ФИЛЬТР С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ Российский патент 2003 года по МПК B01D24/46 

Изобретение относится к области очистки различных жидкостей от загрязнений на зернистых фильтрах и может найти применение в технологии очистки воды, сточных вод и различных растворов в процессах химической технологии, гидрометаллургии и других отраслях промышленности.

Широко известен фильтр, состоящий из корпуса со встроенной в нижнюю часть дренажной системой и уложенным на ней слоем зернистой загрузки, оборудованный подводящими и отводящими трубопроводами очищаемой, очищенной и промывной воды.

Основным недостатком известного фильтра является невысокая грязеемкость слоя загрузки и соответственно небольшая производительность. Это связанно с тем, что основная часть загрязнений задерживается первым по ходу фильтрования, верхним слоем загрузки толщиной не более 200-400 мм (Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. - М.: Стройиздат, 1971. - С. 220-224).

Известен ряд конструкций фильтров, в которых в той или иной степени устраняется указанный недостаток. Так, например, предложен фильтр, дополнительно оборудованный гребковым устройством для рыхления верхних загрязненных слоев зернистой загрузки, закрепленном на вертикальном валу (авт. свид. СССР 718124, МКИ В 01 D 23/20, 1980).

Основными недостатками данного фильтра являются сложность конструкции и многократное разрушение хлопьев осадка, задержанного в верхних слоях загрузки, что приводит к досрочному прекращению фильтроцикла из-за выноса их с очищенной водой.

Известен также фильтр, принимаемый за прототип, включающий корпус с дренажным основанием, уложенным на нем слоем зернистой загрузки, оборудованный подводящими и отводящими трубопроводами очищаемой, очищенной и промывной жидкости и содержащий систему вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз сечением. Причем вертикальные профилированные элементы установлены с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения и расположены в верхних слоях зернистой загрузки (пат. СССР 1805993, МКИ В 01 D 24/24, 1993). После загрязнения верхнего слоя загрузки в процессе фильтрования, профилированные объемные элементы, закрепленные на раме, извлекаются из загрузки и через образовавшиеся воронки основная часть очищаемой воды поступает в средние малозагрязненные слои в обход загрязненных верхних. Это позволяет увеличить грязеемкость средних слоев зернистой загрузки. Кроме того, за счет снижения скорости фильтрования в верхних слоях загрузки после извлечения вставок к них дополнительно задерживается некоторое количество загрязнений, т.е. возрастает грязеемкость и верхних слоев. К недостаткам такого фильтра относится значительный вес конструкции объемных профилированных элементов, а также сложности с промывкой загрузки вследствие ее повышенной грязеемкости.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, является облегчение конструкции объемных профилированных элементов и улучшение промывки слоя зернистой загрузки, что особенно важно для нормальной и эффективной работы фильтра. Для решения указанных задач предложен фильтр с зернистой загрузкой, содержащий корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, патрубки для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, а также подачи и отвода чистой и грязной промывной воды и систему вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз поперечным сечением, частично погруженных в верхние слои зернистой загрузки, согласно изобретению объемные профилированные элементы выполнены полыми и перфорированными в нижней части, а внутрь каждого такого элемента подведен трубопровод сжатого воздуха от нагнетателя. Целесообразно вертикальные объемные профилированные элементы дополнительно снабжать неподвижно закрепленными снаружи спиралеобразными пластинами, огибающими верхнюю часть элементов и располагаемыми над слоем неподвижной зернистой загрузки, а сами элементы выполнять в виде полого цилиндра или трубы.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого фильтра; на фиг.2 - вертикальный объемный профилированный элемент в зернистой загрузке; на фиг.3 - выполнение элемента в виде полого цилиндра или трубы со спиралевидной пластиной.

Фильтр состоит из корпуса 1, дренажного основания 2 с поддерживающим слоем гравия или щебня 3, слоя зернистой загрузки 4, патрубков для подачи очищаемой н отвода очищенной жидкости, а также подачи и отвода чистой и грязной промывной воды, сборных лотков грязной промывной воды 5. В верхней части зернистой загрузки расположены профилированные объемные вертикальные элементы 6 полые внутри и с отверстием или перфорацией в нижней части. Внутрь каждого полого профилированного элемента подведен трубопровод сжатого воздуха 7 от нагнетателя 8 (компрессора, воздуходувки или вентилятора).

Из фиг. 1 видно, что предлагаемый фильтр имеет облегченную конструкцию объемных профилированных элементов, т.к. они выполнены полыми внутри. Кроме того, по сравнению с прототипом в нем отсутствует несущая рама и механизм для ее подъема и опускания. Этим достигается первая техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением.

Предлагаемый фильтр работает следующим образом.

Перед подачей исходной воды в загрузку помещают профилированные элементы 6, затем подают исходную жидкость, которая очищается путем фильтрования сверху вниз через слой загрузки 4, собирается дренажной системой и отводится. По мере фильтрования воды происходит загрязнение преимущественно верхних слоев загрузки и рост потерь напора в ней.

После этого включается нагнетатель 8, сжатый воздух поступает в нижнюю часть каждого вертикального профилированного элемента 6 и при дальнейшем подъеме пузырей воздуха вверх взрыхляется и выносится часть загрязненной зернистой загрузки на горизонтальную поверхность основного ее неподвижного слоя (см. фиг. 2). При этом образуется система воронок, аналогичная системе в фильтре, принятом за прототип, через которую основная часть очищаемой воды поступает, минуя верхние, в средние малозагрязненные слои загрузки и фильтроцикл продолжается. При этом возрастает грязеемкость как средних, так и верхних слоев зернистой загрузки. После повторного достижения предельных потерь напора или после проскока взвеси в фильтрат с концентрацией выше допустимой, предлагаемый фильтр выключается на промывку аналогично прототипу. Однако после начала подачи промывной воды снизу вверх и расширения слоя зернистой загрузки включается нагнетатель 8 и поступающий в 6 сжатый воздух способствует лучшей отмывке зернистой загрузки от загрязнений по сравнению с прототипом. Перед окончанием промывки отключается нагнетатель 8, подача сжатого воздуха прекращается и на промывку подается только вода. После окончания подачи промывной воды и оседания зерен загрузки профилированные объемные полые элементы 6 вновь оказываются погруженными в загрузку 4 и фильтроцикл повторяется.

Таким образом, предлагаемый фильтр имеет такую же повышенную грязеемкость как и фильтр, принятый за прототип, однако имеет облегченную конструкцию системы профилированных элементов. Кроме того, не требуется подъема и последующего опускания системы этих элементов при работе предлагаемого фильтра. А также за счет подачи воздуха при водяной промывке фильтра через отверстия в нижней части элементов 6 достигается лучшая отмывка зернистой загрузки от загрязнений. Таким образом, предлагаемый фильтр имеет те же достоинства, что и фильтр, принятый за прототип, однако лишен его основных недостатков.

Для повышения эффекта отмывки зернистой загрузки от загрязнений и для уменьшения вероятности ее выноса с пузырьками поднимающегося воздуха из нижней части элементов 6 они дополнительно снабжены неподвижно закрепленными снаружи спиралеобразными пластинами, огибающими верхнюю часть данных элементов и располагаемыми над слоем неподвижной зернистой загрузки (фиг.3). За счет этих пластин в процессе промывки образуется система вихревых восходящих потоков. При этом зерна загрузки вследствие центробежной силы отбрасываются от элементов 6 к периферии и не выносятся восходящими пузырьками воздуха в сборные желоба грязной промывной воды 5. Кроме того, эти зерна вместе с вихревыми потоками ударяются о зерна, находящиеся в приграничных слоях восходящего потока промывной воды, что способствует их лучшему оттиранию от загрязнений. Следует также отметить, что в этом случае будет наблюдаться повышенная турбулизация восходящего потока промывной воды по сравнению с прототипом, что дополнительно способствует отмывке зерен загрузки от загрязнений.

Дополнительно, с целью упрощения и удешевления изготовления элементов 6, их можно выполнить в виде полого цилиндра или вертикальной трубы с открытым или перфорированным нижним концом (см. фиг.3).

Изобретение предназначено для очистки жидкости на зернистых фильтрах и может найти применение в технологии очистки воды, сточных вод и различных жидкостей в некоторых процессах химической технологии, рудообогащения, гидрометаллургии и т. д. Предложен фильтр с зернистой загрузкой, который дополнительно оборудован системой вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз поперечным сечением, частично погруженных в верхние слои загрузки, отличающийся тем, что с целью облегчения веса этих элементов, а также улучшения отмывки загрузки от загрязнений, объемные профилированные элементы выполнены полыми и перфорированными в нижней части, а внутрь каждого элемента подведен трубопровод сжатого воздуха от нагнетателя (компрессора, воздуходувки или др.). Для упрощения изготовления объемные полые элементы могут быть выполнены в виде полого цилиндра или вертикальной трубы с перфорированным нижним концом, а для улучшения отмывки зернистой загрузки и уменьшения вероятности ее выноса пузырьками поднимающегося воздуха они дополнительно снабжены спиралеобразными неподвижно закрепленными снаружи пластинами, огибающими верхнюю часть данных элементов и располагаемыми над слоем неподвижной зернистой загрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фильтр с зернистой загрузкой, содержащий корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, патрубки для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, а также подачи и отвода чистой и грязной промывной воды и систему вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз поперечным сечением, частично погруженных в верхние слои зернистой загрузки, отличающийся тем, что объемные профилированные элементы выполнены полыми и перфорированными в нижней части, а внутрь каждого такого элемента подведен трубопровод сжатого воздуха от нагнетателя.2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что вертикальные объемные профилированные элементы дополнительно снабжены неподвижно закрепленными снаружи спиралеобразными пластинами, огибающими верхнюю часть данных элементов и располагаемыми над слоем неподвижной зернистой загрузки, а сами вертикальные объемные профилированные элементы выполнены в виде полого цилиндра или трубы.