Способ регенерации фильтрующего слоя из эластичного пористого материала Советский патент 1984 года по МПК B01D23/24 

&0

со очистке Изобретение относится к и нефтеВОДЫ от взвешенных веществ продуктов и может быть использовано при очистке производственных сточны вод и загрязненного стока дождевых вод с территории городов и промышленных предприятий. Фильтрование через пористые элас тичные полимерные материалы является одним из перспективных направлений очистки природных и сточных вод. В настоящее время при фильтрационной очистке воды, содержащей взвешенные вещества и нефтепродукты наиболее эффективно применение элас тичных пенополиуретанов. Пенополиуретановые фильтры намного превосхо дят фильтры с загрузкой из песка, гравия, антрацита по производительности, грязеемкости, достигаемому качеству фильтрата. Однако при этом значительно усло няется регенерация фильтрующей загрузки, т.е. восстановление ее фильтрующей способноети. Выбор способа регенерации фильтрующего материала во многом предопределяет эффективность применения пенополиуретановых фильтров. Особенно усложняется регенерация эластичных материалов при большом содержании в очищаемой воде как взв шенных веществ, так и нефтепродукто Известен способ регенерации пенопо лиуретановой загрузки путём обратной промывки горячей водой в сочетании с периодическим механическим сжатием загрузки. Указанный способ позволяет достичь довольно высокого эффекта отмывки загрузки от задержанных примесей СП. Однако при таком способе регенерации отсутствует возможность расширения фильтрующей загрузки и ее перемешивания, что обуславливает значительную продолжительность отмы1вки загрязнений и большой расход промьюной воды. Наиболее близким к изобретению является способ регенерации фильтрую щей загрузки из измельченного пенополиуретана, включающий предваритель ное расширение загрузки в два раза, продувку воздухом при интенсивности подачи 14-16 л/см в течение 5 мин и последующую водовоздушную промывку в течение 12-15 мин при подаче снизу 391 воздуха с той же интенсивностью, а сверху воды с интенсивностью 1214 л/см. Этот способ относительно прост и применяется для промывки загрузки крупностью 4-6 мм в фильтрах, предназначенных для доочистки биохимически очищенных сточных вод, содержащих 15-35 мг/л хлопьевидных взвесей. В таких условиях фильтрования загрязнения задерживаются в основном на шероховатой поверхности частиц заГрузки, грязеемкость которой при этом составляет 6,8-9,6 кг/м, и применяемый способ регенерации загруэки оказывается довольно эффективным С2 . Недостаток известного способа является то, что даже при значительном удельном расходе промывной воды не обеспечивается заметный эффект отмывки пенополиуретановой загрузки, используемой в других условиях фильтрования, например, при доочистке производственных и дождевых вод, прошедших механическую очистку и содержащих 100-300 мг/л и более дисперги- ройанных примесей зернистой структуры, а также нефтепродукты. Низкий эффект промывки загрузки обусловлен тем,что пенополиуретан в таких фильтрах применяется в виде относительно крупных частиц (10-20 мм). Диспергированные примеси очищаемой-воды задерживаются в основном в порах этих частиц. образуя довольно прочный осадок, накапливающийся в значительном количестве (грязеемкость загрузки составляет 50 кг/м и более). При промывке указанных фильтров существующим способом фильтрующий материал остается неподвижным, и заметный эффект отмывки загрязнений не достигается (не превышает 20-30%). Цель изобретения - повышение качества регенерации и сокращение расхода промывной воды. % . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регенерации фильтрующего слоя из эластичного пористого материала, включающему расширение слоя и подачу в него воздуха в направлении снизу вверх и промывной воды, промывную воду Подают до заполнения фильтрующего слоя и затем осуществляют импульсную подачу воздуха с интенсивностью 100-200 л/смЧ 3 Кроме того, и rayльcнyю подачу воздуха осуществляют с частотой А-15 мин. Предлагаемый способ отличается от известного режимом введения воздуха. В известном способе регенерации пенополиуретановой загрузки воздух подается непрерывно с интенсивностью, обычно применяемой в песчаных фильтрах (14-16 л/см). При таком режиме введения воздуха фильтрующий слой в процессе промывки остается неподвижным, и удаление осадка из глубины пор частиц фильтрующего материала практически не происходит. Существенное увеличение интенсивности непрерывной подачи воздуха (в 5-7 раз) обеспечивает необходимо расширение фильтрующей загрузки. Причем при непрерывной подаче возду ха расширение загрузки происходит в первые секунды, затем объем ее стабилизируется, воздух барбатирует через загрузку, обеспечивая заметно перемешивание частиц загрузки и улучшение условий их отмьтки только в верхней зоне высотой 0,2-0,5 м. При дальнейшем увеличении интенсивности непрерывной подачи воздуха устанавливается струйньй режим работы воздухораспределительной сис темы, воздух выделяется в виде круп ных пузырей, занимающих практически все сечение фильтра, что создает режим поршневого вьп-еснёния загрузки. По предлагаемому способу введени воздуха с высокой интенсивностью (более 100 л/см) кратковременными импульсами продолжительностью 0,53 с с паузают мезщу ними приводит к резкому пульсирующему расширению фильтрукядего слоя на 0,2-0,5 м по высоте, что приводит к интенсивном перемещению и соударению частиц загрузки, обеспечивает разрушение и переход в жидкую фазу осадка, накоп ленного в порах этих частиц при фильтровании. Продолжительность перемещения частиц загрузки после каждого импульса подачи воздуха определяется продолжительностью подъема образую пшхся крупных пузырей в фильтрующем слое. Скорость подъема таких пуз1фей в заполненной водой пенополиуретановой загрузке составляет 94 в среднем 0,2 м/с. При высоте расширенного в процессе регенерации фильтрующего слоя 0,5-2,5 м продолжительность проскока пузырей через загрузку и ее перемешивание при этом после очередного импульса подачи воздуха завершается в течение 3-12 с. С учетом продолжительности импульсов подачи воздуха и затухания его воздействий на загрузку интервал между импульсами принимается в пределах 4-15 с, а частота в пределах 415 мин При таком режиме перемешивания предельная концентрация примесей в промывной воде, зависящая от содержания их в фильтрующей загрузке, достигается в течение 1-2 мин. Через такие промежутки времени промывная вода в фильтре должна заменяться. На чертеже представлен фильтр, в котором осуществляется регенерация загрузки. Фильтр состоит из корпуса 1, оборудованного нижней 2 и верхней 3 перфорированными горизонтальными неподвижными перегородками, подвижной горизонтальной перфорированной перегородкой 4 с приводом для ее вертикального перемещения 5, кольцевым лотком 6 для сбора очищенной воды, конусообразным днищем 7.Между перегородками 2 и 3 заключен измельченный эластичный пористый материал 8(например, пенополиуретан с размером частиц 10-20 мм). К корпусу t подведены трубопровод 9с задвижками 10 и 11 для подачи на фильтр очищаемой жидкости, трубопровод 12 для отвода очищенной воды; трубопровод 13с задвижкой 14 для отвода промывной воды; трубопровод 15с задвижкой 16 и автоматическим пневмораспределителем 17 для импульсной подачи сжатоговоздуха. На верхних плоскостях перегородок 2 и 4 размещены приспособления для распределения сжатого воздуха со- ответственно 18 и 19, при этом приспособление 18 непосредственно соединено с трубопроводом подачи сжатого воздуха 15, а приспособление 19 - с помощью вертикальных телескопически сочлененных патрубков 20. Перегородки 2 и 3 соединены вертикальнь ми штангами 21, служащими направляющими для подвижной перего5родки 4. Подвижная перегородка сна жена ограничителями крайнего нижне 22 и KpaftHefo верхнего 23 положени для чего могут быть использованы р личные типы конечных выключателей. Направляющие штанги выполнены полы с перфорацией ниже крайнего верхне положения подвижной перегородки и служат также воздушными трубами дл отвода воздуха из нижней полости фильтра при его регенерации. Пример. Сточную воду с рас дом 500 л/ч и содержанием дисперги рованных примесей 100 мг/л по труб проводу 9 при открытой задвижке 10 подают в модель фильтра, загруженного измельчённым пенополиуретаном с размером частиц 10 мм. Диаметр фильтра - 0,2 м, высота фильтрующе го слоя - 1,5 м, вес загрузки 2,4 кг (по 1,2 кг в верхней и. Нижней полостях фильтра). Подвижная п регородка 4 устанавливается на 10 см вьше среднего положения, что обеспечивает уменьшение крупности пор в фильтрзтощем материале в направлении фильтрации. После завершения филътроцикла, определяемого по данным анализа очищенной воды, задвижку 10 закрывают, фильтр опорожняют через трубопровод 13 при открытой задвижке 14 и производят регенерацию фильтрующей загрузки. Для этого подвижную перегородку 4 с помощью привода 5 переводят в крайнее нижнее положение (на фиг. показано нижней пунктирной линией) до срабатывания ограничителя 22. После этого фильтрующий слой,в верхней полости фильтра заполняют очищаемой водой через трубопровод 9 при открытых задвижках 10 и 11, затем задвижки 10 и 11 закрывают, открывают задвижку 16 и посредством пневмораспределителя 17 через патрубки 20 подают импульсами воздух в приспособление; 19. Продол жительность импульса подачи воздуха принимают 1,5 с, интенсивность 200 л/см, продолжительность пере мешивания загрузки воздухом 1,5 мин, частоту импульсов подачи духа принимают равной 7,5 мин. т такой чтобы образовавшиеся при импульсе введения воздуха воздушные пузыри при принятой высоте расшире ного фильтрующего слоя успевали вьщеляться на поверхности загрузки до следующего импульса подачи воздуха. После отмывки загрузки в верхней полости фильтра задвижку 16 закрывают, а подвижную перегородку 4 переводят в крайнее верхнее положение (на фиг. показано верхней пунктирт ной линией) до срабатывания ограничителя 23, отжимая промывную воду . из отмытой загрузки. Промывную воду удаляют через трубопровод 13 при открытых задвижках 11 и 14. После этого задвижку 11 и 14 закрывают и через трубопровод 9 при открытой задвижке 10 заполняют очищаемой водой фильтрующий слой нижней полости фильтра. Открывают задвижку 16 и при импульсной подаче воздуха в приспособление 18 для его распределения отмывают загрузку в нижней полости фильтра. Далее задвижку 16 закрывают, а задвижку 14 открывают, перегородку 4 переводят в нижнее положение, отжимая промывную воду из загрузки в нижней полости фильтра. После этого цикл отмывки загрузки в верхней и нижней полостях фильтра повторяют. ,, Регенерацию прекращают, когда концентрация примесей в.промывной воде становится близкой к этому показателю в очищаемой воде. Ограничители 2-2 и 23, связанные с приводом вертикального перемещения подвижной перегородки 4, устанавливают из условия сжатия фильтрующей загрузки до плотности 200-250 кг/м. Привод вертикального перемещения подвижной перегородки 4 подбирают таким образом, чтобы скорость движения ее по вертикали не превьш1ала 0,05 м/с.: При более высоких скоростях и степени сжатия увеличивается потребная мощность привода, затрудняется удаление промывной воды из загрузки, ускоряется потеря упругости и пористости частиц пенополиуретана. Для получения сопоставимых данных на моделях фильтра предлагаемой конструкции условия фильтрования вьщерживают одинаковыми во всех опытах (скорость подачи воды, исходная концентрация примесей в очищаемой воде, продолжительность фильтрования), что обеспечивает практически одинаковую грязевую нагрузку за

7 .1

фильтроцикл. Серию опытов по установлению оптимальных параметров регенерации загрузки и сравнению предлагаемого и известного способов проводят в модельных фильтрах при заполнении фильтрующим материалом одной (нижней) полости фильтра, что позволяет провести сравнительные опыты по регенерации обоими способами в одинаковых условиях (в одном и том же фильтре). Продолжительность одного цикла отмывки загрузки предлагаемым способом (заполнение фильтрующего слоя очищаемой водой, перемешивание; воздухом, удаление промывной воды) составляет около 5 мин..

Серию опытов по регенерации -загрузки в оптимальных условиях проводят также в модели фильтра прелагаемой конструкции при заполнении фильтрующим материалом обоих полостей фильтра.

Качество регенерации или отмывки загрузки в опытах характеризуется количеством отмь1тьрс загрязнений и выражается в процентах от общего количества задержанных за фильтроцикл примесей.

Опытные данные приведены в табл. 1-4. Зависимость качества отмывки загрузки предлагаемым способом от интенсивности подачи воздуха при различной продолжительности рег.нерации, определяемой количеством циклов промывки фильтра, представлена в табл.1 (Грязевая нагрузка за фильтроцикл в опытах принималась около 60 кг/м).

Как следует из приведенных данных, при интенсивности подачи воздуха менее 100 л/см качество отмывки загрузки невысокое, даже при значительной продолжительности регенерации и резко возрастает при увеличении интенсивности до 100 л/см и более, когда наблюдается зффект

44398

перемешивания загрузки. При этом подача воздуха с интенсивностью более 200 л/см практически не приводит к дальнейшему увеличению

5 качества регенерации, но требует более мощного источника сжатого воздуха. В связи с этим верхний предел интенсивности подачи воздуха при регенерации пористой эластичной

10 фильтрующей загрузки целесообразно принимать не более 200 л/см.

Зависимость качества отмывки загрузки от продолжительности перемешивания на различных стадиях регене15 рации представлена в табл.2.

Полученные данные показывают, что продолжительность перемешивания загрузки воздухом в каждом цикле, про-; мывки. предлагаемым способом должна 20 приниматься не менее 1 мин.

Сравнительные данные о качестве регенерации по известному и предлагаемому способам представлены в табл.3.

Как следует из приведенных данных, применение предлагаемого способа позволяет достигать значительно более высокого эффекта регенерации фильтрующей загрузки при пример но одинаковом удельном расходе воздуха и меньшем в 2-3 раза расходе прог мывной воды.

Данные о регенерации фильтрующей загрузки в фильтре предлагаемой

35 конструкции (с двумя полостями) приведены в табл.4.

Таким образом, использование предлагаемого способа водовоздушной

Q промывки фильтров с пористой эластичной загрузкой позволяет увеличить продолжительность фильтроцикла, а следовательно, производительность фильтра, за счет повышения качества

45 отмывки загрузки от задержанных загрязнений, и сократить расход промывной воды.

10

1114439

Т а 5 л и ц а 1

1. СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ФИЛЬТРУНЩЕГО слоя из ЭЛАСТИЧНОГО ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА, включающий расширение слоя и подачу в него воздуха в направлении снизу вверх и промывной воды, отличающийся тем, что, с целью повышения качества регенерации и сокращения расхода промывной воды, промывную воду подают до заполнения фильтрующего слоя и затем осуществляют импульсную подачу воздуха с интенсивностью 100-200 л/cMf . 2. Способ по П.1, отлича ющ и и с я тем, что импульснзпо подачу воздуха осуществляют с частотой 4-15 мин . (Л с

Ц одолжительность регенерации, мин

Интенсивность подачи воздуха, л/см2

Таблица .3

20

20 16

200

Показатели процесса регенерации

Пр од олжит ел ьность регенерации, мин

Интенсивность

подачи воздуха,

л/см2

Эффект отмывки

загрузки,%

Расход воздуха

на 1 л загрузки,л

Расход воды на

1 л загрузки, л

Таблица 4

Значение параметров

г2