Гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды

Изобретение относится к установкам для очистки природных и сточных вод от взвешенных веществ различной природы и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельского и коммунального хозяйства, в технике очистки природных и сточных вод. Гидроциклонно-фильтровальная установка содержит блок напорных сверхскоростных фильтров, расположенных осесимметрично, напорные трубопроводы подачи исходной воды и отвода фильтрата, подачи промывной воды и отвода грязной промывной воды, снабженные электрифицированными задвижками, осесимметрично расположенные задвижки на линиях трубопроводов, обслуживаемых фильтров. На одной оси установки по вертикали расположены сверху вниз: напорная цилиндрическая камера для распределения исходной воды по фильтрам, напорная цилиндрическая камера для распределения исходной воды по гидроциклонам, напорная цилиндрическая камера для сбора грязной промывной воды и шламовой воды, напорная цилиндрическая камера для сбора фильтрата. Установка снабжена также осесимметрично расположенными напорными гидроциклонами, расположенными между напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по фильтрам и напорной цилиндрической камерой для сбора грязной промывной воды и шламовой воды. Технический результат: повышение производительности и эффективности осветления воды. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к установкам для очистки природных и сточных вод от взвешенных веществ различной природы и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельского и коммунального хозяйства, в технике очистки природных и сточных вод.

Известна установка (станция) очистки воды, состоящая из трех отдельно стоящих последовательно соединенных устройств (аппаратов): гидроциклон - безнапорный скорый фильтр первой ступени - безнапорный скорый фильтр второй ступени (А.М.Фоминых. Разработка и обоснование рациональных технологических схем очистки в групповых сельскохозяйственных водопроводах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Новочеркасск, 1975, с.35-36).

Недостатками данной установки являются: громоздкость, относительно низкая производительность, сложность регенерации фильтрующей загрузки, значительные сложности конструктивного исполнения, компоновки, размещения гидроциклона, фильтров, что требует больших капитальных и эксплутационных затрат.

Известна установка для очистки воды, состоящая из двух отдельно стоящих последовательно соединенных устройств (аппаратов): гидроциклон-скорый фильтр. (А.М.Фоминых, Н.С.Попков. Частичное осветление воды по схеме гидроциклон-скорый фильтр. "Промышленная энергетика". 1971, №11).

Недостатком данной установки являются трудности конструктивного исполнения, громозкость, низкая производительность, низкий эффект очистки.

Прототипом предлагаемой установки является известная блочная автоматизированная сверхскоростная фильтровальная станция (установка - АСФС) для очистки (осветления) воды от взвешенных веществ и других примесей различной природы, состоящая из блоков напорных сверхскоростных фильтров, автоматически управляемых с помощью электрифицированных задвижек на линиях труб обслуживаемых фильтров (Ким А.Н. Совершенствование напорных водоочистных сооружений. Автореферат дисс. на соискание ученой степени доктора технических наук. С.Петербург, 1998., с.21-22).

Сверхскоростные фильтры, входящие в блок установки, оборудованы электрифицированными задвижками, установленными: на трубопроводе, подводящем обрабатываемую (исходную) воду; на выходе фильтрата (осветленной воды) из фильтров; на линиях подачи промывной воды в фильтры и сброса грязной промывной воды из фильтров.

Отличительной особенностью АСФС является то, что сверхскоростные фильтры, входящие в блок, обвязаны в единый блок, напорным кольцом трубопроводов подачи исходной воды и напорным кольцом трубопроводов отвода осветленной воды (фильтрата) и подачи промывной воды. При этом фильтры работают в едином гидравлическом режиме и оборудованы автоматическим управлением; производится поочередная промывка каждого фильтра обратным током воды из напорного трубопровода-кольца фильтрата с заданным интервалом времени. При выходе одного фильтра на промывку оставшиеся в работе фильтры блока должны обеспечивать за счет увеличения скорости фильтрования подачу воды потребителю и на промывку фильтра.

Недостатками прототипа являются: установка обеспечивает требуемое качество очистки воды при относительно низком содержании взвешенных веществ в исходной воде; относительно низкая степень равномерности распределения гидравлической и грязевой нагрузки между фильтрами вследствие большой длины трубопроводов обвязки и разной длины участков распределительных трубопроводов и вследствие неравномерного расположения фильтров неравномерность перераспределения потока воды как в напорном кольце исходной воды, так и в напорном кольце фильтрата. При поочередной промывке одного из фильтров нарушается любое первоначальное потокораспределение в сети обвязки фильтров, включающих напорное кольцо исходной воды, напорное кольцо фильтрата, трубопроводы подвода исходной воды, трубопроводы отвода фильтрата и трубопроводы подвода и отвода промывной воды. При этом нарушается условие соблюдения баланса расходов в узлах подвода и отвода к фильтрам и баланса потерь напора в кольцах сети обвязки фильтров. Кроме этого при промывке одного из фильтров блока происходит увеличение скорости фильтрования в остальных фильтрах, работающих в режиме очистки фильтрованием. Указанные обстоятельства снижают эффективность очистки и производительность АСФС в целом.

Изобретение направлено, во-первых, на создание гидроциклонно-фильтровальной установки очистки воды (ГФУ) с широким диапазоном области применения; во-вторых, на повышение производительности и эффективности осветления воды.

Результат достигается тем, что в гидроциклонно-фильтровальной установке очистки воды, содержащей блок напорных сверхскоростных фильтров, напорные трубопроводы подачи исходной воды и отвода фильтрата, подачи промывной воды и отвода грязной промывной воды, снабженные электрифицированными задвижками, блок напорных сверхскоростных фильтров расположен осесимметрично, установка снабжена расположенными на одной оси по вертикали напорными цилиндрическими камерами в последовательности сверху вниз: напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по фильтрам, напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по гидроциклонам, напорной цилиндрической камерой для сбора грязной промывной воды и шламовой воды, напорной цилиндрической камерой для сбора фильтрата, а также осесимметрично расположенными задвижками на линиях трубопроводов, обслуживаемых фильтров; установка снабжена также осесимметрично расположенными напорными гидроциклонами, установленными между напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по фильтрам и напорной цилиндрической камерой для сбора грязной промывной воды и шламовой воды, при этом гидроциклоны своими патрубками верхнего слива концентрично соединены с нижним днищем напорной цилиндрической камеры для распределения исходной воды по фильтрам, а своими патрубками нижнего слива концентрично соединены с верхним ярусом напорной цилиндрической камеры для сбора грязной промывной воды и шламовой воды. Результат достигается также тем, что напорная цилиндрическая камера для сбора грязной промывной воды и шламовой воды снабжена горизонтальной перегородкой, разделяющей камеру на два яруса: верхний - для сбора шламовой воды и нижний для сбора грязной промывной воды, при этом верхний ярус камеры снабжен дополнительным трубопроводом, имеющим задвижку и гидрозатвор, и соединенным с трубопроводом отвода грязной промывной воды нижнего яруса, при этом гидрозатвор установлен с возможностью вертикального осевого перемещения, а патрубок дополнительного трубопровода присоединен в нижней части полости верхнего яруса камеры.

На фиг.1 изображен общий вид (принципиальная схема конструкции) гидроциклонно-фильтровальной установки; на фиг. 2 - план по I-I, на фиг. 3 - разрезы по II-II и IV-IV, на фиг. 4 - разрез по III-III.

Гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды (ГФУ) состоит из блока напорных сверхскоростных фильтров 1 (например, из восьми фильтров), расположенных осесимметрично (симметрично относительно вертикальной оси А-А установки), трубопровода 2 для подачи исходной воды, расположенных на одной оси по вертикали напорной цилиндрической камеры 3 для распределения исходной воды по фильтрам, напорной цилиндрической камеры 14 для распределения исходной воды по гидроциклонам, напорной цилиндрической камеры 4 для сбора очищенной воды (фильтрата); напорной цилиндрической двухъярусной камеры 5, снабженной горизонтальной перегородкой 6, разделяющей камеру 5 на нижний ярус 7 для сбора грязной промывной воды и на верхний ярус 8 для сбора шламовой воды из нижних сливных патрубков гидроциклонов; причем нижний ярус 7 снабжен трубопроводом 9 для отвода грязной промывной воды, а верхний ярус снабжен патрубком дополнительного трубопровода с задвижкой 10 и регулируемым гидрозатвором 11 для регулирования уровня воды в верхнем ярусе 8, причем патрубок дополнительного трубопровода с задвижкой 10 присоединен на уровне верха горизонтальной перегородки 6.

Патрубок дополнительного трубопровода с задвижкой 10 и регулируемым гидрозатвором 11 позволяет поддерживать постоянную концентрацию шлама при колебаниях концентрации примесей в исходной воде, также позволяет проводить регулирование работы батареи гидроциклонов, стабилизировать процесс разделения за счет снижения пульсации давления в полости гидроциклонов, а также сократить собственный расход - количество воды, сбрасываемой вместе с примесями - со шламом.

Гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды снабжена расположенной между напорными цилиндрическими камерами 3 и 5 батареей 12 гидроциклонов, состоящей из осесимметрично расположенных напорных гидроциклонов 13 (например из восьми, но как минимум из двух гидроциклонов) и напорной цилиндрической камеры 14 для распределения исходной воды по гидроциклонам, тангенциальных входных патрубков 15 подачи исходной воды к гидроциклонам 13, верхних сливных патрубков 16 гидроциклонов 13, присоединенных снизу к днищу 17 напорной цилиндрической камеры 3 для распределения исходной воды по фильтрам; напорная цилиндрическая камера 14 для распределения исходной воды по гидроциклонам соединена трубопроводом 18 через задвижку 19 с трубопроводом 2 подачи исходной воды на установку. Нижние сливные патрубки 20 (шламовые патрубки) гидроциклонов 13 присоединены к верхней крышке 21 верхнего яруса 8 камеры 5. Напорная цилиндрическая камера 4 для сбора фильтрата снабжена напорным трубопроводом 22 для отвода очищенной воды (фильтрата) потребителю.

Гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды снабжена также осесимметрично расположенными электрифицированными задвижками 23, 24, 25, патрубками одинаковой длины 26 и 27, а также задвижками 28 и 29, установленными на трубопроводах 2 и 22, соответственно на подаче исходной воды 2 и отвода фильтрата 22.

Предлагаемая гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды работает следующим образом.

Все гидроциклоны 13, входящие в батарею 12, и все сверхскоростные фильтры 1, входящие в блок (батарею), работают в едином гидравлическом режиме.

Исходная вода по трубопроводам 2 и 18 подается под напором в напорную цилиндрическую камеру 14 для распределения исходной воды по гидроциклонам. При этом задвижка 28 закрыта, задвижка 19 открыта. Далее вода равномерно распределяясь, через тангенциальные входные патрубки 15 поступает в гидроциклоны 13. Вода, поступая тангенциально к корпусу гидроциклона 13, приобретает круговое движение. Под действием центробежных сил тяжелые частицы примесей (взвешенных веществ) движутся от оси гидроциклона 13 к его стенкам по спиральной траектории вниз и удаляются (выгружаются) через нижние сливные (шламовые) патрубки 20 в верхний ярус 8 для сбора шламовой воды. Шламовая вода из верхнего яруса 8 через открытую задвижку 10 и гидрозатвор 11 удаляется (сбрасывается) по трубопроводу 9 совместно с грязной промывной водой. Частично осветленная (от твердых частиц примесей) вода движется во внутреннем потоке вверх и через расположенные верхние сливные патрубки 16 поступает в напорную цилиндрическую камеру 3 для распределения исходной воды по фильтрам, далее частично осветленная в гидроциклонах вода из напорной цилиндрической камеры 3, равномерно распределяясь через открытую задвижку 23 и патрубки 26 (составляющие систему распределительных трубопроводов), поступает на сверхскоростные фильтры 1, в которых вода проходит через фильтрующую загрузку и очищается от оставшихся в воде примесей до требуемого к качеству очищенной воды (фильтрата). Очищенная вода через открытые задвижки 25 и патрубки 27 поступает в напорную цилиндрическую камеру 4 для сбора фильтрата, откуда через открытую задвижку 29 по трубопроводу 22 направляется к потребителю.

Для промывки фильтра (см. фиг. 1, например, фильтр расположенный слева) закрывается задвижка 23, прекращается подача исходной воды на фильтр; далее открывается задвижка 24 и производится промывка фильтра снизу-вверх фильтратом. Фильтрат поступает на фильтр из напорной цилиндрической камеры 4 для сбора фильтрата через открытую задвижку 25. Грязная промывная вода через трубопровод 31 и открытую задвижку 24 поступает в нижний ярус 7 для сбора грязной промывной воды, откуда удаляется (сбрасывается, например, в канализацию) по трубопроводу 9 совместно со шламовой водой.

В период достаточно низкого содержания тяжелых частиц примесей в исходной воде первая ступень - батарея 12 гидроциклонов 13 отключается из технологической схемы очистки, закрыванием задвижек 19 и 10. Для самостоятельной работы только второй ступени - блока (батареи) сверхскоростных фильтров 1 открывают задвижку 28. При этом исходная вода по трубопроводу 2 поступает в напорную цилиндрическую камеру 3 для распределения исходной воды по фильтрам, откуда через открытые задвижки 23 и 26 - на фильтры 1. Далее технологические схемы очистки воды фильтрованием и промывки фильтров аналогичны выше приведенному описанию.

Достоинствами предлагаемой установки типа ГФУ являются: высокий эффект очистки и производительность, сокращение длины технологических трубопроводов обвязки, равномерное распределение гидравлической и грязевой нагрузки между фильтрами, высокая удельная производительность, компактность, высокоиндустриальная в изготовлении (блоки полного заводского изготовления) и монтаже.

1. Гидроциклонно-фильтровальная установка для очистки воды, содержащая блок напорных сверхскоростных фильтров, напорные трубопроводы подачи исходной воды и отвода фильтрата, подачи промывной воды и отвода грязной промывной воды, снабженные электрифицированными задвижками, отличающаяся тем, что блок напорных сверхскоростных фильтров расположен осесимметрично, установка снабжена расположенными на одной оси по вертикали напорными цилиндрическими камерами в последовательности сверху вниз: напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по фильтрам, напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по гидроциклонам, напорной цилиндрической камерой для сбора грязной промывной воды и шламовой воды, напорной цилиндрической камерой для сбора фильтрата, а также осесимметрично расположенными задвижками на линиях трубопроводов обслуживаемых фильтров; установка снабжена также осесимметрично расположенными напорными гидроциклонами, установленными между напорной цилиндрической камерой для распределения исходной воды по фильтрам и напорной цилиндрической камерой для сбора грязной промывной воды и шламовой воды, при этом гидроциклоны своими патрубками верхнего слива концентрично соединены с нижним днищем напорной цилиндрической камеры для распределения исходной воды по фильтрам, а своими патрубками нижнего слива концентрично соединены с верхним ярусом напорной цилиндрической камеры для сбора грязной промывной воды и шламовой воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что напорная цилиндрическая камера для сбора грязной промывной воды и шламовой воды снабжена горизонтальной перегородкой, разделяющей камеру на два яруса: верхний - для сбора шламовой воды и нижний - для сбора грязной промывной воды, при этом верхний ярус камеры снабжен дополнительным трубопроводом, имеющим задвижку и гидрозатвор и соединенным с трубопроводом отвода грязной промывной воды нижнего яруса, при этом гидрозатвор установлен с возможностью вертикального осевого перемещения, а патрубок дополнительного трубопровода присоединен в нижней части полости верхнего яруса камеры.