ОСВЕТЛИТЕЛЬ-ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2008 года по МПК B01D21/08 

Изобретение относится к осветлителям-фильтрам для двухступенчатой очистки жидкостей в слое взвешенного осадка с последующим фильтрованием через плавающую загрузку и может быть использовано для очистки природных вод.

Известен коридорный осветлитель со слоем взвешенного осадка, состоящий из двух крайних коридоров переменного по высоте сечения, в которых при восходящем потоке предварительно обработанной реагентами исходной воды с убывающей скоростью ее движения формируется подвижный слой взвешенного осадка из хлопьев скоагулированной и задерживаемой в нем взвеси, и среднего коридора, предназначенного для накопления и уплотнения осадка (см. Е.Ф.Кургаев. Осветлители воды. М.: Стройиздат, 1977, стр.106). При увеличении взвеси во взвешенном слое осадка и увеличении высоты слоя до уровня расположения осадкоотводящих окон, устроенных в вертикальных внутренних перегородках коридоров, часть взвешенного слоя через осадкоотводящие окна перетекает в средний коридор. Этот процесс осуществляется за счет отбора части осветленной воды из верхней зоны осветленной воды среднего коридора. Величина отбора воды регулируется задвижками, смонтированными на трубопроводах отвода осветленной воды из этого коридора. Осветлитель оборудован расположенными в верхней части коридоров трубопроводами для отвода очищенной воды и расположенными в нижней конусной части коридоров осветлителя трубопроводами для подачи и распределения исходной воды по площади крайних коридоров, и отвода по ним же в режиме промывок осадка и осевшей части взвешенного слоя.

Недостатком такого осветлителя является то, что при очистке природных цветных маломутных вод, характеризуемых низкой щелочностью и температурой, в периоды, когда гидролиз коагулянта в исходной воде протекает неудовлетворительно, во взвешенном слое образуются рыхлые подвижные хлопья, легко выносимые в вышерасположенные зоны осветления воды. Это приводит к существенному ухудшению качества очищаемой воды. Такой осветлитель неустойчиво работает при изменении подаваемого на него расхода воды и ее температуры, особенно в осенне-зимние и паводковые периоды года.

Известен также осветлитель со взвешенным слоем осадка коридорного типа, в нижней конической части коридоров осветления которого, с целью улучшения процесса коагулирования воды, устроены контактные камеры хлопьеобразования с плавающей крупногранульной загрузкой (см. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды к СНиП 2.04.02-84., НИИ КВОВ, Москва, 1989, рис.12, стр.25).

Недостатком такого осветлителя является зашламление зернистого слоя контактной камеры, неконтролируемые снижения его межзерновой пористости и периодический неравномерных вынос хлопьев в зону подвижного слоя осадка. Достичь удовлетворительной промывки загрузки такой контактной камеры обратным током воды при наличии над ней взвешенного слоя осадка невозможно. Учитывая, что над взвешенным слоем нет достаточного сопротивления, в процессе работы осветлителя даже при незначительном увеличении расходов подаваемой на осветлитель воды, происходит вынос рыхлых хлопьев взвеси в зону осветления воды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является осветлитель-фильтр коридорного типа, в котором в верхней части всех коридоров размещен фильтр с плавающей загрузкой, а в нижней конической части коридоров осветления устроены контактные камеры хлопьеобразования с гравийно-щебеночной загрузкой (см. Автореферат кандидатской диссертации С.И.Мороза «Исследование процесса очистки воды в фильтре с плавающей фильтрующей загрузкой». Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт, 1967, стр.16-17, рис.7).

Недостатком этого осветлителя-фильтра является то, что для поочередной промывки плавающей фильтрующей загрузки в каждом коридоре требуется большой расход промывной чистой воды, подаваемой насосами в надфильтровое пространство из резервуара чистой воды. Кроме того, в процессе промывок происходит непроизводительная потеря воды, поступающей из других коридоров в подфильтровое пространство промываемого слоя загрузки через осадкоотводящие окна. Из-за этого эффективность отмывки гранул плавающей загрузки низка, поскольку достичь при такой конструкции требуемых интенсивности промывки (до 15 л/см²) и величины относительного расширения слоя гранул загрузки (30-50%) невозможно из-за перетока через осадкоотводящие окна части воды из непромываемых коридоров в подфильтровое пространство в промываемом коридоре.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки воды и экономичности эксплуатации осветлителя-фильтра.

Технический результат достигается тем, что осветлитель-фильтр для очистки воды, включающий корпус, разделенный вертикальными перегородками на два боковых коридора осветления и центральный коридор для накопления и уплотнения осадка с коническими днищами, сообщающихся между собой осадкоотводящими окнами, выполненными в вертикальных перегородках, размещенные в конических днищах боковых коридоров осветления контактные камеры хлопьеобразования, фильтр с плавающей загрузкой, расположенный в верхней части осветлителя-фильтра и снабженный верхней и нижней сетками для предотвращения выноса плавающей загрузки, трубопроводы для подачи исходной и отвода очищенной и промывной воды и отвода осадка, сборный карман очищенной воды, содержит размещенные в центральном коридоре для накопления и уплотнения осадка по всей длине расположения осадкоотводящих окон коллекторы для сбора и отвода осадка, каждый из которых выполнен с обеих сторон с уклоном к центру вертикальной перегородки и снабжен выпускным отверстием, перекрываемым клапаном, снабженным механизмом его управления, выполненным в виде рулевой колонки со штоком; в верхней и нижней сетках фильтра с плавающей загрузкой, в зоне центрального коридора для накопления и уплотнения осадка, выполнены отверстия с сальниковыми уплотнителями для обеспечения вертикального возвратно-поступательного движения штоков колонок; над верхней сеткой фильтра с плавающей загрузкой в вертикальных перегородках, установленных на всю высоту корпуса, выполнены водоперепускные отверстия, оборудованные шиберами для их перекрытия, а в верхних частях конических днищ боковых коридоров осветления по всей их длине смонтированы решетки для крепления загрузки контактных камер хлопьеобразования. Коллекторы для сбора и отвода осадка выполнены с переменным по длине сечением, а загрузка контактных камер хлопьеобразования выполнена в виде синтетических волокон.

Наличие вышеперечисленных отличительных признаков свидетельствует о том, что заявленные технические решения соответствуют критерию «новизна».

На фиг.1 показан осветлитель-фильтр для очистки воды, вид сверху; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.1.

Осветлитель-фильтр для очистки воды состоит из корпуса 1, разделенного вертикальными перегородками 2, установленными на всю высоту корпуса 1, на два боковых коридора осветления 3 и центральный коридор для накопления и уплотнения осадка 4. Коридоры 3, 4 имеют конические днища и сообщаются между собой осадкоотводящими окнами 5, выполненными в вертикальных перегородах 2. В боковых коридорах осветления 3 в их конических днищах размещены контактные камеры хлопьеобразования 6 с синтетической волокнистой загрузкой 7, которая крепится к решеткам 8, смонтированным в верхней части конических днищ по всей длине боковых коридоров осветления 3. В верхней части осветлителя-фильтра размещены фильтр с плавающей загрузкой 9, снабженный верхней 10 и нижней 11 сетками для предотвращения выноса плавающей загрузки, и трубопроводы 12, 13 для отвода очищенной воды в сборный карман очищенной воды 14 из боковых коридоров осветления 3 и центрального коридора для накопления и уплотнения осадка 4 соответственно. Трубопроводы 13 для отвода очищенной воды из центрального коридора для накопления и уплотнения осадка 4 расположены несколько ниже по сравнению с трубопроводами 12. В центральном коридоре для накопления и уплотнения осадка 4 по всей длине расположения осадкоотводящих окон 5 размещены коллекторы для сбора и отвода осадка 15, которые выполнены с переменным по длине сечением и с уклоном с обеих сторон к центру вертикальных перегородок 2. Коллекторы для сбора и отвода осадка 15 снабжены выпускными отверстиями 16, перекрываемыми в периоды поочередной промывки плавающей загрузки фильтров 9 и контактных камер хлопьеобразования 6 клапанами 17, управляемыми рулевыми колонками со штоками 18. Для обеспечения свободного вертикального возвратно-поступательного движения штоков колонок 18 в верхней 10 и нижней 11 сетках выполнены отверстия с сальниковыми уплотнителями 19. Над верхней сеткой 10 в вертикальных перегородках 2 выполнены водоперепускные отверстия 20, перекрываемые шиберами 21 в режиме осветления и открываемые в режиме промывки плавающей загрузки фильтра 9 и контактных камер хлопьеобразования 6 с целью объединения надфильтрового пространства 22 всех коридоров 3, 4. Подача исходной воды в боковые коридоры осветления 3 осуществляется по трубопроводам 23, а отвод осадка и отвод промывной воды осуществляется по трубопроводам 24.

Осветлитель-фильтр для очистки воды работает следующим образом.

Исходная предварительно обработанная растворами коагулянта и флокулянта вода по трубопроводам 23 поступает в конические днища боковых коридоров осветления 3, в которых размещены контактные камеры хлопьеобразования 6 с синтетической волокнистой загрузкой 7. В процессе работы осветлителя-фильтра при убывающей скорости восходящего движения воды и формируемых в контактных камерах хлопьеобразования 6 крупных хлопьев из коагулянта и взвешенных частиц, содержащихся в исходной воде, в пространстве выше контактных камер хлопьеобразования 6 и ниже уровня расположения осадкоотводящих окон 5 формируется подвижный слой взвешенного осадка, являющийся фильтрующей средой, в которой происходит частичное осветление воды. По мере накопления осадка в этом слое часть его за счет отвода воды по трубопроводам 13 при закрытых шиберами 21 водоперепускных отверстиях 20 перетекает через осадкоотводящие окна 5, собирается коллекторами 15 и через выпускные отверстия 16 отводится в центральный коридор для накопления и уплотнения осадка 4. Частично осветленная после слоя взвешенного осадка вода поступает на вышерасположенные фильтры с плавающей загрузкой 9, фильтруется снизу вверх и накапливается в надфильтровом пространстве 22, коридоров 3, 4 при закрытых шиберами 21 водоперепускных отверстиях 20 в вертикальных перегородках 2 и по трубопроводам 12, 13 отводится в сборный карман 14 очищенной воды.

По мере увеличения слоя взвешенного осадка до заданной величины и роста потерь напора в слоях плавающей загрузки фильтра 9 через определенные интервалы времени производится поочередная промывка плавающей загрузки фильтров 9 и загрузки контактных камер хлопьеобразования 6 в промываемом коридоре. Для этого с помощью клапанов 17 перекрываются выпускные отверстия 16 в коллекторах для сбора и отвода осадка 15 и открываются водоперепускные отверстия 20 в вертикальных перегородках 2. Процесс промывки осуществляется нисходящим потоком чистой воды из объединенного посредством водоперепускных отверстий 20 надфильтрового пространства 22 до момента снижения уровня воды до верхней сетки 10 фильтра с плавающей загрузкой 9. При этом плавающая загрузка фильтра 9 расширяется, а волокнистая загрузка контактных камер хлопьеобразования 6 расправляется. Сброс промывной воды и осадка из коридоров 3, 4 осуществляется при поочередном открытии задвижек на трубопроводах 24. После промывки каждого коридора задвижки на трубопроводах 24 закрываются, открываются задвижки на трубопроводах подачи исходной воды 23, закрываются шиберами 21 водоперепускные отверстия 20 в вертикальных перегородках 2 и процесс очистки повторяется.

Преимущество такой конструкции осветлителя фильтра заключается в следующем: повышается эффективность эксплуатации сооружения за счет обеспечения требуемых интенсивности (до 15 л/с·м²), продолжительности промывки и величины относительного расширения слоя плавающей загрузки (30-50%) при промывке; обеспечивается экономия промывной воды за счет исключения перетока воды из подфильтрового пространства других коридоров в промываемый коридор; возрастает диапазон допустимой величины по грязевой нагрузке в исходной воде.

Изобретение может быть использовано для: очистки природных вод. Осветлитель-фильтр включает корпус, разделенный вертикальными перегородками на два боковых коридора осветления и центральный коридор для накопления и уплотнения осадка с коническими днищами, сообщающихся между собой осадкоотводящими окнами, выполненными в вертикальных перегородках, размещенные в конических днищах боковых коридоров осветления контактные камеры хлопьеобразования, с загрузкой в виде синтетических волокон. Устройство также содержит фильтр с плавающей загрузкой, снабженный верхней и нижней сетками для предотвращения выноса плавающей загрузки, трубопроводы для подачи исходной и отвода очищенной и промывной воды и отвода осадка и сборный карман очищенной воды. В центральном коридоре для накопления и уплотнения осадка по всей длине расположения осадкоотводящих окон размещены коллекторы для сбора и отвода осадка, каждый из которых выполнен с обеих сторон с уклоном к центру вертикальной перегородки и снабжен выпускным отверстием, перекрываемым клапаном, управляемым рулевой колонкой со штоком. В верхней и нижней сетках фильтра с плавающей загрузкой выполнены отверстия с сальниковыми уплотнителями для обеспечения вертикального возвратно-поступательного движения штоков колонок. Над верхней сеткой фильтра с плавающей загрузкой, в вертикальных перегородках, выполнены водоперепускные отверстия, снабженные шиберами для их перекрытия, а в верхних частях конических днищ боковых коридоров осветления по всей их длине смонтированы решетки для крепления загрузки контактных камер хлопьеобразования. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки воды и экономичность эксплуатации сооружения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Осветлитель-фильтр для очистки воды, включающий корпус, разделенный вертикальными перегородками на два боковых коридора осветления и центральный коридор для накопления и уплотнения осадка с коническими днищами, сообщающихся между собой осадкоотводящими окнами, выполненными в вертикальных перегородках, размещенные в конических днищах боковых коридоров осветления контактные камеры хлопьеобразования, фильтр с плавающей загрузкой, расположенный в верхней части осветлителя-фильтра и снабженный верхней и нижней сетками для предотвращения выноса плавающей загрузки, трубопроводы для подачи исходной и отвода очищенной и промывной воды и отвода осадка, сборный карман очищенной воды, отличающийся тем, что он содержит размещенные в центральном коридоре для накопления и уплотнения осадка по всей длине расположения осадкоотводящих окон коллекторы для сбора и отвода осадка, каждый из которых выполнен с обеих сторон с уклоном к центру вертикальной перегородки и снабжен выпускным отверстием, перекрываемым клапаном, снабженным механизмом его управления, выполненным в виде рулевой колонки со штоком; в верхней и нижней сетках фильтра с плавающей загрузкой в зоне центрального коридора для накопления и уплотнения осадка выполнены отверстия с сальниковыми уплотнителями для обеспечения вертикального возвратно-поступательного движения штоков колонок; над верхней сеткой фильтра с плавающей загрузкой в вертикальных перегородках выполнены водоперепускные отверстия, оборудованные шиберами для их перекрытия, а в верхних частях конических днищ боковых коридоров осветления по всей их длине смонтированы решетки для крепления загрузки контактных камер хлопьеобразования.2. Осветлитель-фильтр по п.1, отличающийся тем, что коллекторы для сбора и отвода осадка выполнены с переменным по длине сечением.3. Осветлитель-фильтр по п.1, отличающийся тем, что загрузка контактной камеры хлопьеобразования выполнена в виде синтетических волокон.