Фильтр для очистки природных и сточных вод

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 01 D 24/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4890081/26 (22) 13.12,90 (46) 30,03.93.Бюл, ¹ 12 (71) Новосибирский инженерно-строительный институт им,B.B. Куйбышева (72) О.Г.Гириков, B.À.Санников и А.P.Êàìàлетдинов (73) О,Г,Гириков (56) 1. Клячко В.А.. Аельцин И.Э, Очистка природных вод. M., Стройиздат, 1971, с.219232, 2, Колодный Ю.И,Рациональное использование природных вод. Горький, Волго-Вятское книжное издательство, 1986, с,58-78.

3, Авторское свидетельство СССР

N.. 591201, кл. В 01 0 23/26, 1976.

4. Авторское свидетельство СССР

N718124,,кл. В 01 D 3/20,1980.

5. Авторское свидетельство СССР

М 1470315, кл, В 01 D 23/10, 1989.

6. Авторское свидетельство СССР

N 967515, кл. В 01 0 23/24, 1982, 7. Авторское свидетельство СССР

N 1607872, кл. В 01 D 24/24, 1990.

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 объемные профилированные элементы, которые погружаются на глубину 0,05-0,6 (преимущественно 0,150,35) общей высоты слоя загрузки. После загрязнения верхних слоев загрузки они из„„. Ж„„1805993 АЗ (54) ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ

И СТОЧНЫХ ВОД (57) Сущность изобретения; перед подачей очищаемой воды на фильтр в направлении сверху вниз в верхней части загрузки, со.ставляющей 0,05-0,6 высоты 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, влекаются, Вследствие этого исходная вода поступает в нижележащие малозагрязнен-, Q ные слои загрузки. не разрушая хлопьев 4Q осадка, задержанных в верхних слоях, и не (ь) рыхля загрузку. После этого фильтрование лродолатается до окончания филатроникла. )а

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 систе1805993 мы .1, слоя заг рузки 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 грузоподьемного. устройства (например, лебедки) 16.

На фиг.2 представлены рекомендуемые формы йрофилировднных 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) оу 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 фильтрования 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 минимальной 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 фильгр выключается на промывку. Для этого ке, представленной на фиг.3, которая состоит из бака исходной грязной воды центробежного насоса 2. напорной линии

50,3, бачка-дозатора постоянного расхода 4, имеющего переливной трубопровод 5 и калиброванную насадку 6, приемных воронок

7 и 7, фильтровальной стеклянной колонки

8 диаметром 100 мм и высотой 3 м со слоем

55- 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 водппро5

45 закрываются задвижки на 6 и 7 и открываются на трубопроводах 9 и 8. Подается промывная 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 водовоэдушная 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 описанному выше.

Таким образом, после загрязнения верхних слоев загрузки и извлечения 11 основная часть исходной воды поступает в нижележащие слои, минуя верхние. 3а счет этого повышается грязеемкость нижележащих слоев и соответственно всего слоя загрузки.

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

Наоборот, в этих слоях будет дополнительно задерживаться некоторое количество загрязнений, Таким образом, по сравнению с работой известного фильтра в большей степени возрастет грязеемкость верхних слоев, а тем более нижележащих слоев загрузки. Это позволит увеличить продолжительность фильтроцикла при фильтровании с той же. скоростью или повысить производительность фильтра при сохранении продолжительности фильтроцикла. Кроме того, конструкция предлагаемого фильтра проще известного.

Для подтверждения более высокой гряэеемкости слоя загрузки у предлагаемого фильтра были проведены опыты на установвода, а в верхней части предусмотрен сбор-. ный карман воды после промывки 16 и отводной трубопровод 17. Вверху установлен бачок — дозатор постоянного расхода раствора коагулянта (сернокислого алюминия) 5

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. Встав- 10 ка 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 15 возможности обрушения песчаной загрузки

9 после извлечения конусной вставки 19 изза небольшого диаметра колонки.

Принцип работы экспериментальной установки следующий. В бак 1 наливается 20 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 взве- 25 си. Вода с постоянным расходом из 4 через

6 сливается в 7 и по шлангу в 7 . где смеши вается с раствором коагулянта из 18, затем поступает в 8. В колонке 8 исходная вода, смешанная с раствором коагулянтэ фильт- .30 руется сверху вниз через 9 и отводится через 11 в 13. Вентилем 12 регулируется уровень воды в 8. В течение всего фильтроцикла через каждые 15-20 мин отбираются пробы фильтрата после 11 и определяется 35 соответствие прозрачности воды требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая". По мере загрязнения-загрузки растут потери напора в ней и повышается уровень воды над..

9. При его повышении до верхней перелив- 40 ной 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 ни- 45 жележащих 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 50 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 откры- 55 тия 15 в течение 5-6 мин с интенсивностью

14 л/с м обратным током воды снизу вверх;2

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 снова включается в работу.

Было проведено 2 серии опытов. В 1 серии использовалась мелкая зернистая песчаная загрузка, которая в соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84 имела эквивалентныйй диаметр da« = 0.76 мм (минимал ьный ДиаметР dmin = 0,5 мм, а максимальный

dmax = 1,2 мм), коэффициент неоднородности К = 1.92, Высота слоя фильтрующей загрузки Н = 800 мм, а высота поддерживающих слоев — 250 мм.

В опыте М 1 концентрация глинистой взвеси в исходной воде составляла 29,4 мг/л, скорость фильтрации воды через загрузку чф = 5,7 м/ч, доза коагулянта (сернокислого алюминия) — 20 мг/л, В данном опыте колонка 8 моделировала работу предлагаемого фильтра (фиг.4), а в качестве профилировэнного элемента использовалась деревянная конусообразная вставка диаметром в верхней части 25 мм, глубина погружения которой составляла 150 мм или 0,19Н, Продолжительность фильтроцикла составила 11 ч 5 мин. Фильтр был выключен на промывку после достижения предельных потерь напора, В опыте М 2 колонка 8 работала без конуса,т.е.моделировала работу известного 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 составила 6 ч 25 мин. Таким образом про-. должительность фильтроцикла, а значит, и грязеемкость слоя загрузки у предлагаемого фильтра получилась в 1,9 раза выше, чем . у известного скорого фильтра. Качество очищенной воды после фильтровальной колонки в этих на протяжении вСего фильтроцикла соответствовало требованиям

ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

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

Во I l серии опытов использовалась среднезернистая песчаная загрузка, имеющая в соответствии со СНиП 2.04,02-84 (табл.21) бэкв = 0,93 мм, dmin = 0,7 мм, dmax

=1,6 мм, Кн = 1,69 и высоту слоя Н = 1350 мм.

Опыты проводились на той же установке (фиг.3). Исходная концентрация глинистой взвеси в воде составляла также 29,4 мг/л, доза сернокислого алюминия - 20 мг/л и чф=8м/ч, 1805993

25

35

45

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 t+ 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 d,„ = 0,76 мм, К =

=1,92 и Н = 800 мм. Концентрация глинистой взвеси 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. B 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 N 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 чф = 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 М 2 серии 1). 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 воэвратнопоступательного 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.

1 я050г)з

1805993

Составитель О. Гириков

Техред М.Моргентал Корректор С, Юско

Редактор

Производственно издательский комбинат "Патент", t, Ужгород, ул.Гагарина. 1П1

Заказ 955 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11:3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5