СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗАГРУЗКИ В ФИЛЬТРУЮЩЕМ МОДУЛЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2013 года по МПК B01D24/46 

Изобретение относится к технике очистки бытовых и сточных вод и может быть использовано для дренажных, распределительных и сборных систем в фильтрующих установках водоподготовки и доочистки бытовых и сточных вод.

Известен «Способ очистки и обеззараживания воды и установка для очистки и обеззараживания воды», включающий последовательное извлечение из нее механических примесей с последующим облучением воды УФ-лучами, причем механические примеси извлекают с помощью двух напорных сорбционных фильтров с активированным углем в качестве сорбента, при этом воду подают в сорбционные фильтры под давлением 0,15-0,60 МПа с расходом 250-500 дм³/ч с соотношением диаметра корпуса фильтра к скорости фильтрации воды в пределах от 60 до 90, а промывку фильтров в конце рабочего цикла осуществляют противотоком воды (п.1 формулы).

Патент РФ на изобретение №2360870, МКИ C02F 9/08, д. публ. 2009.07.10.

Наиболее близким к предлагаемому в качестве изобретения техническому решению является «Способ очистки природных и сточных вод фильтрованием», заключающийся в смешении очищаемой воды с сорбентом, последующей подаче смеси в слой зернистой загрузки до загрязнения последней, прекращении процесса фильтрования, подаче промывной воды в направлении расширения слоя зернистой загрузки до ее отмывки от загрязнений, смешении сорбента с частью подаваемой воды промывной воды, подаче данной смеси в расширенный слой зернистой загрузки, прекращении промывки и возобновлении процесса фильтрования, при этом очищаемую воду или ее смесь с сорбентом перед подачей в слой зернистой загрузки аэрируют.

Патент РФ на изобретение №2297983, МКИ C02F 1/74, д. публ. 2007.04.27.

Патент РФ на изобретение №2169035, МКИ B01D 27/00, д. публ. 2001.06.20.

К техническому результату, достигаемому с помощью предлагаемого способа регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды, относится повышение эффективности фильтрации за счет качественной и быстрой регенерации загрузки фильтрующего модуля путем вытеснения воздухом оставшейся воды с загрязнениями из загрузки после прекращения фильтрования и последующей подачи воды для промывки.

Технический результат достигается путем того, способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды осуществляется следующим образом: после загрязнения загрузки прекращают процесс фильтрования и подают в слой загрузки промывную воду. Причем после прекращения процесса фильтрования сначала осуществляют последовательное вытеснение воздухом оставшейся воды с загрязнениями по всей длине загрузки через отверстия для воздуха дренажно-распределительной системы в виде перфорированной трубы с пористой гильзой. При этом уровень воды над загрузкой должен быть равен 0,5-1,0 м. Процесс аэрации длится 3-5 минут. Затем после прекращения подачи воздуха осуществляют промывку водой загрузки через отверстия для воды той же дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля. Производительность дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля для очистки воды находится в следующей зависимости:

$$Q=\mathrm{0,785}\times L_{др.}\times \sqrt{2}gH\times k_{пор.}\times ({\mu }_1\times d_1^2\times n_1+{\mu }_2\times d_2^2\times n_2)$$ ,

где L_др - общая длина дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля;

Н - высота воды в фильтрующем модуле над дренажно-распределительной системой;

g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²;

k_пор. - коэффициент пористости;

µ₁, µ₂ - коэффициенты расхода отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем.

Способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды осуществляется следующим образом:

а) Фильтрование.

Прием фильтрата осуществляется всеми дренажными отверстиями системы. Производительность дренажно-распределительной системы двойного назначения (вода-воздух) определяется по формуле:

$$Q=\mathrm{0,785}\times L_{др.}\times \sqrt{2}gH\times k_{пор.}\times ({\mu }_1\times d_1^2\times n_1+{\mu }_2\times d_2^2\times n_2)$$ ,

где L_др - общая длина дренажной системы фильтра;

Н - высота воды в фильтре над дренажной системой;

g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²;

k_пор. - коэффициент пористости;

µ₁, µ₂ - коэффициент расхода отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем.

При гидравлическом расчете для различных фильтров количество отверстий в нижних рядах может изменяться.

Определяющим фактором при этом является способность системы обеспечить скорость фильтрования в нормальном режиме 6-8 м/ч, а в форсированном 10-12 м/ч.

б) Регенерация загрузки подачей воздуха.

При подаче воздуха в систему происходит заполнение им верхней части трубы с дальнейшим распределением по длине. Далее воздух вытесняет воду по всей длине трубы практически равномерно до выхода его из верхних рядов отверстий. При необходимости количество и диаметр отверстий верхних рядов можно изменять в соответствии с расчетными данными. В случае непредвиденного увеличения подачи воздуха в систему вода вытесняется до следующих нижних рядов. Это обстоятельство предохраняет систему от отрицательных последствий резкого неконтролируемого увеличения скорости выхода воздуха из отверстий. Подача воздуха в загрязненную фильтрующую загрузку осуществляется при уровне воды над загрузкой 0,5-1,0 м в течение 3-5 минут в зависимости от степени ее загрязнения.

б) Водяная промывка.

Подача воды на промывку осуществляется только после прекращения подачи воздуха и полного закрытия запорной арматуры на подающем воздуховоде. Подаваемая вода на промывку распределяется в нижней части труб и вытесняет воздух из них в распределительный коллектор, обязательно оборудованный воздухосбросным стояком. Расчетная площадь отверстий определяется по формуле:

$$S_0=\left[(n_1\times \mathrm{0,785}\times d_1^2)+(n_2\times \mathrm{0,785}\times d_2^2)\right]\times k_{пор.}$$ ,

где n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

k_пор. - коэффициент пористости.

Интенсивность подачи воды на промывку определяется расчетами в пределах 12-18 л/(с·м²) и регулируется в ходе пуско-наладочных работ, которые необходимо проводить после завершения монтажных работ. При этом обеспечивается величина относительного расширения фильтрующей загрузки в пределах 25-50%.

Применяемые при изготовлении дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля материалы разрешены Минздравом РФ для использования в хозяйственно-питьевом водоснабжении, а также для контактов с пищевыми продуктами.

Расчет производительности дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух).

I. Производительность 1 п.м. дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) по воде при фильтровании без фильтрующей загрузки определяется по формуле:

$$Q=\mathrm{0,785}\times L_{др.}\times \sqrt{2}gH\times k_{пор.}\times ({\mu }_1\times d_1^2\times n_1+{\mu }_2\times d_2^2\times n_2)$$ ,

где L_др - общая длина дренажной системы фильтра;

L_др=1,0 м

Н - высота воды в фильтре над дренажной системой,

Н=2,0 м

(для расчетов взят уровень воды над фильтрующей загрузкой);

k_пор. - коэффициент пористости напыленного слоя,

k_пор.=0,5;

µ₁, µ₂ - коэффициенты расхода отверстий оздушной и водяной систем,

µ₁=0,82

(коэффициент расхода внешнего цилиндрического насадка воздушной системы),

µ₂=0,63

(коэффициент расхода конически расходящегося насадка водяной системы);

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем,

d₁=0,004 м

(d₁ - диаметр отверстий воздушной системы),

d₂=0,008 м

(d₂ - диаметр отверстий водяной системы);

n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем на 1 п.м,

n₁=12 шт.

(n₁ - количество отверстий воздушной системы на 1 п.м), n2=60 шт.

(n₂ - количество отверстий водяной системы на 1 п.м);

g - ускорение свободного падения,

g=9,8 м/c².

Расчет:

$$\begin{array}{l}Q=\mathrm{0,785}\times L_{др.}\times \sqrt{2}gH\times k_{пор.}\times ({\mu }_1\times d_1^2\times n_1+{\mu }_2\times d_2^2\times n_2)=\\ \mathrm{0,785}\times 1\times \sqrt{2}\times \mathrm{9,8}\times 2\times \mathrm{0,5}\times (\mathrm{0,82}\times {\mathrm{0,004}}^2\times 12+\mathrm{0,63}\times {\mathrm{0,008}}_2\times 60)=\\ \mathrm{0,785}\times 1\times \mathrm{6,26}\times \mathrm{0,5}\times (\mathrm{0,00015}+\mathrm{0,0024})=\\ \mathrm{0,785}\times 1\times \mathrm{6,26}\times \mathrm{0,5}\times \mathrm{0,00255}=\\ \mathrm{0,0063}{м}^3/с=\mathrm{22,68}{м}^3/ч=\mathrm{544,32}{м}^3/сут.\end{array}$$

Вывод.

Полученная величина производительности 1 п.м дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) по воде при фильтровании без фильтрующей загрузки является максимальной и в процессе эксплуатации регулируется задвижками фильтра.

II. Расчетная площадь отверстий 1 п.м дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) определяется по формуле:

$$S_0=\left[(n_1\times \mathrm{0,785}\times d_1^2)+(n_2\times \mathrm{0,785}\times d_2^2)\right]\times k_{пор.}$$ ,

где n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем,

n₁=12 шт.

(n₁- количество отверстий воздушной системы),

n₂=60 шт.

(n₂ - количество отверстий водяной системы);

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем,

d₁=0,004 м

(d₁ - диаметр отверстий воздушной системы),

d₂=0,008 м

(d₂ - диаметр отверстий водяной системы);

k_пор. - коэффициент пористости напыленного слоя,

k_пор.=0,5.

Расчет:

$$\begin{array}{l}{S}_0=\left[(n_1\times \mathrm{0,785}\times d_1^2)+(n_2\times \mathrm{0,785}\times d_2^2)\right]\times k_{пор.}=\\ \left[(12\times \mathrm{0,785}\times {\mathrm{0,004}}^2)+(60\times \mathrm{0,785}\times {\mathrm{0,008}}^2)\right]\times \mathrm{0,5}=\\ (\mathrm{0,00015}+\mathrm{0,003})\times \mathrm{0,5}=\mathrm{0,00315}\times \mathrm{0,5}=\mathrm{0,0016}{м}^2\end{array}$$

Вывод.

Полученная расчетная площадь отверстий 1 п.м дренажно-распределнтельной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) является оптимальной, но при гидравлических расчетах в случае необходимости количество отверстий может изменяться.

Предлагаемый способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды повышает эффективность фильтрации за счет качественной и быстрой регенерации загрузки фильтрующего модуля, а вследствие этого сокращаются сроки и стоимость ремонтных и монтажных работ.

Изобретение относится к технике очистки бытовых и сточных вод и может быть использовано для дренажных, распределительных и сборных систем в фильтрующих установках водоподготовки и доочистки бытовых и сточных вод. После загрязнения загрузки прекращают процесс фильтрования и подают в слой загрузки промывную воду, причем после прекращения процесса фильтрования сначала осуществляют последовательное вытеснение воздухом оставшейся воды с загрязнениями по всей длине загрузки через отверстия для воздуха дренажно-распределительной системы в виде перфорированной трубы с пористой гильзой. Уровень воды над загрузкой должен быть равен 0,5-1,0 м. Процесс аэрации длится 3-5 минут. После прекращения подачи воздуха осуществляют промывку водой загрузки через отверстия для воды той же дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля. Производительность дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля для очистки воды определяют по математической формуле. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности фильтрации за счет качественной и быстрой регенерации загрузки фильтрующего модуля. 2 пр.

Способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды, заключающийся в том, что после загрязнения загрузки прекращают процесс фильтрования и подают в слой загрузки промывную воду, отличающийся тем, что после прекращения процесса фильтрования осуществляют последовательное вытеснение воздухом оставшейся воды с загрязнениями по всей длине загрузки через отверстия для воздуха дренажно-распределительной системы в виде перфорированной трубы с пористой гильзой при уровне воды над загрузкой, равной 0,5-1,0 м, в течение 3-5 мин, затем после прекращения подачи воздуха осуществляют промывку водой загрузки через отверстия для воды той же дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля, причем производительность дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля для очистки воды находится в следующей зависимости:
$$Q=\mathrm{0,785}\times L_{др.}\times \sqrt{2}gH\times k_{пор.}\times ({\mu }_1\times d_1^2\times n_1+{\mu }_2\times d_2^2\times n_2)$$ ,
где L_др - общая длина дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля;
g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²;
Н - высота воды в фильтрующем модуле над дренажно-распределительной системой;
k_пор. - коэффициент пористости;
µ₁, µ₂ - коэффициенты расхода отверстий воздушной и водяной систем;
d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;
n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем.