе их промывки (не реже одного-двух раз в сутки), поэтому такие показатели, как интенсивность подачи промывной воды, продолжительность промывки, общий расход воды, степень равномерности распределения воды, расширение слоев фильтрующей загрузки, качество и полнота их промывки имеют особое значение (Л.А.Кульский, П.П.Строкач. Технология очистки природных вод. - Киев: Выща школа, 1981, с. 134 -135).

На большинство упомянутых показателей оказывают существенное влияние особенности выполнения дренажно-распределительной системы скорого фильтра, которая должна обеспечивать высокую степень равномерности распределения воды по рабочей площади фильтра во время сбора фильтрата и при промывке фильтра.

Дренажно-распределительные системы скорых фильтров выполняются в виде центрального коллектора с ответвлениями из перфорированных труб, протекание промывной воды через отверстия которых, благодаря большому гидравлическому сопротивлению, обеспечивает равномерность распределения воды по площади фильтра.

Известно устройство ответвления дренажной системы скорого фильтра, содержащее перфорированную трубу с щелевыми отверстиями, размещенными равномерно поперек оси и по периметру трубы не менее чем в два ряда ( Исследование распределительных (дренажных) систем фильтров. Выдача технического задания на проектирование распределительных систем фильтров для водопроводных станций г. Москвы. Отчет по НИР N 2.2. - М.: МосводоканалНИИпроект, 1980, с.24- 35, инв. N 5879051)
Распределительная система с ответвлениями такой конструкции исключает необходимость использования поддерживающих гравийных слоев. Общая площадь отверстий перфорированной трубы составляет 1,5-2% рабочей площади фильтра (СНиП 2.04.02-84, с.34).

Недостаток известного устройства обусловлен засорением (кольматацией) щелей частицами песка, образовавшегося при истирании зерен фильтрующего материала, а также деформацией щелей из-за непосредственного контакта с последним, в результате чего не обеспечивается равномерность распределения промывной воды по поверхности фильтра, а также снижается механическая прочность устройств ответвления, так как кольматация в ряде случаев становится причиной резкого повышения сопротивления и разрыва щелеванной трубы. Равенство расхода воды через отверстия известного устройства может быть достигнуто лишь за счет увеличения потерь напора в них, что ограничивается технико-экономическими соображениями.

Известное устройство, кроме того, нетехнологично в изготовлении, так как для нарезки узких щелей на цилиндрической поверхности требуются специальные фрезы.

Известно также устройство ответвления распределительной системы скорого фильтра, содержащее перфорированную трубу с круглыми отверстиями, расположенными по всей ее длине в два ряда со смещением их в рядах, равным половине шага между отверстиями (СНиП 2.04.02-84, с.34). Диаметр отверстий составляет 150-200 мм, а общая площадь отверстий составляет 0,25- 0,5% от рабочей площади фильтра. Предусмотрено использование гравийных поддерживающих слоев.

Данное устройство, по сравнению с ранее описанным аналогам, более технологично в изготовлении.

Однако при промывке скорого фильтра с распределительной системой такой конструкции не исключена возможность сдвига гравийного слоя и несанкционированное перемешивание взвешенных зерен фильтрующего материала с гравием поддерживающих слоев, что приводит к нарушению целостности гравийной загрузки и засорению отверстий дренажа зернами фильтрующего материала. Кольматация препятствует равномерному распределению промывной воды по рабочей площади фильтра, вследствие чего снижается интенсивность и не обеспечивается полнота промывки, что отрицательно сказывается на качестве фильтрата. Устранение этих недостатков достигается, как и в предыдущем аналоге, за счет повышения потерь напора, что экономически нецелесообразно.

Прототипом заявляемого устройства является устройство ответвления распределительной системы скорого фильтра, содержащее перфорированную трубу и фильтрующий элемент, установленный соосно с внутренней поверхностью перфорированной трубы и с зазором относительно последней. (Исследование распределительных (дренажных) систем фильтров. Выдача технического задания на проектирование распределительных систем фильтров для водопроводных станций г. Москвы. Отчет по НИР N 2,2. - M.: МосводоканалНИИпроект, 1980, с. 93 - 100, инв. N 5879051). Фильтрующий элемент этого устройства выполнен в виде пористой керамической трубы толщиной 60 мм с размером пор(100±20)мкм. Таким образом обеспечивается двойное распределение промывной воды: сначала через перфорированную трубу в полость, образованную внутренней поверхностью фильтрующего элемента и наружной поверхностью перфорированной трубы, а затем через пористую керамическую трубу в толщу фильтрующей загрузки. В отличие от предыдущих аналогов, такая конструкция устройства ответвления исключает непосредственный контакт дренажных отверстий с зернами фильтрующего материала, приводящий к кольматации отверстий и потерям напора в них. С другой стороны, наличие компенсационной полости способствует повышению степени равномерности распределения промывной воды по поверхности фильтра.

Однако при экспериментальных исследованиях установлено, что поры керамической трубы очень быстро кольматируются в режиме фильтрования и их фильтрующая способность не восстанавливается при обычной водной промывке. Полнота промывки в этом случае достигалась лишь при использовании водовоздушной промывки, что увеличивает эксплуатационные расходы. На полноте промывки также отрицательно сказывается неопределенность величины компенсационной полости, что обусловливает дополнительные потери напора в ней.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства ответвления распределительной системы скорого фильтра, в котором за счет нового выполнения фильтрующего элемента и образования компенсационной полости определенной величины уменьшались бы потери напора в устройстве ответвления при промывке фильтра, благодаря чему обеспечивалось бы равномерное распределение промывной воды по рабочей площади фильтра без дополнительных эксплуатационных затрат и при высоком качестве фильтрата.

Для решения поставленной задачи в устройстве ответвления распределительной системы скорого фильтра, содержащей перфорированную трубу и фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы и с зазором относительно последней, согласно изобретению фильтрующий элемент выполнен в виде фильтровальной сетки, а площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью последней и наружной поверхностью перфорированной трубы определена из соотношения
0,25S_заз≅ S_отв≅2,0S_заз,
где S_отв- общая площадь отверстий перфорированной трубы, S_заз - площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью фильтровальной сетки и наружной поверхностью перфорированной трубы.

В конкретном примере устройство снабжено двумя слоями, между которыми расположена фильтровальная сетка, выполненными из жгутов стекловолокна, уложенных с образованием ячеек в каждом слое таким образом, что ячейки в слоях смещены относительно друг друга.

Фильтровальная сетка, например, жестко связана со слоями из стекловолокна.

Фильтровальная сетка в конкретном примере выполнена тканой из полимерных мононитей с ячейками, размер которых соответствует крупности зерен фильтрующей загрузки.

Фильтровальная сетка установлена, например, на опорных кольцах, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы.

В конкретном примере перфорированная труба выполнена с круглыми отверстиями, расположенными по всей ее длине в два ряда со смещением их в рядах, равным половине шага между отверстиями.

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечивает, по сравнению с прототипом и аналогами, уменьшение потерь напора при промывке скорого фильтра благодаря использованию фильтрующего элемента, выполненного в виде фильтровальной сетки, и созданию компенсационной полости определенной величины между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью перфорированной трубы, что обеспечивает равенство суммарных потерь напора в разных местах распределительной системы.

Известно, что при промывке фильтра отдельные струи воды проходят разными путями с разными гидравлическими сопротивлениями. Общие потери напора каждой условной струи слагаются из потерь напора в отверстиях трубы, в компенсационной полости, а также в отверстиях фильтрующего элемента. Для достижения равномерности распределения промывной воды по площади фильтра необходимо, чтобы движение всех условных струй происходило в эквивалентных гидродинамических условиях, а суммарные потери напора в разных точках распределительной системы были равны.

Наличие компенсационной полости, величина которой соотносится с общей площадью отверстий внутренней трубы, создает благоприятные условия для выравнивания в ней потерь напора отдельных струй промывной воды, в то время, как использование в качестве фильтрующего элемента тонкой фильтровальной сетки, которая легко очищается при промывке, устраняет дополнительные потери напора в ее ячейках.

Величина компенсационной полости выбрана экспериментальным путем, исходя из того, что при меньшем зазоре между наружной поверхностью перфорированной трубы и внутренней поверхностью фильтровальной сетки возможны завихрения струй промывной воды, а формирование полости большей величины потребует большего расхода материала для изготовления фильтрующего элемента.

Устройство ответвления распределительной системы скорого фильтра представлено на чертежах: фиг. 1 - продольный разрез устройства, фиг. 2 - сечение по А-А.

Устройство ответвления распределительной системы скорого фильтра содержит перфорированную трубу 1 с отверстиями 2 и фильтровальную сетку 3, установленную соосно с наружной поверхностью трубы 1 и с зазором относительно последней.

Фильтровальная сетка 3 в конкретном примере расположена между двумя слоями 4 и 5 из стекловолоконных жгутов, обработанных, например, эпоксидным компаундом, и уложенных с образованием ячеек в каждом слое таким образом, что ячейки в слоях 4 и 5 смещены относительно друг друга. Фильтровальная сетка 3 жестко связана со слоями 4 и 5, которые образуют каркас для ее фиксации. Фильтровальная сетка 3 выполнена, например, тканой из полимерных мононитей с ячейками, размер которых соответствует крупности зерен фильтрующей загрузки.

На наружной поверхности перфорированной трубы 1 закреплены, например, опорные кольца 6, на которых установлена фильтровальная сетка 3.

В конкретном примере перфорированная труба 1 выполнена с круглыми отверстиями 2, расположенными по всей ее длине в два ряда со смещением их в рядах, равным половине шага между отверстиями 2. Перфорированная труба 1 выполнена в соответствии с нормой 6.104 СНиП 2.04.02-84.

Один конец устройства ответвления закрыт, а другой предназначен для подсоединения к коллектору дренажно-распределительной системы (на чертежах не показан).

Площадь поперечного сечения зазора (S_заз) определена из соотношения
0,25S_заз≅S_отв≅2,0S_заз,
где S_отв-общая площадь отверстий 2 перфорированной трубы 1,
и является необходимой и достаточной для образования компенсационной полости 7, в которой достигается выравнивание потерь напора во всех точках распределительной системы фильтра (не показана).

Перед началом работы несколько устройств ответвления, идентичных заявляемому, подключаются параллельно друг другу к общему коллектору (не показан) и укладываются отверстиями 2 вниз на дно резервуара (не показан) с фильтрующей загрузкой (не показана), например кварцевым песком.

Устройство ответвления работает в соответствии с фильтроциклом, состоящим из этапов фильтрации и промывки.

При фильтрации осуществляется подача неосветленной воды сверху вниз через загрузку фильтра (не показана). Сквозь ячейки фильтровальной сетки 3, находящейся между слоями 4 и 5 из стекловолокна, вода поступает в компенсационную полость 7 и далее через отверстия 2 - внутрь перфорированной трубы 1, а по ней - в коллектор (не показан).

При промывке фильтра осуществляется подача промывной воды в перфорированную трубу 1 под напором от промывного бака или насоса (не показаны). Через отверстия 2 трубы 1 вода поступает в компенсационную полость 7, в которой происходит выравнивание струй промывной воды для ее равномерного распределения по всей длине устройства. Далее промывная вода через ячейки фильтровальной сетки 3 направляется в толщу фильтрующей загрузки (не показана), обеспечивая ее регенерацию равномерно и с одинаковой интенсивностью по всей рабочей площади скорого фильтра.

Таким образом, за счет выравнивания потерь напора промывной воды во всех точках устройства ответвления обеспечивается равномерное распределение промывной воды без дополнительных эксплуатационных затрат и при высоком качестве фильтрата.

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к установкам для очистки природных и сточных вод. В устройстве ответвления распределительной системы скорого фильтра, содержащем перфорированную трубу и фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы и с зазором относительно последней, согласно изобретению фильтрующий элемент выполнен в виде фильтровальной сетки, а площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью последней и наружной поверхностью перфорированной трубы определена из соотношения 0,25 S_заз ≅ S_отв ≅ 2,0 S_заз, где S_отв - общая площадь отверстий перфорированной трубы, S_заз - площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью фильтровальной сетки и наружной поверхностью перфорированной трубы. Техническим результатом изобретения является снижение потерь напора. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство ответвления распределительной системы скорого фильтра, содержащее перфорированную трубу и фильтрующий элемент, установленный соосно с наружной поверхностью перфорированной трубы и с зазором относительно последней, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде фильтровальной сетки, а площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью последней и наружной поверхностью перфорированной трубы определена из соотношения
0,25S_заз≅S_отв≅2,0S_заз,
где S_отв - общая площадь отверстий перфорированной трубы;
S_заз - площадь поперечного сечения зазора между внутренней поверхностью фильтровальной сетки и наружной поверхностью перфорированной трубы. 2. Устройство ответвления по п.1, отличающееся тем, что снабжено двумя слоями, между которыми расположена фильтровальная сетка, выполненными из жгутов стекловолокна, уложенных с образованием ячеек в каждом слое так, что ячейки в слоях смещены относительно друг друга. 3. Устройство ответвления по п.2, отличающееся тем, что фильтровальная сетка жестко связана со слоями из стекловолокна. 4. Устройство ответвления по п.1, отличающееся тем, что фильтровальная сетка выполнена тканой из полимерных мононитей с ячейками, размер которых соответствует крупности зерен фильтрующей загрузки. 5. Устройство ответвления по п.1, отличающееся тем, что фильтровальная сетка установлена на опорных кольцах, закрепленных на наружной поверхности перфорированной трубы. 6. Устройство ответвления по п.1, отличающееся тем, что перфорированная труба выполнена с круглыми отверстиями, расположенными по всей ее длине в два ряда со смещением их в рядах, равным половине шага между отверстиями.