УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ПОСРЕДСТВОМ ФИЛЬТРУЮЩЕГО СЛОЯ Российский патент 2019 года по МПК B01D24/26 B01D24/46 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству и способу для очистки текучей среды, такой как промышленная сточная вода или грунтовая вода, посредством фильтрующего слоя.

Уровень техники, к которой относится изобретение

[0002] В технике известны различные типы реакторов с фильтрующим слоем для очистки или рафинирования текучей среды или жидкости. В традиционных стационарных фильтрах твердые вещества постепенно накапливаются в фильтрующем слое, увеличивая потерю напора, до тех пор, пока не требуется очистка фильтрующего материала посредством обратной промывки, прежде чем может быть возобновлена обработка. Сроки между обратными промывками могут изменяться, и если указанные сроки являются чрезмерно короткими, может значительно сокращаться эффективное рабочее время системы.

[0003] В реакторах с непрерывным фильтрующим слоем очищаемая текучая среда проходит через фильтрующий слой, и фильтрующий материал приводится в движение посредством транспортной системы. Приведение в движение фильтрующего материала часто осуществляется посредством введения фильтрующего материала в циркуляцию через фильтрующий слой, например, посредством переноса фильтрующего материала со дна фильтрующего слоя вверх, где он осаждается, в том числе до или после того, как фильтрующий материал обрабатывается, и его повторного падения на фильтрующий слой, таким образом, что может сохраняться его непрерывное движение снизу вверх. Указанные системы, как правило, представляют собой самоочищающиеся системы, в которых удаленные части непрерывно стекают в концентрированном потоке.

[0004] Непрерывные реакторы с фильтрующим слоем данного типа все чаще используются для очистки промышленной и бытовой сточной воды, а также для очистки питьевой воды.

[0005] Заявка EP 730895 A1 описывает типичный песчаный фильтр предшествующего уровня техники, включающий цилиндрический резервуар с наклонным коническим дном, вдоль которого фильтрующий материал фильтрующего слоя скользит вниз, прежде чем он поднимается эрлифтом для очистки. Очищаемая вода, как правило, вводится во впуск в верхней половине резервуара. Указанные устройства имеют недостаток, вследствие конического дна, имея обычно достаточно большую высоту, составляющую приблизительно от 6 до 7 метров. Это может сделать конструкцию более сложной и дорогостоящей. Кроме того, фильтрующий слой часто является неравномерно загруженным, и в результате этого могут быть созданы предпочтительные пути текучей среды, в частности, когда увеличивается диаметр фильтра. По обеим причинам диаметр фильтров указанного типа обычно ограничивается максимальным уровнем, составляющим 4 метра.

Сущность изобретения

[0006] Настоящее изобретение предлагает устройство для очистки текучей среды. Данное устройство включает:

- резервуар для помещения, в процессе эксплуатации, фильтрующего слоя с сыпучим фильтрующим материалом;

- транспортную систему, выполненную с возможностью, в процессе эксплуатации, переноса фильтрующего материала из полости, которая ниже фильтрующего слоя, в положение выше фильтрующего слоя;

- впуск текучей среды для введения очищаемой текучей среды в устройство;

- смесительную секцию, выполненную с возможностью получения, в процессе эксплуатации, смеси текучей среды из впуска текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя; и

- множество газлифтных инжекторов, где каждый газлифтный инжектор выполнен с возможностью, в процессе эксплуатации, переноса смеси текучей среды из впуска текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя в полость.

[0007] Дно резервуара может быть плоским (при наблюдении снаружи), или, по меньшей мере, оно включает значительную плоскую часть. Описанные выше отличительные признаки делают необязательным наклонное коническое дно резервуаров предшествующего уровня техники, допуская упрощенную конструкцию. Газлифтные инжекторы могут быть наклонены по диагонали. Газлифтные инжекторы могут быть расположены в смещенной от центра конфигурации, таким образом, что каждый газлифтный инжектор покрывает часть плоского дна резервуара. Таким образом, смесь, которая находится на дне или вблизи дна резервуара, эффективно переносится в полость для последующего переноса вверх. В нижней половине резервуара обычно располагаются один или более впусков текучей среды, смесительная секция и газлифтные инжекторы. Термин "нижняя половина резервуара" используется для обозначения положения, которое находится вблизи дна резервуар, по меньшей мере, ближе ко дну, чем к верху. Указанное положение может также находиться в нижней трети резервуара или в нижней четверти резервуара. Как правило, впуск текучей среды и полость ниже фильтрующего слоя могут находиться вблизи дна резервуара. Поскольку газлифтные инжекторы переносят смесь очищаемой текучей среды и сыпучего материала, поступающего из фильтрующего слоя к полости для последующего переноса вверх, больше не является обязательной сужающаяся вниз коническая форма реакторов с фильтрующим слоем предшествующего уровня техники. Это упрощает изготовление устройства согласно настоящему изобретению и делает практичным и полезным применение определенных материалов (например, полимеров).

Настоящее изобретение также предлагает фильтрующее устройство, которое может быть короче, чем традиционные реакторы с фильтрующим слоем.

[0008] Настоящее изобретение описывает газлифтный инжектор как средство переноса смеси из отсеков в полость. Газлифтный инжектор представляет собой соответствующее устройство для достижения данной цели, поскольку газ также способствует работе восходящей трубы для переноса в верхнюю часть резервуара. Однако настоящее изобретение не ограничено использованием газлифтных инжекторов. В том случае, где в настоящем описании представлены газлифтные инжекторы, могут также присутствовать транспортные системы других типов (например, приводимая в действие насосом транспортная система). Важно, что газлифтный инжектор перемещает смесь в полость и не препятствует работе транспортной системы между полостью и верхней частью резервуара.

[0009] Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, устройство включает смесительную секцию в нижней половине резервуара, причем открытый верх смесительной секции находится в соединении по текучей среде с фильтрующим слоем, и открытое дно смесительной секции находится в соединении по текучей среде с впуском текучей среды. Согласно варианту осуществления, смесительная секция разделена, одной или несколькими перемычками, на множество отсеков. Согласно варианту осуществления, верхнее отверстие смесительной секции является больше, чем нижнее отверстие, таким образом, что смесительная секция, по существу, имеет форму воронки. Согласно варианту осуществления, смесительная секция выполнена с возможностью переноса, в процессе эксплуатации, смеси входящей текучей среды и сыпучего материала во впуск, по меньшей мере, одного газлифтного инжектора.

[0010] Настоящее изобретение предлагает массив из множества устройств, которые описаны выше, причем, по меньшей мере, два из множества устройств соединены друг с другом, чтобы распределять очищаемую текучую среду между, по меньшей мере, двумя из устройств.

[0011] Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ очистки текучей среды, причем данный способ включает следующие стадии:

- введение входящей очищаемой текучей среды в устройство для очистки;

- смешивание входящей текучей среды с сыпучим фильтрующим материалом из фильтрующего слоя в устройстве для очистки; и

- введение смеси входящей текучей среды с сыпучим фильтрующим материалом через множество газлифтных инжекторов в транспортную систему для переноса фильтрующего материала из положения нижу фильтрующего слоя в положение выше фильтрующего слоя.

Краткое описание чертежей

[0012] На прилагаемых чертежах, где аналогичные номера обозначают аналогичные элементы,

фиг. 1 схематически представляет устройство в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет изометрический разрез нижней части устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 иллюстрирует вид спереди в разрезе нижней части устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 4 иллюстрирует вид сверху вниз нижней части устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 5 представляет технологическую схему способа очистки текучей среды в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 6a иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения с прямоугольным периметром, и фиг. 6b представляет массив таких резервуаров; и

фиг. 7a иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения с шестиугольным периметром, и фиг. 7b представляет массив таких резервуаров.

Подробное описание

[0013] Далее настоящее изобретение будет описано в отношении сопровождающих чертежей.

[0014] Следует отметить, что, во всем следующем описании будут варианты осуществления настоящего изобретения, в который в качестве фильтрующего материала используется песок. Однако следует понимать, что в качестве данного фильтрующего материала может присутствовать фильтрующий материал любого другого подходящего типа, который известен в технике, такой как кварцитовый песок, гранитный песок, гравий, антрацит или активированный уголь.

[0015] Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения предусматривают, что очищаемая текучая среда представляет собой воду, но настоящее изобретение не ограничивается этим и может применяться к любой подходящей текучей среде.

[0016] На сопровождающем фиг. 1 номером 1 обозначен резервуар или резервуар с фильтрующим слоем 2 фильтрующего материала; в данном примере присутствует песок с определенным размером зерен. Резервуар 1 составляет цилиндрическая секция без необходимости конического дна, такого как дно, которое имеют известные песчаные фильтры, но нижняя цилиндрическая секция имеет такой же диаметр, как фильтрующий слой, расположенный ниже фильтрующего слоя. Указанная нижняя цилиндрическая секция включает смесительную секцию 3, включающую, по меньшей мере, один отсек, предпочтительно множество отсеков. Каждый отсек может сужаться вниз таким образом, что он действует как воронка. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, смесительная секция 3 включает, по меньшей мере, три отсека, из которых каждый сужается вниз, таким образом, что они действуют как воронки, расположенные с образованием круга и окружающие нижнюю цилиндрическую секцию. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и может присутствовать иное число отсеков, например, 2, 3, 4 (как представлено на фиг. 6a), 5, 6 (как представлено на фиг. 2-4), 7, 8, или более. Посредством данной структуры воронкообразных отсеков вокруг центра смесительной секции получается более плоская нижняя секция, и смесь песка и воды может переноситься в транспортную систему из различных положений вокруг смесительной секции. Данная смесительная секция 3 имеет открытый верх, таким образом, что входящий поток из впуска 14 текучей среды проходить в фильтрующий слой, и фильтрующий материал из фильтрующего слоя может осаждаться. Подробное описание смесительной секции 3 представлено ниже.

[0017] Верхняя часть резервуара 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения является открытой, но, согласно другим вариантам осуществления настоящему изобретению, она может быть также закрытой. В центре резервуара 1 находится транспортная система, выполненная с возможностью перемещения фильтрующего материала фильтрующего слоя 2, когда в процессе эксплуатации транспортная система действует как лифтовая труба 8, которая проходит вдоль вертикальной оси резервуара 1. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, вторая труба 9 располагается вокруг лифтовой трубы 8, причем вторая труба также называется наружной трубой или обсадной трубой. Указанная наружная труба 9 может быть короче, чем лифтовая труба 8, таким образом, что лифтовая труба 8 дальше проходит вниз ко дну резервуара, чем наружная труба 9.

[0018] В верхнем конце наружная труба 9 проходит до точки, расположенной на определенном расстоянии ниже верхнего конца лифтовой трубы 8. Данная наружная труба действует как разделительное устройство между лифтовой трубой 8 и фильтрующим слоем 2, таким образом, что лифтовая труба может быть удалена и установлена без воздействия на фильтр, в то время как фильтр наполнен водой и песком. В нижнем конце наружная труба 9 проходит до точки, расположенной на определенном расстоянии выше нижнего конца лифтовой трубы 8. Лифтовая труба 8 и наружная труба 9 заканчиваются в коническом отверстии полости 5, которая окружает лифтовую трубу 8 до точки ниже ее нижнего конца.

[0019] Данная полость 5 располагается ниже фильтрующего слоя, в центре устройства. Вокруг вышеупомянутой полости 5 располагается смесительная секция 3, из которой фильтрующий материал (песок) поступает в транспортную систему, и через которую входящая текучая среда (вода) поступает в фильтрующий слой. Газлифтный инжектор 4 проходит, своим верхним концом, в полость 5, причем газлифтный инжектор производит, в процессе эксплуатации, смесь газа, который продувается из внешней системы, воды и песка, которые поступают в газлифтный инжектор 4 из смесительной секции 3. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, газ представляет собой воздух, но настоящее изобретение не ограничивается этим. Кроме того, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, устройство оборудовано, по меньшей мере, двумя газлифтными инжекторами. Указанные газлифтные инжекторы могут располагаться таким образом, что их нижние концы занимают различные положения вокруг смесительной секции, например, в каждом из отсеков смесительной секции 3. Таким путем они могут перемещать смесь воды и песка вместе с вытесняющим газом в верхнюю часть полости 5 из различных положений в смесительной секции.

[0020] Кроме того, количество переносимой смеси воды и песка может регулироваться посредством изменения количества поступающего газа. В том случае, где более чем один газлифтный инжектор находится вокруг полости 5, количество поступающего газа может различаться для каждого газлифтного инжектора. В результате этого количество переносимой смеси воды и песка может различаться для каждого отсека смесительной секции 3, позволяя, таким образом, компенсировать неравномерное распределение песка в фильтрующем слое или неравномерное распределение вертикальной скорости песка в фильтрующем слое.

[0021] Согласно варианту осуществления, присутствует один газлифтный инжектор 4 для каждого отсека смесительной секции 3. Таким образом, каждый газлифтный инжектор 4 выполнен с возможностью перемещения смеси воды и сыпучего материала, которая получается в своем соответствующем отсеке, в полость 5. Кроме того, может присутствовать множество газлифтных инжекторов для каждого отсека. Число отсеков в смесительной секции 3 может выбирать специалист в данной области техники, и, как правило, выбор зависит от формы периметра резервуара.

[0022] Очищаемая вода поступает в систему через впускную трубу 14, которая проходит в пространство под смесительной секцией 3, таким образом, что фильтрующий материал, который перемещается вниз через смесительную секцию 3, будет смешиваться с входящим потоком из впускной трубы 14. Верх смесительной секции 3 является открытым, и, таким образом, вода во входящем потоке может также перемещаться вверх через смесительную секцию в фильтрующий слой 2. Вода очищается и осветляется, когда она протекает через фильтрующий слой в восходящем направлении, в то время как примеси, которые содержит вода, задерживаются фильтрующим слоем 2.

[0023] Смесь воды, песка и воздуха, которая поступает в полость 5 через газлифтные инжекторы 4, поступает оттуда в лифтовую трубу 8. Когда смесь с воздухом поступает в лифтовую трубу, удельный вес текучей среды в лифтовой трубе 8 уменьшается, то есть плотность текучей среды уменьшается, и она, в свою очередь, перекачивается вверх по лифтовой трубе.

[0024] Кроме того, оказывается возможной эксплуатация системы с одним впуском воздуха, присоединенным к лифтовой трубе 8: газ поступает в фильтр через лифтовую трубу 8. Плотность текучей среды в трубе уменьшается, и она перекачивается вверх. Этот поток создает пониженное давление в полости 5, что будет перемещать смесь воды и сыпучего материала из смесительной секции 3 через газлифтные инжекторы в полость 5.

[0025] Песок, расположенный в нижней части фильтрующего слоя 2 и загрязненный примесями, задержанными из воды, осаждается на дно смесительной секции 3, и циркуляция песка осуществляется на основе эрлифтного принципа, заключающегося в том, что смесь загрязненного песка и воды проталкивается вверх со дна смесительной секции 3 в положение выше фильтрующего слоя через газлифтный инжектор 4 через полость 5 и через лифтовую трубу 8.

[0026] Использование данной транспортной системы и данной смесительной секции 3 вместо имеющего коническое дно фильтрующего слоя представляет собой преимущество в том смысле, что это позволяет переносить песок в нижний конец лифтовой трубы 8, чтобы проталкивать его вверх без проблемы неравномерного распределения песка в фильтрующем слое, которая возникает в известных аналогичных фильтрах, и высота резервуара может быть меньше, чем высота известных аналогичных фильтров.

[0027] Песок, который направляется вверх через лифтовую трубу 8, смешивается с водой и примесями, такими как ил и другие твердые веществ. Разность плотности между песком и другими примесями упрощает дифференциальное движение, когда они поднимаются через лифтовую трубу 8, и, таким образом, они могут разделяться. Песок обычно имеет более высокую плотность, и, таким образом, когда он поступает в верхний конец лифтовой трубы, он первым соскальзывает вниз в фильтрующий слой для повторного использования.

[0028] Верхние концы лифтовой трубы 8 и наружной трубы 9 проходят выше фильтрующего слоя 2. Рубашка 15 располагается вокруг данной секции лифтовой трубы 8 и наружной трубы 9, расположенной выше фильтрующего слоя 2. Внутри рубашки 15 и снаружи внешней стороны наружной трубы 9 присутствуют в чередующемся рисунке ребра с наклоняющейся вниз поверхностью на верхней стороне. Указанные ребра позволяют направлять песок вверх через лифтовую трубу 8 для осаждения вниз через пространство 16 между рубашкой 15 и наружной трубой 9, в то время как чистая вода из фильтрующего слоя 2 может протекать вверх через то же самое пространство.

[0029] Когда песок направляется вверх через лифтовую трубу 8, а затем осаждается обратно в фильтрующий слой 2, песок, который располагается в верхней части фильтрующего слоя, представляет собой наиболее чистый песок, а песок, который располагается в нижней части фильтрующего слоя, имеет наиболее высокую концентрацию примесей. Песок из нижней части фильтрующего слоя можно очищать, а затем снова помещать в верхнюю часть фильтрующего слоя. Таким путем, непрерывно производится чистый песок, и эта непрерывная очистка песка обеспечивает оптимальный непрерывный процесс очистки воды.

[0030] Лифтовая труба 8 заканчивается во вторичном резервуаре 17, который представляет собой так называемый "промывной бак". Ил и другие примеси, смешанные с водой, которые переносились вверх через лифтовую трубу и которые уже отделились от чистого песка вследствие различных плотностей, выводятся из резервуара 1 через сточную трубу 18, которая присоединяется к вторичному резервуару 17.

[0031] Очищенная вода, которая поднимается вверх через фильтрующий слой 2, и примеси из которой задерживаются в фильтрующем слое, может вытекать из резервуара 1 через водослив 19 в выпуск, расположенный на определенной высоте на внутренней стенке 25 резервуара 1.

[0032] Фиг. 2 представляет изометрический разрез нижней части фильтрующего устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Смесительная секция имеет наружную стенку 10 и внутренний сепаратор 11, который начинается в верхнем конце наружной стенки и проходит в изогнутой вниз форме до точки на определенном расстоянии ниже вышеупомянутого верхнего конца, которая может представлять собой приблизительно среднюю по вертикали точку. Пространство между наружной стенкой 10 и внутренним сепаратором 11 образует кольцевой канал или кольцевую линию вокруг смесительной секции 3.

[0033] Смесительная секция 3 имеет радиальную конфигурацию перемычек 13, которые проходят вертикально от верхнего конца смесительной секции приблизительно до середины, совпадающей с высотой, где заканчивается внутренний сепаратор 11, и указанные перемычки соединяют, как велосипедные спицы, внутренний сепаратор 11 с центром смесительной секции, то есть с внутренней стенкой 6, которая выступает как наружная стенка полости 5. Нижние стороны указанных перемычек могут присоединяться к кольцевому каналу между наружной стенкой 10 и внутренним сепаратором 11, таким образом, что входящая вода распределяется не только через кольцевой канал, но также через перемычки 13. Указанные перемычки 13 разделяют смесительную секцию 3 таким образом, что они создают отсеки в дискообразной конфигурации вокруг центра смесительной секции. Согласно вариантам осуществления настоящему изобретению, присутствуют, по меньшей мере, три перемычки, которые разделяют смесительную секцию, по меньшей мере, на три отсека, но для специалиста в данной области техники должно быть ясно, что может также присутствовать любое другое число перемычек. Через кольцевой канал и перемычки входящая вода распределяется вокруг отсеков.

[0034] Смесительная секция 3 также имеет наклонную стенку 12, которая начинается на небольшом расстоянии выше конца внутреннего сепаратора 11 и проходит до дна смесительной секции. Данная структура смесительной секции позволяет песку опускаться до нижнего центра смесительной секции без необходимости конической структуры, имеющей значительный диаметр и значительную высоту. Другими словами, внутренний сепаратор 11, перемычки 13, наружная стенка полости 5 и наклонная стенка 12 совместно образуют воронкообразную структуру, включающую множество отсеков. Воронкообразная структура, имеющая множество воронкообразных отсеков, созданных перемычками 13, выполнена с возможностью направления частиц фильтрующего слоя с входящей текучей средой в пространство вблизи дна резервуара, где частицы фильтрующего слоя и входящая текучая среда могут всасываться в газлифтные инжекторы 4. Оказывается предпочтительным наклонное положение газлифтных инжекторов, направляющих смесь воды, песка и вытесняющего газа из различные положений в нижней части отсеков в верхнюю часть полости 5. данное распределение позволяет переносить материал в транспортную систему из различных положений вокруг нижней секции, а не из центра нижней секции, делая возможным укорочение нижних секций и, таким образом, укорочение устройств, и в то же время обеспечивает ускоренный и эффективно распределенный процесс фильтрации.

[0035] Вода поступает в систему посредством введения в смесительную секцию 3 через ее наружную стенку через, по меньшей мере, одну впускную трубу 14. Множество впускных труб может также располагаться вокруг наружной стенки таким образом, что вода может поступать в систему через различные стороны фильтра, могут избегаться и предпочтительные пути текучей среды. Множество впускных труб может, например, занимать определенные положения наружной стенки таким образом, что вода поступает в систему вокруг каждого из различных отсеков, образованных перемычками 13. Точка введения, по меньшей мере, одной впускной трубы в наружную стенку смесительной секции располагается на уровне выше начальной точки наклонной стенки 12 и внутри кольцевого канала, который образуют наружная стенка 10 и внутренний сепаратор 11. Таким образом, данная впускная труба изолирована и защищена, и материал, расположенный в смесительной секции, не может поступать во впускную трубу, через которую поступает грязь.

[0036] Песок, поступающий вниз из фильтрующего слоя 2, поступает в смесительную секцию 3 и смешивается с водой, поступающей через впускную трубу 14. В нижней части смесительной секции 3 располагаются газлифтные инжекторы 4, через которые вода и песок поступают в полость 5. Указанные газлифтные инжекторы 4 проходят диагонально, то есть они имеют один нижний конец в определенном смещенном от центра положении на дне отсеков, и они наклонены к центру устройства, где располагается верхний конец полости 5. Указанные газлифтные инжекторы принимают смесь песка и воды в свой открытый нижний конец в смесительной секции 3 и направляют ее с введенным газом в свой открытый верхний конец снаружи смесительной секции, расположенной в верхней части полости 5. Внутренняя стенка 6 смесительной секции покрывает газлифтные инжекторы 4, исключая нижний конец, который располагается в нижней части смесительной секции 3, и через который поступают вода и песок.

[0037] Чтобы поднимать воду и песок со дна смесительной секции 3 в полость 5, газ водится в газопроточные инжекторы 4 через газовводные трубы 7. Смесь воды, песка и воздуха поступает в полость 5 через газлифтные инжекторы 4 и оттуда поступает в лифтовую трубу 8 транспортной системы.

[0038] Фиг. 3 иллюстрирует вид спереди в разрезе нижней части фильтрующего устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 можно видеть, как внутренний сепаратор 11 с изогнутой вниз формой образует кольцевой канал с наружной стенкой 10. Кроме того, можно видеть, что наклонная стенка 12 начинается на уровне выше конечной точки внутреннего сепаратора 11. Таким образом, впускная труба 14, через которую вода поступает в смесительную секцию 3, изолирована и защищена, и материал, расположенный внутри смесительной секции, не может поступать во впускную трубу. Кроме того, входящий поток проходит вокруг посредством кольцевого канала таким образом, что входящий поток равномерно распределяется и не концентрируется вокруг впускной трубы 14.

[0039] Фиг. 4 иллюстрирует вид сверху вниз фильтрующего устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения

[0040] На фиг. 4 можно четко видеть, как перемычки 13 соединяют внутренний сепаратор 11 с внутренней стенкой 6 смесительной секции 3, и как они распределяются аналогично велосипедным спицам, разделяя смесительную секцию на множество отсеков, которые образуют воронкообразную структуру вокруг центра смесительной секции. Согласно варианту осуществления на фиг. 4, перемычки 13 разделяют смесительную секцию 3 на шесть отсеков, которые соединяются друг с другом у верхнего и нижнего отверстий. Становится понятным, что число отсеков не должно обязательно равняться шести. Специалист в данной области техники может спроектировать систему согласно настоящему изобретению с различным числом отсеков.

[0041] Из фиг. 4 можно также понять, как внутренний сепаратор 11 создает кольцевой канал вокруг внутренней части наружной стенки смесительной секции. Можно также видеть, как наклонная стенка 12 проходит до дна смесительной секции 3. Внутренняя стенка 6 смесительной секции, которая выступает как наружная стенка полости 5, расположенной в центре нижней части устройства, под фильтрующим слоем 2, имеет коническую форму, которая расширяется в нисходящем направлении.

[0042] Фиг. 5 представляет технологическую схему способа очистки текучей среды в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На стадии 51 текучая среда, в данном случае вода, поступает в фильтрующее устройство посредством впускной трубы 14. Данная впускная труба имеет один из своих концов, расположенный в наружной стенке 10 смесительной секции 3, внутри кольцевого канала, образованного наружной стенкой и внутренним сепаратором 11. Поскольку внутренний сепаратор имеет изогнутую вниз форму, он покрывает вход воды через впускную трубу и защищает впускную трубу 14 от текучей среды, расположенной внутри смесительной секции.

[0043] Через смесительную секцию 3 на стадии 52 вода из входящего потока смешивается с сыпучим фильтрующим материалом, в данном случае это песок с определенным размером зерен, расположенный в фильтрующем слое 2. Таким образом, вода очищается посредством пропускания через фильтрующий слой, где примеси осаждаются, когда вода движется вверх.

[0044] Песок, осажденный на дне смесительной секции 3, представляет собой песок, который имеет максимальное количество примесей, которые были отделены от воды. Данный песок также очищается таким образом, что он может повторно использоваться для непрерывного процесса очистки. Для этой цели на стадии 53 песок перемещается посредством введения газа, то есть песок, вместе с примесями и водой переносится из нижней части смесительной секции 3 в транспортную систему через, по меньшей мере, один газлифтный инжектор 4. Смесь песка и воды из нижней части смесительной секции поступает в газлифтный инжектор 4 и переносится в полость 5, расположенную под фильтрующим слоем 2, окруженным смесительной секцией. Чтобы можно было поднимать песок и воду через газлифт, газ вводится в газлифт 4 через газовпускные трубы 7, в данном случае это воздух, и этот воздух нагнетает песок и воду в полость 5.

[0045] На стадии 54 песок и вода переносятся из полости 5, расположенной под фильтрующим слоем 2 в положение выше фильтрующего слоя через лифтовую трубу 8. Воздух уменьшает удельный вес смеси песка и воды в лифтовой трубе 8, то есть плотность смеси уменьшается, и она, в свою очередь, перекачивается вверх по лифтовой трубе до положения выше фильтрующего слоя.

[0046] Примеси, которые поступают в резервуар 17, расположенный в верхнем конце лифтовой трубы, могут выходить из фильтра через сточную трубу 18. Песок, который теперь является очищенным, может снова осаждаться на фильтрующий слой таким образом, что он может повторно использоваться для непрерывной очистки воды. Наконец, вода, которая достигает верхней части резервуара 1 и проходит через фильтрующий слой 2, теперь является полностью очищенной и может выходить из резервуара через водослив 19 в выпуск 20, расположенный на определенной высоте на внутренней стенке резервуара 1.

[0047] В приведенных выше примерах представлены цилиндрические резервуары. Однако периметр резервуара не должен быть обязательно круглым. Могут также использоваться другие формы, такие как квадраты, прямоугольники и шестиугольники. Фиг. 6a иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения, в котором резервуар 61 имеет прямоугольный периметр, и фиг. 6b представляет массив таких резервуаров 61. Каждый модуль 61 в массиве 62 включает резервуар 61, стояк или лифтовую трубу 8, и наружную стенку 10 (с внутренним сепаратором 11) для образования канала. В данном примере резервуар 61 имеет смесительную секцию 3 с четырьмя отсеками. Однако, как и ранее, может присутствовать практически любое число отсеков. Также присутствуют эрлифтные инжекторы 4 (не представленные на чертежей), как могут присутствовать любые другие элементы, представленные более подробно в примерах на фиг. 1-4. Резервуары 61 в массиве 62 могут соединяться друг с другом таким образом, что входящая вода поступает во все резервуары 61 через ряд соединенных друг с другом каналов (образованных стенкой 10 и сепаратором 11) и перемычки 13. Таким образом, впуск 14 одного резервуара 61 присоединяется к впуску 14 другого резервуара. При том условии, что достаточное число наружных впусков 14 присоединяется к впуску сточной воды, может обеспечиваться хорошее распределение сточной воды во всем массиве.

[0048] Фиг. 7a иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где резервуар 71 имеет шестиугольный периметр, и фиг. 7b представляет массив 72 таких резервуаров 71. Снова все детали, которые описаны в примерах на фиг. 1-4, могут также применяться к данному варианту осуществления. Резервуары 71 в массиве 72 соединяются друг с другом, как описано в отношении фиг. 6b. Хотя на фиг. 6b и 7b представлены массивы резервуаров с прямоугольными и шестиугольными периметрами, могут быть получены массивы с использованием резервуаров с периметром любого типа, включая круглые периметры. Однако в некоторых случаях, таких как случай круглого периметра, результат будет представлять собой пустое пространство между резервуарами массива. Преимущество резервуаров 61 и 71 заключается в том, что они могут быть плотно упакованы в массиве.

[0049] Настоящее изобретение предлагает фильтрующее устройство, у которого нижняя секция является значительно короче, чем в известных фильтрующих устройствах, и резервуар включает плоскую нижнюю секцию, а не коническую нижнюю секцию. Это создает воронкообразная структура отсеков, расположенных вокруг центра нижней секции устройства, что вместе с газоинжекционной системой, оборудованной множеством газовых инжекторов, обеспечивает улучшенное и пропорциональное распределение фильтрующего материала по поверхности фильтрующего слоя.

[0050] Фильтрующее устройство согласно настоящему изобретению может присутствовать в форме индивидуальных цилиндрических резервуаров или также внутри резервуарных установок, таких как бетонные резервуарные установки, где фильтрующее устройства вводятся в четырехугольные контейнеры, и множество контейнеров составляет фильтрующие ячейки. Когда должно использоваться большое количество фильтрующих устройств, осуществление последней конфигурации упрощается посредством изготовления фильтрующих ячеек, состоящих из множества контейнеров вместо большого количества отдельных фильтрующих устройств.

[0051] В предшествующем описании чертежей настоящее изобретение было представлено со ссылкой на свои конкретные варианты осуществления. Однако является очевидным, что могут быть произведены разнообразные модификации и изменения без выхода за пределы объема настоящего изобретения, которое кратко изложено в прилагаемой формуле изобретения.

[0052] В частности, могут быть произведены сочетания конкретных отличительных признаков разнообразных аспектов настоящего изобретения. Преимущественно аспект настоящего изобретения может быть дополнительно усилен посредством добавления отличительного признака, который был описан в отношении другого аспекта настоящего изобретения.

[0053] Следует понимать, что настоящее изобретение ограничивается только прилагаемой формулой изобретения и соответствующими техническими эквивалентами. В настоящем документе и прилагаемой формуле изобретения глагол "включать" и формы его спряжения используются в неограничительном смысле, означая перечисляемые после него предметы включаются без исключения предметов, которые конкретно не упоминаются. Кроме того, предшествующий элементу неопределенный артикль "a" или "an" не исключает возможности присутствия более чем одного элемента, если согласно контексту четко не требуется присутствие одного и только одного из элементов. Таким образом, неопределенный артикль "a" или "an" обычно означает "по меньшей мере, один".

Изобретение относится к устройству и способу для очистки текучей среды, такой как промышленная сточная вода или грунтовая вода, посредством фильтрующего слоя. Устройство включает резервуар (1) для помещения в процессе эксплуатации фильтрующего слоя (2) с сыпучим фильтрующим материалом; транспортную систему (8), выполненную с возможностью в процессе эксплуатации переноса фильтрующего материала из полости (5) под фильтрующим слоем (2) в положение (17) над фильтрующим слоем; впуск (14) текучей среды для введения очищаемой текучей среды в устройство; смесительную секцию (3), выполненную с возможностью в процессе эксплуатации получения смеси текучей среды из впуска текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя в части резервуара под смесительной секцией; и множество газлифтных инжекторов (4), где каждый газлифтный инжектор (4) выполнен с возможностью в процессе эксплуатации переноса смеси текучей среды из впуска (14) текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя (2) в полость (5). Изобретение обеспечивает оптимальный непрерывный процесс очистки воды. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для очистки текучей среды, содержащее:

резервуар (1) для помещения, в процессе эксплуатации, фильтрующего слоя (2) с сыпучим фильтрующим материалом;

транспортную систему (8), выполненную с возможностью, в процессе эксплуатации, переноса фильтрующего материала из полости (5), которая находится ниже фильтрующего слоя (2), в положение (17) выше фильтрующего слоя;

впуск (14) текучей среды для введения очищаемой текучей среды в устройство;

смесительную секцию (3), выполненную с возможностью, в процессе эксплуатации, получения смеси текучей среды из впуска текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя; и

множество газлифтных инжекторов (4), причем каждый газлифтный инжектор (4) выполнен с возможностью, в процессе эксплуатации, переноса смеси текучей среды из впуска (14) текучей среды и сыпучего фильтрующего материала из фильтрующего слоя (2) в полость (5).

2. Устройство по п. 1, в котором дно резервуара имеет плоскую наружную поверхность.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один газлифтный инжектор (4) содержит трубу, которая проходит диагонально вверх из смещенного от центра положения к центральной оси полости (5).

4. Устройство по п. 1 или 2, в котором полость (5) имеет коническую наружную стенку, которая расширяется в нисходящем направлении.

5. Устройство по п. 1 или 2, в котором смесительная секция (3) обеспечена в нижней половине резервуара (1), и причем смесительная секция имеет открытый верх в соединении по текучей среде с фильтрующим слоем и открытое дно в соединении по текучей среде с впуском (14) текучей среды.

6. Устройство по п. 5, в котором верхнее отверстие смесительной секции (3) является больше, чем нижнее отверстие.

7. Устройство по п. 1 или 2, в котором смесительная секция (3) разделена, одной или несколькими перемычками (13), на множество отсеков.

8. Устройство по п. 1 или 2, в котором смесительная секция (3) выполнена с возможностью направления, в процессе эксплуатации, смеси входящей текучей среды и сыпучего материала во впуск по меньшей мере одного газлифтного инжектора (4).

9. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один газовый впуск выполнен с возможностью регулирования количества газа, подаваемого в газлифтный инжектор (4).

10. Устройство по п. 9, в котором каждый из множества газовых впусков выполнен с возможностью введения различного количества газа в газлифтные инжекторы (4).

11. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере одна смесительная секция (3) содержит наружную стенку (10) и внутренний сепаратор (11), и причем пространство между наружной стенкой и внутренним сепаратором образует кольцевой канал.

12. Устройство по п. 11, в котором очищаемая текучая среда поступает в устройство посредством по меньшей мере одной впускной трубы (14), чей конец располагается внутри кольцевого канала, образованного между наружной стенкой (10) и внутренним сепаратором (11) смесительной секции (3).

13. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере одна смесительная секция (3) включает наклонную стенку (12), которая проходит от наружной стенки (10) смесительной секции до дна смесительной секции.

14. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере одна смесительная секция (3) окружает полость (5), и наружная стенка полости представляет собой внутреннюю стенку смесительной секции.

15. Устройство по п. 1 или 2, содержащее множество впусков (14) текучей среды для введения очищаемой текучей среды в устройство.

16. Устройство по п. 1 или 2, дополнительно содержащее по меньшей мере один газовый впуск, присоединенный к транспортной системе (8), причем по меньшей мере один газовый впуск выполнен с возможностью введения газа непосредственно в транспортную систему и перекачивания материала в транспортной системе в восходящем направлении.

17. Массив из множества устройств по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере два из множества устройств взаимно соединены, чтобы распределять очищаемую текучую среду между по меньшей мере двумя из устройств.

18. Способ очистки текучей среды, причем данный способ включает следующие стадии:

- введение (51) входящей очищаемой текучей среды в устройство для очистки;

- смешивание (52) входящей текучей среды с сыпучим фильтрующим материалом из фильтрующего слоя (2) в устройстве для очистки; и

- введение (53) смеси входящей текучей среды с сыпучим фильтрующим материалом через множество газлифтных инжекторов (4) в транспортную систему для переноса фильтрующего материала из смещенного от центра положения ниже фильтрующего слоя в положение выше фильтрующего слоя.