Фильтровальная автоматическая установка Советский патент 1980 года по МПК B01D23/16 

Изобретение относится к области очистки воды и может быть использовано для очистки сточных вод от вредных веществ и для обеспечения осветленной водой систем внутрипочвенного орошения, дождевальных установок и т.д.

Известен водоочистной фильтр, включающий корпус с вантузами,фильтрующую загрузку, трубы цодвода сырой и отвода осветленной воды, камеру фильтрата с поплавковым клапаном, камеру осветленной воды, пористый поплавок - стабилизатор с фиксатором и обводную трубу, соединяющую камеру фильтрата с камерой .осветленной воды 1.

Этот фильтр недостаточно надежен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенной является фи.льтровс1льная установка, включающая корпус с вантузами, фильтрующую загрузку, под которой установлена водораспределительная система, трубу с сифоном для подвода сырой воды, сбросHyjo трубу и трубу для отвода осветленной воды, камеру осветленной воды, бак пpo ЫDHoЯ воды, поплавок стабилизатор с трубой центровки поплавка, фиксатором и клапаном 2. (

Осуществляемый в этой установке сброс ВО.ДЫ с фильтра через загрузку, эжектор и обратный клапан для возвращения поплавка-стабилизатора на поверхность загрузки весьма продолжителен , Большое гидравлическое сопротивление, усиленное неизбежной

0 кольматацией верхнего слоя загрузки при обратном токе отмытых загрязнений, уменьшает коэффициент полезного использования фильтра - отношение продолжительности работы фильт5ра в режиме осветления к общей продолжительности работы фильтра во всех режимах -{осветление воды, промлвка загрузки, возвращение поплавка-стабилизатора, сброс первого

0 фильтрата в камеру фильтрата). Такой способ сброса воды, в свою очередь, приводит к необходимости увеличивать объем бака запаса промывной воды с целью увеличить время

5 наполнения этого бака для предупреждения поступления воды черо: сифон в фильтрующую загрузку до завершения процесса возвращения поплавкастабилизатора, что приводит к ненужному увеличению продолжительности . промывки загрузки, т.е., также приво дит к уменьшению коэффициента полезного использования фильтра. Его уменьшают также затраты, времени в начале процесса фильтрования на сброс первого фильтрата в канализацию в условиях высокой концентрации взвешеннь х веществ в сырой воде, которая используется д.пя промывки загрузки. Сброс первого фильтрата в канализацию это потери воды, которые ухудшают коэффициент использования фильтра, а наличие эжектора на подающей трубе с сифоном усложня ет конструкцию и приволит к существенным потерям напора на участке между баком промывной BOPSJ и распределительной системой дпя компенсации которых необходимо бак промывной воды располагать над фильтрующей загрузкой на большей высоте, чем в случае Отсутствия этого эжектора, в режиме же полезной фильтрации требуется поддержание более высокого напора на входе фильтра перед баком, т.е. требуются повышенные затраты энергий на получение единицы объема чистой вОды и увеличивается высота здания очистных сооружений

Сброс.воды с отмытым осадком в процессе промывки фильтра по обводной трубе через боковое отверстие в корпусе фильтра не обеспечивает рав:НОмерного оттока отмытого осадка :со всей площади фильтра, что ухудша ет промывку загрузки. При одновременном наличии центральной направляющей трубы такое решение усложняет коцструкцию и не является гидравлически рациональным. Наличие прямой гидравлической связи посредством обводной трубы между камерами осветленной воды и фильтрата, последняя из которых представляет собой заслойную зону, благоприятную для размножения бактерий, в ряде случаев недопустимо. При Неисправности клапана на поплавке-Стабилизаторе возможен прорыв потребителям воды с .отмытым осадком при промывке загрузки/ пружина между штоком и фиксатором не обеспечивает в условиях слабого магнита фиксаций поплавка-стабилизатора в исходном положении при образовании на поверхности фильтрующего слря после его промывки. Кроме того в |1роцессе роста гидродинамического дайления под загрузкой эта пружина растягивается; и загрузка несколько перемещается вверх, что ухудшает качество очистки - все -это- снижает надежность фильтра.

Цель изобретения - повышение надежности установки и коэффициента ее полезного действия,

Это достигается тем, что установка снабжена баком запаса чистой воды установленным в камере осветленной

воды и соединенным с трубой для подвода сырой воды через обратный клапан и поплавок-стабилизатор сифоном, всасывающее отверстие которого размещено в камере осветленной воды ниже ватерлинии поплавка и выходным отверстием внутри трубы центровки поплавка, а распределительная система -выполнена, в виде размешенной на пружинах водопроницаемой плиты.

Сифон взял на себя все те функдии, которые выполнялись эжектором, подсоединенной к нему трубой с обратным клапаном, обводной трубой « клапаном на поплавке-стабилизаторе, и упростил конструкцию. Причем ,все эти функции он выполняет значительно быстрее и надежнее., исключая кольматацию верхней зоны загрузки обратным током отмытых загрязнений.

Кр.оме того, в камере осветленной воды установлен открытый бак запаса промывной .чистой воды, который соединен с подающей трубой ниже уровня своего дна через обратный клапан. Это позволяет отказаться от сброса первого фильтрата в канализацию и от камеры фильтрата благодаря обеспечению завершения промывки загрузки чистой водой - в противоположность известному устройству, в котором .промывка от начала до конца ведется сырой водой. Этим исключаются-затраты .времени на сброс первого фильтрата и уменьшаются потери воды; благодаря этому сброс воды в канализацию необ.ходим только при промывке загрузки |и исключена опасная для ряда случаев 13она застоя вода в камере фильтрата. Размещение этогЪ бакав камере осветленной воды повышает надежность его работы за счет исключения поплавкового клапана на питающей трубе (если бак безнапорный) или вантуза (если бак напорный), требуемых при размещении бака вне фильтрата.

Кроме того, распределительная система в виде водопроницаемой плиты под фильтрующей загрузкой выполнена с зазором к стенкам фильтра .и опирается на пружины.

На .чертеже, представлен общий вид фильтровальной автоматической установки.

Установка содержит корпус 1, вантузы 2 и 3, фильтрующую загрузку 4, трубу 5 с сифоном 6 для подвода сырой воды, трубу 7 для отвода осветленной воды, камеру 8 осветленной воды, бак 9 запаса промывной сырой воды, трубу 10 для центровки поплавка-стабилизатора, состоящего из связывающего каркаса 11-, стабилизатора (пригрузочной рещетки) 12 и поплавка 13, клапан 14, направляющие 15., шток 1.6, фиксирующий элемент 17, распределительную систему 18 на пружинах 19, сбросную трубу 20, фиксатор 21, сифон 22, закрепленный на

поплавке-стабилизаторе, бак 23 запаса промывной чистой воды, трубу 24 с обратным клапаном 25.

Установка работает следующим образом.

Стабилизатор 12 с поплавком 13 может занимать два фиксированных положения, зависящих от режима работы установки. В режиме осветления воды он прижат к поверхности загрузки 4 с помощью фиксатора 21 через шток 16 и фиксирующий элемент 17. Сырай вода поступает по трубе 5 через бак 9 и сифон 6 под распределительную систему 18 фильтра. Проходя по парам фильтрующей загрузки 4, вода осветляется, а извлеченные загрузкой взвешенные вещества образуют в ,ее по-рак осадок. Чистая вода отводитсяс фильтра по трубе 7 из камеры 8 осветленной воды, в зоне бака 23 вода движется к трубе 7 по зазору между этим баком и корпусом фильтра, -Движением воды над открытой поверхностью бака 23 в последнем обеспечивается необходимая циркуляция воды, чтобы она не застаивалась. Для усиления циркуляции в особых случаях можно трубу 7 опустить в бак 23.Стабилизатор 12 и фиксатор 21 препятствуют переходу загрузки 4 в кипящее состояние в процессе полезной фильтрации ,

В начале промывки поплавок 1.3 со стабилизатором 12 автоматически всплывает под действием выталкивающей силы. Критерием начала всплытия поплавка-стабилизатора, т.е. начала промывки загрузки, является возникновение под загрузкой такого пьезометрического напора, вследствие постепенного роста гидравлического сопротивления загрузки в ходе накопления осадка в ее порах, при котором противодействующие, ему и выталкивающей силе поплавка 13 сила фиксатора 21, вес загрузки 4 и элементов 11, 12, 13, 22,- 16, 17 окажутся в сумме меньше. В момент появления этого критерия фиксатор 21 не способен Удерживать фиксирующий элемент 17, последний открывается, поплавок-стабилизатор всплывает, клапан 14 открывается, загрузка 4 движется вверх, расширяется и переходит в кипящее состояние, грязь отмывается от зерен загрузки и вместе с водой сбрасывается по трубе 10. в трубе 5 и сифоне 6 формируется промывной расход за счет уменьшения гидравлического сопротивления загрузки, перешедшей в кипящее состояние, и за счет запаса сырой воды в баке 94Промывная вода из фильтра отводится по трубе 10 и сифону 22 в сбросную трубу 20 и далее в канализацию,Вследствие сброса воды из камеры В уровень воды в ней опускается до входного отверстия центральной трубы, в

баке 23 остается чистая вода, при этом до уровня входного отверстия трубы 10 опускается и поплавок 13. Стабилизатор 12 в это время занимает положение выше уровня кипения загрузки. По израсходовании на промывку загрузки запаса сырой воды бака 9, когда уровень воды в трубе 5 за сифоном 6 после его разрядки окажется несколько ниже уровня воды, в баке 23, открывается клапан 25 и промывка продолжается чистой водой Из бака 23. Промывка заканчивается как только опорожнится бак 23. Чис тые, подготовленные для дальнейшего

фильтрования зерна загрузки оседают

йа плиту распределительной системы 18 и пружины 19 сжимаются. Установка автоматически входит в режим возвращения стабилизатора в нижнее исходное положение.

в режиме возвращения стабилизатора 12 сифон 22 продолжает откачивать воду из-под поплавка 13. Поплавок 13 со стабилизатором 12 и сифон 22 опускаются вместе с уровнем воды.

Когда запорный элемент (клапан) 14 закроет входное отверстие канализационной трубы 20, поплавок-стабилизатор зафиксируется фиксатором 21 через шток 16 и фиксирующий элемент

17. Сброс воды из фильтра через сифон 22 прекратится. Этим заканчивается режим возвращения поплавкастабилизатора в нижнее исходное положение. При этом между стабилизатором и поверхностью загрузки будет оставаться зазор, что обеспечивает свободное возвращение и фиксацию поплавка-стабилизатора.

К этому моменту должно завершиться наполнение бака. 9 сырой водой.

Сифон 6 зарядится, вода по трубе 5 пойдет в распределительную систему 18 и тем самым автоматически установка перейдет в режим фильтрования воды. Вследствие возникшего гидродинамического давления на загрузку 4 снизу усилие на пружины 19 со стороны загрузки уменьшится, они подадут вверх распределительную систему 18 вслед за поднимающейся фильтрующей

загрузкой 4. Загрузка 4 упрется в. стабилизатор 12 и подопрется снизу распределительной системой ;18 с помощью пружин 19.

Вода из трубы 5 не поступает по

трубе 24 в бак 23, так как клапан 25 закрылся под действием напора в трубе 5,. По мере наполнения камеры 8 осветленной водой ур.овень воды в этой камере будет подниматься и достигнет верхних кромок бака 23, осветленная вода начнет переливаться в. бак 23 и заполнит его. Тем самым будет создан запас чистой воды для использования его в завершении очередной промывки загрузки после окончания режима полезной фильтраций.

Затем осветленная вода идет в трубу 7 к потребителю.

Предлагаемая установка действует автоматически, имеет высокий коэффициент полезного действия, полностью исключает зоны застоя воды в фильтре и возможность прорыва грязной воды к потребителю, конструктивно прота и надежна в работе, не требует применения каких-либо датчиков и других традиционно используемых электрических элементов для автомат тиэации, В ряде случаев установка может применяться без использования электроэнергии при достаточном , естественном пьезометрическом напоре (ориентировочно 1-10 м в зависимости от высоты фильтрующей загрузки) ; может изготавливаться в виде неприхотливых миниатюрных бытовых установок, промышленных установок большой производительности, а также в условиях небольшого водопотребления - и передвижной.

Коэффициент полезного действия фильтра можно в общем виде выразить формулой

.

Ч .

де Н,, - пьезометрический напор в utoix

трубе осветленной воды

непосредственно на выходе фильтра;

Н - пьезометрический напор з подающей трубе непосредственно на входе в бак запаса промывной воды;

осв объем осветленной воды

за один фильтроцикл; , общий объем поданной воды на фильтр в течение одного фильтроцикла,

:

де hw - потери напора на эжекторе; - потери напора на загрузке

фильтра;

h - потери напора в трубах. Тогда коэффициент полезного дейтвия известной установки

l«S.()ocB

%

V4 N3U

ВХО. ОБЩ

Аналогично для предлагаемой конструкции и такой же подачи воды на фильтр при том же напоре на входе Влод - учетом отсутствия эжектора, сброса первого фильтра в канализацию п.ф. сокращения продолжительности сброса воды из камеры осветленной воды после пг-.мывки загрузки, выражающееся в дополнительном получении осветленной воды объемом с учетом использования чистой воды на допромывку объемом W и сокращения продолжительности вспомогательных операций, связанных с промьавкой фильтра,

.

V

и NX/

вход Общ,

Так как W

4 значительно меньше И„ + W

Пф ДОГТ: то

v . )К;в:;«п

Чф tHs,ro -C v Vivt/-.VWlJ W

Для cpaBHHBaeNMx фильтров площадью 1 м в условиях подачи на ни воды с расходом 5 мV4 и продолжительности фильтроцикла 6 ч имеем:

ьГ о Г14. О 02 3 W hW 0,25 W4 0,013 W

h«/ 0,05 Нцход Wдon 0,083 W

ф °.Б.

,2Т

Г

вх.

Ф

Формула изобретения

Фильтровальная автоматическая установка, .включающая корпус с вантузами,.фильтрующую загрузку, под которой установлена водораспределктельная система, трубу с сифоном для подвода сырой воды, сбросную трубу и трубу отвода осветленной воды, камеру осветленной воды, бак промывной воды, поплавок-стабилизатор с трубой центровки поплавка, фиксатором и клапаном,, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности установки и коэффициента ее полезного действия, она снабжена баком запаса чистой водьз, установленным в камере осветленной воды и соединенным с трубой для подвода сырой воды через обратный клапан и поплавокстабилизатор сифоном, всасывающее .отверстие которого размещено в камере осветленной воды ниже ватерлинии поплавка и выходным отверстием внутри трубы центровки поплавка, а распределительная система выполнена в виде размещенной на пружинах водопроницаемой плиты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 528107, кл, В 01 D 23/16, 1975. 2, Авторское свидетельство СССР W 565683, кл. В 01 D 23/16, 1976.

20

16