СПОСОБ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ФИЛЬТРОВАНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК B01D37/00 B01D24/22 B01D101/04 

Изобретение относится к области очистки жидкости от загрязнений фильтрованием через слой зернистой загрузки и может найти применение для очистки воды и сточных вод, а также технологических растворов в процессах химической технологии.

Широко применяется способ очистки жидкости фильтрованием сверху вниз через слой зернистой загрузки до ее насыщения загрязнениями, после чего прекращается подача очищаемой жидкости, а зернистая загрузка промывается снизу вверх очищенной жидкостью или воздухом с жидкостью. Затем после промывки очищаемая жидкость снова подается на фильтрование. Основным недостатком данного способа является низкая грязеемкость слоя зернистой загрузки и соответственно невысокая производительность фильтра, т.к. основная часть загрязнений задерживается ее верхним слоем толщиной не более 200-400 мм (Клячко В. А. , Апельцин И. Э. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971. - с. 220).

Известен также способ очистки воды фильтрованием, частично устраняющий указанный недостаток. Он заключается в фильтровании очищаемой воды через зернистую загрузку до загрязнения ее верхнего слоя и последующем его удалении скребками на регенерацию. Данный способ реализован в фильтре для очистки жидкостей (Авт. свид. СССР 1414416, МКИ В 01 D 23/ 10, 1988).

К недостаткам этого способа относятся сложность его практической реализации и возможность его применения только при небольших размерах фильтра.

Другим способом очистки воды фильтрованием, также частично устраняющим кольматацию верхних слоев зернистой загрузки, является способ, используемый в насыпном фильтре (Авт. свид. СССР 718124 МКИ В 01 D 23/20, 1980 г). Он заключается в рыхлении верхнего слоя загрузки после его загрязнения гребковым устройством с цепями. К недостаткам данного способа относится сложность его конструктивного оформления и многократное разрушение хлопьев осадка, задержанного на поверхности и в толще верхнего слоя загрузки, что приводит к досрочному прекращению фильтроцикла из-за ухудшения качества фильтрата.

Для увеличения грязеемкости верхнего слоя загрузки и частично среднего и соответственно повышения производительности фильтра предложен способ очистки жидкости фильтрованием, используемый в фильтре с зернистой загрузкой, принимаемый за прототип (Патент России 2096066, МКИ В 01 D 24/ 46, 1997). Способ заключается в фильтровании жидкости через слой зернистой загрузки сверху вниз до ее загрязнения, прекращении процесса фильтрования, подаче промывной жидкости или воздуха и жидкости снизу вверх через слой зернистой загрузки и последующем формировании системы холмов на поверхности загрузки, состоящих из наиболее мелких зерен, перед возобновлением процесса фильтрования. За счет проникания загрязнения на большую глубину при фильтровании части жидкости через более крупную загрузку между холмами, а также за счет пристеночного эффекта вдоль лотков, несколько возрастает грязеемкость средних слоев загрузки. Кроме того, вследствие меньших скоростей фильтрования через холмы и частично пленочного фильтрования на их поверхности также повышается грязеемкость и верхнего слоя. Как показали эксперименты, проведенные на реальной воде, грязеемкость загрузки фильтра возрастает примерно в 1,4-1,45 раза (Гириков О. Г. , Николаев Е.Ю. Интенсификация работы скорых водопроводных фильтров. Известия ВУЗов. Строительство, 1999, 7, стр.128-131).

К недостаткам рассмотренного способа очистки жидкости фильтрованием относятся недостаточно высокая грязеемкость средних слоев зернистой загрузки, а также затруднения, связанные с промывкой загрузки, вследствие ее более высокой грязеемкости и соответственно большей степени загрязнения.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение грязеемкости зернистой загрузки и соответственно производительности фильтра и улучшение промывки загрузки. Для решения этих задач предлагается новый способ очистки жидкости фильтрованием, заключающийся в ее пропуске через слой зернистой загрузки сверху вниз до загрязнения загрузки, прекращении процесса фильтрования, подаче промывной жидкости или воздуха и жидкости снизу вверх через слой зернистой загрузки и последующем формировании системы холмов на ее поверхности после промывки перед возобновлением процесса фильтрования, отличающийся тем, что после загрязнения и кольматации верхнего слоя загрузки в процессе фильтрования создают систему прорезей по всей поверхности загрузки глубиной, примерно равной или несколько большей толщины этого загрязненного слоя, без нарушения структуры ранее задержанного в нем осадка. А для улучшения промывки загрузки восходящему потоку жидкости или воздуха и жидкости дополнительно придают возвратно-поступательный реверсивный или спиралеобразный характер движения.

Предлагаемый способ можно осуществить, например, при помощи системы наклонных лотков, частично погруженных в верхние слои загрузки, аналогично фильтру, предложенному ранее (Пат. 2096066 (Россия), МКИ В 01 D 24/46, 1997). Однако наклонные лотки при этом должны иметь возможность изменения угла их наклона или возвратно-поступательного движения.

Изобретение иллюстрируется фиг.1 и 2. На фиг. 1 схематично показано создание системы прорезей по всей площади загрузки за счет изменения угла наклона лотков, а на фиг.2 - путем подъема наклонных лотков.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. После загрязнения верхнего слоя зернистой загрузки в процессе фильтрования нарушают его сплошность за счет создания системы прорезей в нем при помощи изменения угла наклона лотков (фиг.1) или подъема этих лотков (фиг.2). После чего основная часть потока очищаемой жидкости через эти прорези будет транзитом поступать в средние малозагрязненные слои зернистой загрузки вследствие их меньшего сопротивления и очищаться в них, за счет чего возрастает грязеемкость средних нижележащих слоев. Кроме того, после формирования прорезей и перераспределения основной части потока в средние слои значительно снизятся скорости фильтрования в верхних загрязненных слоях. Поэтому осадок, задержанный ранее в этих слоях, не будет разрушаться и переноситься в нижележащие слои. Кроме того, в верхнем слое после снижения скоростей фильтрования задержится дополнительно некоторое количество загрязнений.

Таким образом, в предлагаемом способе очистки жидкости фильтрованием возрастает грязеемкость средних и верхних слоев загрузки по сравнению с прототипом.

После окончания фильтроцикла в предлагаемом способе также подают жидкость или воздух и жидкость на промывку загрузки снизу вверх аналогично существующему способу. В процессе промывки лотки реверсивно изменяют угол своею наклона или непрерывно совершают возвратно-поступательное вертикальное (фиг. 1 и 2) или частично спиралеобразное движение. При этом вследствие дополнительной турбулизации восходящего потока и многократного соударения зерен, взвешенных в восходящем потоке, и движущихся лотков происходит лучшее оттирание зерен загрузки от загрязнений.

После завершения промывки лотки возвращаются в исходное положение (на фиг.1 и 2 показано пунктиром).

Не вызывает сомнения эффективность предлагаемого способа очистки. Грязеемкость загрузки при фильтровании новым способом возрастает не менее чем в 2-2,1 раза по сравнению с общеизвестным способом или примерно в 1,7 раз по сравнению с прототипом. Это объясняется тем, что за счет создания системы холмов на поверхности загрузки возрастает ее грязеемкость в среднем в 1,4-1,5 раза (Гириков О.Г., Николаев Е.Ю. Интенсификация работы скорых водопроводных фильтров//Известия вузов. Строительство, 1999, 7, с.128-131). Вследствие изменения сплошности верхнего закольматированного слоя загрузки за счет создания системы воронок при извлечении из него конусообразных вставок грязеемкость загрузки возрастает в среднем в 1,7-1,9 раза (Жагин В.А., Гириков О.Г., Николаев E.Ю. Повышение производительности водопроводных фильтров//Водоснабжение и санитарная техника, 1999, 3, с.24-25).

В предлагаемом способе реализуются оба эти принципа, а значит, и грязеемкость загрузки возрастает еще в большей степени.

Следует отметить, что система прорезей, создаваемая в предлагаемом способе, имеет значительно большую площадь транзитного потока очищаемой жидкости через верхние загрязненные слои загрузки, чем система воронок (Патент СССР 1805993, МКИ В 01 D 24/24,1993). Поэтому в предлагаемом способе будут более низкие входные скорости потока в средние малозагрязненные слои, что уменьшит вероятность проскока загрязнений в фильтрат, что также относится к преимуществам предлагаемого способа. Кроме того, как уже отмечалось, в предлагаемом способе будут лучше отмываться от загрязнений зерна загрузки при ее промывке.

Изобретение относится к области очистки жидкости фильтрованием через слой зернистой загрузки. Способ очистки жидкости фильтрованием заключается в том, что жидкость пропускают через слой зернистой загрузки в направлении сверху вниз, после загрязнения и кольматации верхнего слоя загрузки в процессе фильтрования создают систему прорезей по всей поверхности загрузки глубиной, приблизительно равной или несколько большей толщины закольматированного слоя, для увеличения грязеемкости загрузки, после исчерпания грязеемкости загрузки подают промывную жидкость противотоком и по окончании промывки формируют систему холмов на поверхности фильтрующего слоя. Достигается повышение производительности фильтра путем увеличения времени его полезной работы. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки жидкости фильтрованием, заключающийся в ее пропуске через слой зернистой загрузки сверху вниз до загрязнения загрузки, прекращении процесса фильтрования, подаче промывной жидкости или воздуха и жидкости снизу вверх через слой зернистой загрузки и последующем формировании системы холмов на ее поверхности после промывки перед возобновлением процесса фильтрования, отличающийся тем, что после загрязнения и кольматации верхнего слоя загрузки в процессе фильтрования создают систему прорезей по всей поверхности загрузки, глубиной, примерно равной или несколько большей толщины этого загрязненного слоя, без нарушения структуры ранее задержанного в нем осадка. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при промывке зернистой загрузки восходящему потоку жидкости или воздуха и жидкости дополнительно придают возвратно-поступательный реверсивный или спиралеобразный характер движения.