Кассетный фильтр для очистки воды от железа В.Л.Головина Советский патент 1993 года по МПК C02F1/64 B01D24/46 

Изобретение относится к водоснабжению, в частности к водоочистке, и может использоваться для обезжелезивания подземных вод.

Известна установка для обезжелезивания подземных вод, включающая бак-аэратор, насос подкачки и напорные фильтры первой и второй ступеней, представляющие собой герметичный корпус с зернистой фильтрующей загрузкой толщиной слоя до 1,5 м, оснащенный дренажной системой для отвода фильтрата и системой регенерации фильтрующей загрузки, обеспечивающей ее промывку обратным током воды.

Недостатком известной установки является возможность ее эксплуатации, обусловленная следующим:

необходимостью постоянного контроля за работой фильтров с обеспечением регенерации не реже 1 раза в сутки;

необходимостью обеспечения тщательной сортировки и промывки зернистой загрузки при ее замене, большой трудоемкостью этого процесса;

необходимостью использования 6-8% очищенной воды на собственные нужды для обеспечения промывки загрузки;

необходимостью полного отключения фильтров при регенерации загрузки, что определяет необходимость существенного увеличения нагрузки на параллельно работающих установках на период регенерации или необходимость устанавливать не менее двух фильтров на станциях малой произво- пительности.

М

ю

VI ел ю

со

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту является установка для очистки воды от железа, включающая аэрационное устройство, прямоугольный корпус со съем- ным выдвижным каркасом, имеющим непроницаемые стенки и решетчатое днище с уложенными на него блоками высокопористого эластичного материала - пенополиу- ретанэ, общей высотой фильтрующего слоя 0,5 м блоки разделены на отдельные ячейки размерами в плане не более 0,25x0,25 м для уменьшения прогиба блоков в центральной части определяющего сжимаемость, сужение поровых каналов и образование проточных полостей в зоне свободного примыкания фильтрующего материала к стенкам каркаса. Установка оснащена также устройством для регенерации фильтрующего материала, выполненным в виде отжим- ных валков, горизонтально установленных на отдельно от фильтра расположенном поддоне, Фильтр работает с затопленной загрузкой с высотой слоя воды над ее поверхностью до 2 м,

Недостатком известного технического решения является сложность эксплуатации установки, обусловленная следующим:

трудоемкостью и большой продолжительностью регенерации фильтрующего ма- териала, связанные с необходимостью выемки каркаса из корпуса фильтра, выемки отдельных ячеек блоков фильтрующего материала из каркаса, отжима каждой отдельной ячейки с помощью валков и повторения указанных операций в обратной последовательности;

необходимостью применения ручного труда при регенерации фильтрующего материала, так как механизация выемки блоков и ячеек из каркаса, укладки их на поддон не предусмотрена;

относительно частым проведением регенерации фильтрующего материала, особенно при значительном количестве соединений железа в исходной воде (более 3,5 мг/л), что обусловлено интенсивным ростом потерь напора в загрузке не только за счет сорбции железа в ее порах, но и за счет сжимаемости фильтрующего материала под действием гидростатического давления, причем тем большей, чем больше в этом материале накапливается гидроокиси. Это приводит к сужению поровых каналов и скачкообразному изменению потерь напо- ра, к скачкообразному ухудшению качества фильтрата в основном за счет отжатия накопившихся в процессе очистки воды в порах материала соединений (гидроокиси) железа;

необходимостью полного отключения фильтра при регенерации загрузки, что предопределяет наличие на станции водо- подготовки, даже малой производительности, как минимум двух фильтров, а при относительно большой продолжительности периода регенерации одного из фильтров требуется существенно увеличивать скорость фильтрации на работающих фильтрах, при этом весьма сложно обеспечить качество очистки воды.

Цель изобретения - упрощение эксплуатации и повышение производительности.

На фиг. 1 представлен виде плане блока из четырех кассетных фильтров; на фиг. 2 - продольный разрез одного из фильтров ; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез на фиг. 3; на фиг. 5 - отжимные валки, поперечный разрез.

Кассетный фильтр содержит распределительную камеру 1 с аэрационным устройством 2, сблокированную с фильтрами, в корпусах 3 которых размещены съемные кассеты 4, выполненные в виде жесткой рамы 5 с закрепленными в ее нижней части фильтрующими элементами 6, включающими листовой высокопористый эластичный полимерный материал, размещенный между двумя гибкими сетками 7, соединенными между собой гибкими связями, и с водонепроницаемой диафрагмой 8 в верхней части рамы 5. Съемные кассеты 4 установлены в пазах - направляющих 9, снабженных уплотнителем и жёстко закрепленных на стенке корпуса 3 фильтра. Кассеты 4 установлены параллельно друг другу с образованием зазоров 10 между ними, снабженных перфорированными трубопроводами 11, в придонной части выведенных за пределы корпуса 3.. Между съемными кассетами 4 ниже уровня воды в корпусе 3 установлены отжимные валки 12, выполненные в виде двух полых цилиндров- внешнего 13; с полностью перфорированной поверхностью и внутреннего 14 с перфорацией только со стороны кассеты 4. Отжимные валки 12 закреплены на сбросных патрубках 15, объединенных общим трубопроводом 16, причем внешний 13 цилиндр закреплен с возможностью неограниченного вращения, а внутренний 14 цилиндр связан с рычагом 17 для обеспечения ограниченного разворота его на угол 180°. В зазоре между внешним 13 и внутренним 14 цилиндрами установлен уплотнитель 18. Корпус 3 фильтра имеет сборную камеру 19 с дырчатой перегородкой 20 и трубопровод 21 отвода очищенной воды. Стрелками показано направление движения воды.

Кассетный фильтр работает следующим образом. Очищаемая вода из источника водоснабжения подается в аэрационное устройство 2, в качестве которого может использоваться, например, перфорирован- ная труба, расположенная над распределительной камерой 1, обеспечивающая насыщение воды кислородом за счет свобод- ного излива струй. Из распределительной камеры 1 вода поступает в сблокированные с ней фильтры, например, через сливную кромку или по специальному трубопроводу. Очищаемая вода, проходя через фильтрующие элементы б поочередно всех установленных параллельного друг другу кассет 4 в корпусе 3 фильтра, освобождается от соединений железа, сорбируемого в порах фильтрующего материала. В качестве фильтрующего материала фильтрующих элементов 6 кассет 4 целесообразно использовать листовой от- крытопорйстый пенополиуретан, размерами 1,0x2,0 м. Фильтрующий элемент 6 каждой кассеты 4 представляет собой лист пенополиуретана, помещенный между двумя гибкими сетками 7, соединенными меж- ду собой гибкими связями, и закрепленный в нижней части жесткой рамы 5. Очищаемая .вода в корпусе 3 фильтра проходит только через фильтрующие элементы 6, поскольку в пазах-направляющих, в которых устанав- ливаются кассеты 4, закреплен уплотнитель, например, из полосовой микропористой резины, а в верхней части рам 5 установлена водонепроницаемая диафрагма 8. В зазорах 10, образованных параллельно друг другу ус- тан овленными кассетами 4, осаждается определенная часть образовавшихся хлопьев гидроокиси железа, и с помощью перфорированных трубопроводов 11 по мере необходимости осадок удаляется за пределы фильтра. Количество кассет 4, устанавливаемых в корпусах 3 каждого фильтра, определяется технологическим моделированием в зависимости от качества исходной воды, в частности от содержания в ней железа. На- пример, при концентрации железа до 7 мг/л необходимо установить шесть кассет 4 с толщиной слоя пенополиуретана 0,1 м в каждой.из кассет 4. После фильтрации через все фильтрующие элементы б вода полно- стью освобождается от соединений железа и, проходя через дырчатую перегородку 20, обеспечивающую равномерность потока, поступает в сборную камеру 19, откуда по трубопроводу 21 отводится потребителю. При накоплении железа в порах фильтрующих элементов б в процессе очистки воды увеличивается фильтрационное сопротивление в них. После достижения суммарной величины потерь напора - разности уровней перед первой кассетой 4 и за последней в пределах 0,5-0,8 м - производится регенерации фильтрующего материала. Для обеспечения постоянного расхода очищаемой воды на протяжении всего фильтроцикла высота водонепроницаемых диафрагм 8, устанавливаемых в верхней части рам 5 кассет 4, должна быть не меньше предельной суммарной величины потерь напора в фильтрующих элементах 6. При этом обеспечивается постоянная площадь фильтрующего элемента б, так как уровень воды в корпусе 3 всегда выше его верхней кромки и постоянные скорости фильтрации, т.к. увеличение фильтра- ционного сопротивления фильтрующих элементов б компенсируется увеличением разности уровней перед каждой кассетой 4 и за ней (с увеличением напорного градиента). При наличии разности уровней на каждой из кассет 4 возникает деформация эластичного фильтрующего материала - его прогиб в сторону меньшего давления. Нитяные сетки 7, между которыми помещен листовой пенополиуретан, предохраняют его от порывов, т.к. воспринимают основную, нагрузку от воздействия напорного градиента, причем сетки работают совместно, поскольку соединены гибкими связями - капроновыми нитями, длина которых должна быть не больше толщины листа пенополиуретана. При прогибе пенополиуретанового листа, величина которого, например, при максимальном напорном градиенте на фильтрующем элементе б (0,10-0,15 м) составляет не более 0,1 м, возникает его растяжение и, следовательно, некоторое увеличение -размеров пор, что, в свою очередь, обеспечивает плавный рост потерь напора на фильтрующем элементе 6 за счет постепенно увеличения грязеемкости пористого материала при его растяжении. Поскольку фильтрующий элемент 6 первой кассеты 4 по ходу движения потока очищаемой воды кольматируется интенсивнее, так как концентрация железа в воде, фильтрующейся через него, наибольшая, на нем наблюдается и более интенсивный рост потерь напора (до 1 см/сут) при концентрации соединений железа в исходное воде 7 мг/л), В связи с этим целесообразно проводить регенерацию фильтрующего материала только первой кассеты 4 через 10-15 сут, а в дальнейшем осуществлять ее только на тех кассетах 4, где потери напора в фильтрующем материале превышают 0,10- 0,15 м, что существенно сокращает продолжительность периода регенерации на каждом фильтре, составляющей ориентировочно не более 5 мин. Для обеспечения регенерации фильтрующего элемента 6 кассеты 4 открываются запорные органы на сбросных патрубках 15 отжимных валков 12, расположенных по обе стороны кассеты 4, регенерация фильтрующих элементов 6 которой осуществляется. Деформированная часть поверхности внутренних 14 цилиндров отжимных валков 12 должна быть обращена в сторону этой кассеты 4, что обеспечивается поворотом рычага 17. С помощью подъемного механизма, например кран-балки, кассета 4 поднимается по пазам-направляющим 9, При этом фильтрующий элемент 6 проходит между внешними 13 цилиндрами отжимных валков 12, что обеспечивает сжатие эластичного пористого материала и отжим загрязнений гидроокиси железа), накопившихся в порах. За счет достаточного сцепления перфорированной поверхности внешних 13 цилиндров и шероховатой поверхности фильтрующего материала, защищенного нитями (капроновыми) гибкими сетками 7, обеспечивается вращение этих цилиндров и предотвращается истирание фильтрующего материала. Отжимаемые из пор фильтрующего материала загрязнения с водой поступают через перфорацию внешнего 13 и внутреннего 14 цилиндров к сбросному патрубку 13, отводятся в сборный трубопровод 16 и сбрасываются в канализацию, Поскольку отжимные валки 12 расположены ниже уровня воды в корпусе 3 фильтра, а давление в них практически отсутствует, так как обеспечивается свободный излив из патрубка 15 и сборного трубопровода 16, то загрязнения, отжимаемые из пор фильтрующего материала, попадают только в полости отжимных валков 12, практически исключая повышение концентрации железа в очищаемой воде. Расход воды, отводимой из корпуса 3 фильтра через отжимные валки 12 вместе с загрязнениями в сборный трубопровод 16, минимален, так как вода в полость отжимных валков 12 поступает только со стороны кассеты 4, регенерация фильтрующего элемента 6 которой-производится. При наличии уплотнителей 18 в зазоре между ;внешним 13 и внутренним 14 цилиндрами, а также частичной перфорации поверхности внутреннего 14 цилиндра из другой зоны корпуса 3 вода непосредственно в полость валков 12 не поступает. После полного отжима загрязнений из пор фильтрующего материала, т.е. когда фильтрующий элемент 6 поднят выше отжимных валков 12, кассета 4 устанавливается в рабочее положение. При этом фильтрующий элемент 6 вновь проходит между отжимными валками 12, что обеспечивает отжим воздуха из пор фильтрующего материала и замещение его водой. Для регенерации фильтрующего материала следующей кассеты 4 внутренние 14 цилиндры отжимных валков 12с помощью рычага 17 разворачиваются с таким расчетом, чтобы перфорация их была обращена в сторону этой кассеты 4

и далее все операции повторяются. С целью предотвращения ухудшения качества фильтрата на период регенерации в корпусе 3 фильтра устанавливается дополнительная кассета 4 в конце корпуса 3 перед дырчатой1

0 перегородкой 20. Дополнительная кассета 4 может также устанавливаться и на период существенного ухудшения качества исходной воды, например увеличения концентрации железа и растворенных газов.

5 Кассетный фильтр для очистки воды от железа обеспечивает снижение трудоемкости при регенерации фильтрующего материала, исключает необходимость использования ручного труда и сокращает количество опера0 ций. Кроме того обеспечивает непрерывную работу фильтров, что позволяет при обеспечении требуемого эффекта очистки воды ис- ключить необходимость применения дублирующих сооружений, т.е. сократить

5 количество фильтров. Блок из четырех фильтров занимает площадь 10 м2, при этом производительность его составляет 1,9 тыс.м /сут.

Формула изобретения

0 1. Кассетный фильтр для очистки воды от железа, содержащий аэратор, корпус с установленными в нем съемными фильтрующими элементами из эластичного пористого материала, отжимными валками, трубопро5 воды для подачи очищаемой воды и отвода фильтрата и промывной воды, отличаю щ и- й с я тем, что, с целью упрощения эксплуатации и повышения производительности, фильтрующие элементы выполнены в виде

0 параллельно установленных с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения кассет, каждая из которых содержит соединенные эластичными связями гибкие сетки, между которыми

5 зажат фильтрующий материал, и прикрепленную к верхней части сеток непроницаемую вертикальную перегородку, при этом в промежутках между кассетами расположены отжимные валки, а в нижней части уста0 новлены перфорированные трубопроводы для удаления осадка.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что отжимные валки выполнены виде коаксиально расположенных один в другом

5 перфорированных цилиндров, сообщенных с трубопроводом для отвода промывной воды, внешний из которых выполнен перфорированным и установлен с возможностью вращения, а внутренний установлен с возможностью ограниченного поворота.

Сущность изобретения: фильтр содержит аэратор, корпус, расположенные в нем съемные фильтрующие элементы из эластичного фильтрующего материала, выполненные в виде параллельно установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения кассет, каждая из которых содержит соединенные эластичными связями гибкие сетки, между которыми зажат элэ- стичный фильтрующий материал, и прикрепленную к верхней части сеток непроницаемую вертикальную перегородку. В промежутках между кассетами расположены обжимные валки, а в нижней части корпуса установлены перфорированные трубы для отвода осадка. 1 з.п. ф-лы. 5 ил.