УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 2015 года по МПК B01D25/00 C02F1/40 

Изобретение создано для многих отраслей промышленности и относится к области очистки двух жидкостей, не смешиваемых, отличающихся по плотности, с образованием в каждом из двух сред сплошных пленок различной толщины.

Существует аналогичное устройство отстойник с тонкослойными элементами различной конструкции и укомплектованные коалесцирующими фильтрами. Конструкций данных устройств множество, и они хорошо представлены на стр. 138-174 (Роев Г.Α., Юфин В.А. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. - M.: Недра, 1987. - 224 с). В данном устройстве основной поток очищаемой воды разделен на тонкие слои и проходит через коалесцирующий фильтр, встроенный в рабочую область отстойника. Однако данное устройство имеет существенные недостатки: эффективность очистки от нефтепродуктов до 10 мг/дм³, регенерация волокнистого загрузки практически невозможна, сложности в ремонтных и профилактических работах установки и др.

Существует устройство для очистки воды от нефтепродуктов (а. с. СССР 1261240, 1986, ДСП, МПК B01D 25/06, С 02 F 1/40).

Устройство состоит из установленных одна над другой открытых сверху камер со слоем фильтрующего материала, гидрозатворами и входным и выходным патрубками, при этом входной патрубок установлен под слоем фильтрующего материала, отличающийся тем, что имеют отстойники, установленные одна над другой над камерами, которые отличаются тем, что он оснащены тонкослойными элементами.

Очищаемая вода подается в отстойники, и дальше она самотеком по трубопроводам связи, подается в выбранные для очистки фильтрующие камеры, обвязанных параллельно, последовательно или в смешанных режимах. Качество очищенной воды от нефтепродуктов достигает до 0,5 мг / дм³. Однако данное устройство имеет недостатки: тонкослойные элементы в отстойнике создают дополнительные завихрения в основной рабочей зоне, а также существенно увеличивают стоимость отстойника; не предусматривается регенерация на месте фильтрующего материала.

Поставленная задача решается тем, что в отстойниках прототипа вместо тонкослойных элементов, согласно изобретению, предлагается установить тонкие синтетические сетки:

- с размерами ячеек такой величины, чтобы при нормальной рабочей производительности на них было гидравлическое сопротивление h основному потоку в пределах (0,002-0,1) м;

- установить угол t в диапазоне от 20 до 160 градусов к вектору скорости V движения воды (совпадающей с горизонтом);

- работой в статически - динамическом режиме;

- количество сеток может быть любое, исходя из технико-экономической целесообразности.

По конструкции сетки могут или находиться в статическом режиме или перемещаться в плоскости установки для проведения очистки от осадка. Основная цель сеток не задержка примесей, а выравнивание горизонтальной скорости движения очищаемой воды, по всему сечению отстойника. Фильтрующие камеры имеют другую конструкцию - вместо твердых сеток, использовали надежные многосекционные рамки разных конструкций для герметичного удержания фильтрующих материалов типа полипропилен на давление до 1МПа, предлагаются инфразвуковые вибраторы и ультразвуковые излучатели для регенерации фильтрующего материала. Все это в совокупности существенно изменяют технологические характеристики данного прототипа.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство для очистки жидкости состоит из отстойников 1, установленные один над другим фильтрующие камеры 2. В отстойниках размещены тонкие сетки 3, горизонтально, вертикально и под наклоном. В камерах 2 размещены фильтрующие ячейки 4 с многослойными фильтрующими материалами 5 по ТУ У 16512587.002-2001, которые герметически удерживаются многосекционными рамками 6 различных конструкций, инфразвуковой вибратор 7, излучатель ультразвука 8, трубки для отбора проб 9 и манометры 10. Отстойники, камеры обвязаны трубопроводами связи 11, канализацией 12. Отстойники, камеры прямоугольной формы монтируются по рассчитанной надежности стальной конструкции 13.

Работает устройство следующим образом. Очищаемая жидкость подается в отстойники 1, обвязанные трубопроводами связи 11 последовательно, параллельно и в смешанных вариантах. На рисунке показаны два отстойники, но на практике их количество могут быть другим, в зависимости от производственных условий. Существенное преимуществом данных отстойников в наличие в рабочей зоне сеток 3, которые создают гидравлическое сопротивление от 0,002 м и больше. Сетки полностью перекрывают поток очищенной воды, и, таким образом, выравнивают скорость по всему живому сечению рабочей зоны отстойника. Это существенно улучшает гидравлический режим работы отстойника, а, следовательно, и его эффективность. В отстойниках остается пленка с более легкой жидкости, а тяжелые дисперсные примеси опустятся на дно. Очищенная вода самотеком пойдет по трубопроводам связи 11 в фильтрационные камеры, где выделят дисперсные примеси необходимого размера. При фильтрации в камерах обязательно возникнет повышенное давление, что будет контролироваться манометрами 8. Если давления между отстойником и фильтрующей камерой будет недостаточно, то будет использован насос, находящийся на трубопроводе связи 11. При достижёнии максимально рабочего давления необходимо будет или снизит скорость фильтрации или провести регенерацию фильтрующего материала. Для этого камера отключают от основного процесса, включают инфразвуковой вибратор 7 и произведут слив всей воды в канализацию 12. После нескольких таких регенераций делают заполнение камеры жидкостью и произведут одновременную обработку жидкости ультразвуковыми и инфразвуковыми колебаниями с обратной промывкой в канализацию. По техническим условиям надо рассчитать минимальную мощность N_min, и максимальную частоту f_max инфразвукового вибратора для эффективной работы установки по приведенным формулам:

где ρ - плотность осадка; g - ускорение силы веса, η - динамическая вязкость осадка, Π - длина периметра осадка. S_ф, -площадь фильтрующего материала, - объем вибратора.

При такой регенерации можно снова включать в работу фильтрующую камеру и отслеживать давление фильтрации и качество очистки жидкости, так как после этого камера будет снова готова к подключению к основному процессу. Поскольку таких камер будет несколько, в зависимости от необходимости, установка будет работать непрерывно. После нескольких циклов регенерации предполагается мощная ультразвуковая обработка фильтрующего материала с последующей регенерациею, что позволит провести дезинфекцию и кавитационное разрушение крупных примесей в фильтре. Данная установка может работать в автоматизированном режиме. Данная установка позволяет существенно упростить конструкцию отстойников за счет ликвидации тонкослойных элементов с заменой их на дешевые синтетические сетки, уменьшить в 10 раз фильтрующий слой, и тем самым уменьшить затраты, возможность проведения регенерации фильтрующего материала, увеличить скорость фильтрации в 5-10 раз, и при этом на порядок улучшить качество очистки от нефтепродуктов - до 0,05 мг/дм³. Увеличивая скорость фильтрации в несколько раз, пропорционально в столько же раз уменьшаем габариты устройства, при той же производительности. Перечисленные преимущества устройства можно назвать существенными. Данное устройство принесет при внедрении значительный экономический эффект, позволит решать проблемы, ранее не выполнимые.

Изобретение относится к фильтровальной технике и предназначено для решения проблемы очистки воды от более легких жидкостей, которые образуют сплошную среду в виде пленки разной толщины, а также удаления дисперсных примесей разного происхождения. Устройство для очистки воды включает отстойники с тонкими синтетическими сетками для выравнивания скоростей очищаемой воды, по всему живому сечению отстойника, а также с помощью фильтрующих камер с существенно улучшенной конструкцией, с новыми фильтрующими материалами из полипропилена, с возможностью проведения простой регенерации, дезинфекции. Устройство обеспечивает в десять и больше раз улучшение основных технологических характеристик. Данное устройство незаменимо, например, при аварийных разливах нефтепродуктов на воде, очистке балластных вод на судах и т.п.

1. Устройство для очистки воды, содержащее установленные один над другим отстойники, открытые сверху камеры со слоем фильтрующего материала, гидрозатворами и входным и выходным патрубками, при этом входной патрубок установлен под слоем фильтрующего материала, отличающееся тем, что камеры разделены на фильтрующие ячейки с многосекционными рамками и с многослойными фильтрующими материалами, под слоем которых установлены один или несколько вибраторов на инфразвуковой частоте, при этом они подбираются по максимальной эффективности и экономичности по формулам частоты и мощности:
f_max=(S_ф·ρ·g):(η·П),
N_min=(ΔVв²·ρ²·g²)/(η·П),
где _fmax - максимальная частота вибратора; N_min - минимальная мощность вибратора; ρ - плотность осадка; g - ускорение силы тяжести; η - динамическая вязкость осадка; П - длина периметра осадка; S_ф - площадь фильтрующего материала; ΔVв - объем вибратора, и излучателем на ультразвуковую частоту для дезинфекции на мощность воздействия не менее 2 Вт/см².

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в фильтровальных камерах установлены фильтрующие материалы по ТУ У 311321-16512587.001-2000.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующий материал состоит от одного до десяти фильтропластов, отличающихся размерами пор и толщиной, установленные герметично в корпусе фильтра различные многосекционные рамки.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вместо монослойный фильтра используются различные многослойные фильтрующие материалы, разделенные между собой промежуточными рамками толщиной в пределах 0,005 - 0,04 м.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конструктивно толщина слоя очищенной воды над каким-либо слоем фильтрующего материала не меньше, чем 0,01 м.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между слоями фильтрующего материала находятся трубки с манометрами для измерения давления жидкости и отбора проб.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтрующие камеры состоят из множества фильтрующих ячеек, количество и геометрические размеры которых ограничены только технологической целесообразностью.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в рабочей части отстойника расположены сетки на минимальное гидравлическое сопротивление не менее 0,002 м.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отстойники и/или фильтрующие камеры расположены в горизонтальной или смещены относительно горизонта плоскостях.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сетки в отстойниках могут иметь угол расположения к вектору горизонтальной скорости очищаемой воды, от 20 до 160 градусов.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конструкция сетки в плоскостях установки позволяет сделать ее перемещения для профилактики, ремонта по типу транспортера, без полной остановки работы отстойника.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество сетей может быть любой, исходя из технико-экономической целесообразности.