Фильтр для очистки природных и сточных вод Советский патент 1993 года по МПК B01D24/24 

Изобретение относится к области очистки воды и сточных вод на фильтрах с зернистой загрузкой. Может также найти применение в аналогичных процессах химической технологии.

Целью изобретения является повышение грязеемкости слоя зернистой загрузки и упрощение конструкции фильтра. Цель достигается тем, что перед подачей исходной .воды на фильтр в верхней части зернистой загрузки помещают обьемные профилированные элементы, которые погружаются на глубину 0,05-0,€ (преимущественно 0,15- 0,35) общей высоты слоя загрузки, После загрязнения верхних слоев загрузки они извлёкаются, Вследствие этого исходная вода поступает в нижележащие малозагрязненные слои загрузки, не разрушая хлопьев осадка, задержанных в верхних слоях, и не рыхля загрузку. После этого фильтрование продолжается до окончания фильтроцикла. Затем фильтр промывается по известному способу.

Перед окончанием промывки объемные профильные элементы возвращаются на прежнее место.

Конструкция фильтра представлена на фиг.1:

Он состоит из корпуса 1, поддерживающего гравийного слоя 2, дренажной систе00

о

СП Ю Ю

со

со

мы 1. слоя загрузки 4, сборного желоба промывной воды 5, трубопроводов исходной 6, очищенной воды 7. подачи 8 и отвода 9 промывной воды, кармана 10. профилированных элементов 11, вертикальных стоек 12, горизонтальной рамы 13, троса 14, блоков 15 и грузоподъемного, устройства (например, лебедки) 16: , - ;

На фиг.2 представлены рекомендуемые формы профилированных элементов: веретенообразная, эллипсоидная, октаэдра, перевернутая конусная или пирамидальная, клинообразная и др. Элементы могут изготовляться из бетона, асбестоцемета, металла, дерева и т.д. Они имеют вертикальные стойки 12 (см.фиг. 1), которые в верхней части жестко соединены с рамой 13, связанной тросом 14 через блок 15 с грузоподъемным устройством 16.

Глубина погружения профилированных вставок в слой загрузки составляет от 0,05 до 0,6 (преимущество 0,15-0,35) oj общей высоты слоя. Оптимальное расстояние между ними зависит от высоты слоя загрузки, глубины их погружения, вида и крупности загрузки, скорости фильтрования, характера и концентрации взвеси в исходной воде и других факторов и определяется экспериментально в каждом конкретном случае.

Предлагаемый фильтр работает следующим образом.

Перед подачей исходной воды в конце промывки загрузки в нее помещают профилированные элементы 11. Затем исходная вода по 6 подается в 10, затем в 1 и очищается путем фильтрования сверху вниз через слой загрузки 4, собирается дренажной системой 3 отводится по 7. По мере фильтро- вания воды происходит загрязнение преимущественно верхних слоев загрузки толщиной около 20-300 мм и рост потерь напора в ней. При этом повышается уровень воды над 4 до установленной отметки. После этого приподнимается при помощи 16 рама 13 вместе с 12 и 11 и основная часть воды начинает поступать через образовавшиеся углубления (воронки) в нижележащие малозагрязненные слои загрузки, Поскольку нижние слои загрузки имеют меньшее сопротивление движению воды, то уровень воды над загрузкой начинает быстро понижаться. Для его стабилизации на минималь- ной отметке частично прикрывается задвижка на 7. Затем по мере загрязнения нижележащих слоев загрузки и роста потерь напора задвижка 7 постепенно открывается до конца. После достижения уровня воды над 4 максимально допустимой отметки или проскока загрязнений в фильтрат фильтр выключается на промывку. Для этого

закрываются задвижки на б и 7 и открываются на трубопроводах 9 и 8. Подается про мывная вода по 8 через 3 и 4 и загрязненная сливается в желоб 5, затем в 10 и по 9 отводится в канализацию. Причем может осуществляться как водяная, так и водовоздушная промывка. Затем фильтр снова включается в работу. Для этого перед окончанием промывки опускаются 11 совместно с 12 и 13

под собственным весом на прежнюю отметку. После завершения промывки и установки 11 обратно в 4 закрываются задвижки на 8 и 9 и открываются на 6 и 7. Процесс фильтрования снова продолжается аналогично

5 описанному выше.

Таким образом, после загрязнения верхних слоев загрузки и извлечения 11 основная часть исходной воды поступает в нижележащие слои, минуя верхние. За счет

0 этого повышается грязеемкость нижележащих слоев и соответственно всего слоя загрузки.

Следует отметить, что и после извлечения 11 небольшая часть расхода воды будет

5 по-прежнему фильтроваться через верхние слои, но скорость фильтрования через них снизится во много раз. Поэтому задержанный в верхних слоях осадок не будет разрушаться и переноситься в нижние слои.

0 Наоборот, в этих слоях будет дополнительно задерживаться некоторое количество загрязнений.

Таким образом, по сравнению с работой известного фильтра в большей степени воз5 растет грязеемкость верхних слоев, а тем более нижележащих слоев загрузки. Это позволит увеличить продолжительность филь- троцикла при фильтровании с той же. скоростью или повысить производитель- 0 ность фильтра при сохранении продолжительности фильтроцикла. Кроме того, конструкция предлагаемого фильтра проще известного.

Для подтверждения более высокой гря5 зеемкости слоя загрузки у предлагаемого фильтра были проведены опыты на установке, представленной на фиг.З, которая состоит из бака исходной грязной воды 1, центробежного насоса 2. напорной линии

0 з, бачка-дозатора постоянного расхода 4, имеющего переливной трубопровод 5 и калиброванную насадку 6, приемных воронок

7 и 1 фильтровальной стеклянной колонки

8 диаметром 100 мм и высотой 3 м со слоем 5- песчаной загрузки 9, уложенной на поддерживающие слои щебня 10. Колонка 8 имеет отводной шланг 11 с регулировочным вентилем 12, отводящим воду в сборный лоток 13. Кроме того, в 8 подведен трубопровод промывной воды 14 с вентилем 15 из водопровода, а в верхней части предусмотрен сборный карман воды после промывки 10 и отводной трубопровод 17. Вверху установлен бачок - дозатор постоянного расхода раствора коагулянта (сернокислого алюминия) 18. При моделировании колонки 8 работы предлагаемого фильтра в ее загрузке помещался деревянный конусообразный профилированный элемент (вставка) 19 (см.фиг.4), обтянутый металлической сеткой 20. Вставка 19 жестко соединена с вертикальным стержнем 21 для ее извлечения, а сетка 20 соединена с проволокой 22 для той же цели. Металлическая сетка, выполненная в виде каркаса, необходима для предотвращения возможности обрушения песчаной загрузки 9 после извлечения конусной вставки 19 из- за небольшого диаметра колонки.

Принцип работы экспериментальной установки следующий. В бак 1 наливается замутненная глиной водопроводная вода, которая насосом 2 подается по 3 в 4. Из бачка 4 часть воды переливается обратно в 1, за счет чего осуществляется перемешивание воды в 1 и исключается осаждение взвеси. Вода с постоянным расходом из 4 через 6 сливается в 7 и по шлангу в 7. где смешивается с раствором коагулянта из 18, затем поступает в 8. В колонке 8 исходная вода, смешанная с раствором коагулянта фильтруется сверху вниз через 9 и отводится через 11 в 13. Вентилем 12 регулируется уровень воды в 8. В течение всего фильтро- цикла через каждые 15-20 мин отбираются пробы фильтрата после 11 и определяется соответствие прозрачности воды требованиям ГОСТ 2874-82 Вода питьевая. По ме ре загрязнения-загрузки растут потери напора в ней и повышается уровень воды над. 9. При его повышении до верхней переливной кромки в 8 извлекается из 9 вставка 19 при помощи 20 и после понижения уровня на 600-700 мм частично прикрывается 12 на 11 для стабилизации уровня воды. По мере фильтрования происходит загрязнение нижележащих слоев загрузки и дальнейшее повышение уровня воды в 8, поэтому 12 постепенно открывается до конца. При повторном повышении уровня в 8 до верхней переливной кромки колонка выключается на промывку. Для этого извлекается при помощи 22 сетчатый каркас 20,выключается 2, закрывается 12 и прекращается подача раствора коагулянта из 18. Промывка осуществляется из водопровода путем открытия 15 в течение 5-6 мин с интенсивностью 14 л/см2 обратным током воды снизу вверх- Промывная вода взвешивает 9 и отмывает ее от загрязнений, а затем отводится в 16 и по 17 сбрасывается в 13.

Затем закрывается 15 и установка сновл включается в работу.

Было проведено 2 серии опытов. В 1 серии использовалась мелкая зернистая 5 песчаная загрузка, которая в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 имела эквивалентный диаметр сЬкв 0,76 мм (минимал ь- ный диаметр dmin 0,5 мм, а максимальный dmax 1,2 мм), коэффициент неоднородно0 сти Кн 1.92. Высота слоя фильтрующей загрузки Н 800 мм, а высота поддерживающих слоев - 250 мм.

В опыте № 1 концентрация глинистой взвесй в исходной воде составляла 29,4 мг/л,

5 скорость фильтрации воды через загрузку Уф 5,7 м/ч, доза коагулянта (сернокислого алюминия)- 20 мг/л. В данном опыте колонка 8 моделировала работу предлагаемого фильтра (ф.иг.4), а в качестве профилирован0 ного элемента использовалась, деревянная конусообразная вставка диаметром в верхней части 25 мм, глубина погружения кото-, рой составляла 150 мм или 0,191-1.

Продолжительность фильтроцикла со5 ставила 11 ч5 мин. Фильтр был выключен на промывку после достижения предельных потерь напора.

В опыте № 2 колонка 8 работала без конуса,т.е.моделировала работу известного

0 фильтра, и все условия данного опыта были аналогичны предыдущему. Фильтр также был выключен на промывку после достижения предельных потерь напора. Продолжительность фильтроцикла в этом опыте

5 составила 6 ч 25 мин. Таким образом продолжительность фильтроцикла, а значит, и грязеемкость слоя загрузки у предлагаемого фильтра получилась в 1,9 раза выше, чем у известного скорого фильтра. Качество

0 очищенной воды после фильтровальной колонки в этих на протяжении всего фильтроцикла соответствовало требованиям ГОСТ 2874-82 Вода питьевая.

Как показали результаты данных срав5 нительных опытов, приведены на мелкозернистой песчаной загрузке, предлагаемый фильтр имеет значительно более высокую грязеемкость слоя загрузки, чем известный скорый фильтр.

0 Во II серии опытов использовалась среднезернистая песчаная загрузка, имеющая в соответствии со СНиП 2.04.02-84 (табл.21) Ьэкв 0,93 мм, dmin 0,7 мм, dmax 1,6 мм, Кн 1,69 и высоту слоя Н 1350 мм.

5 Опыты проводились на той же установке (фиг.З). Исходная концентрация глинистой взвеси в воде составляла также 29,4 мг/л, доза сернокислого алюминия - 20 мг/л и Уф 8 м/ч.

В опыте N 1 данной серии фильтровальная колонка моделировала работу предлагаемого фильтра с конусным элементом (вставкой) диаметром 25 мм и глубиной погружения в загрузку 200 мм или 0.14Н,

Продолжительность фильтроцикла составила 9 ч.28 мин.

В опыте isfe 2 данной серии колонка работала как известный скорый фильтр без конусной вставки. Все исходные условия проведения опыта были аналогичны предыдущему. Продолжительность фильтроцикла составила 5 ч 34 мин. Фильтр был включен на промывку также при достижении предельных потерь напора.

Таким образом продолжительность фильтроцикла у предлагаемого фильтра, а значит, и грязеемкость слоя загрузки получилась в 1,7 раза больше, чем у известного. Качество очищенной воды на выходе колонки во всех этих опытах в течение всего фильтроцикла соответствовало требованиям ГОСТ 2874 82 Вода питьевая.

Как следует из опытов обеих серий, предлагаемый фильтр имеет в 1,7-1,9 раза выше грязеемкость слоя зернистой загрузки, чем известный скорый фильтр.

Для определения граничных значений глубины погружения профилированных вставок в загрузку были проведены дополнительные опыты.

В них использовалась мелкозернистая песчаная загрузка с е)Экв 0,76 мм, Кн 1,92 и Н 800мм. Концентрация глинистой взвэси в исходной воде так же как и в предыдущих опытах составляла 29,4 мг/л, доза сернокислого алюминия - 20 мг/л и скорость фильтрования - 5,7 м/ч. Методика экспериментов была аналогична опытам с профилированной вставкой. В первом опыте глубина погружения конусной деревянной вставки диаметром 25 мм составляла 40 мм или 0,05 Н. Фильтровальная колонка была выключена на промывку после достижения предельных потерь напора, а продолжительность фильтроцикла в этом опыте составила 6 ч.37 мин. Это всего на 12 мин больше, чем в опыте № 2 (I серии) при работе колонки без профилированной вставки. Таким образом уменьшение глубины погружения вставок менее 0.05Н нецелесообразно,

т.е. грязеемкость слоя загрузки повышается незначительно по сравнению с известным фильтром. Во втором опыте в колонке использовалась та же мелкозернистая загрузка. Глубина погружения профилированной конусной вставки диаметром 25 мм составляла 490 мм, т.е. 0,61 Н.

Продолжительность фильтроцикла при УФ 5,7 м/ч составила 6 ч 46 мин. Причем

фильтр был включен на промывку после проскока взвеси в фильтрат. Таким образом и в этом случае продолжительность фильтроцикла, а значит, грязеемкость слоя зернистой загрузки незначительно превышает эти показатели известного фильтра (см.опыт N° 2 серии I). Очевидно, что дальнейшее увеличение глубины погружения профилированных вставок нецелесообразно.

Таким образом, оптимальная глубина

погружения вставок в слой загрузки, вероятно, находится в пределах 0,05-0,6 Н (преимущественно 0,15-0,35 Н) и зависит от крупности и вида загрузки, общей высоты ее слоя, скорости фильтрования воды, содержания и характера взвести в исходной воде и др. факторов. Она определяется в каждом случае экспериментально.

Формула изобретения

1, Фильтр для очистки природных и сточных вод, содержащий корпус, дренажное основание с уложенным на нем слоем фильтрующей загрузки, сборные желоба, расположенные над слоем, систему трубопроводов для подачи и отвода очищаемой и промывной воды и раму, установленную с возможностью вертикального возвратно- поступательного перемещения с прикрепленными к ней вертикальными элементами,

отличающийся тем, что, с целью повышения грязеемкости загрузки, вертикальные элементы расположены в верхней части слоя, имеют вид объемных профилей с уменьшающимся в направлении сверху

вниз поперечным сечением.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что вертикальные элементы имеют вид веретена, октаэдра, конуса или пирамиды и верхняя часть слоя, в которой они размещены, составляет 0,05-0,6 от общей высоты слоя загрузки.

Сущность изобретения: перед подачей очищаемой воды на фильтр в направлении сверху вниз в верхней части загрузки, со.- ставляющей 0,05-0,6 ВЫСОТУ слоя, размещают профилированные элементы, сечения которых выполнены уменьшающимися книзу, а после загрязнения этой части загрузки профилированные элементы извлекаются и процесс фильтрования продолжается до окончания фильтроцикла. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. to