Двухкамерный фильтр
Владельцы патента RU 2614282:
Государственное предприятие "Украинский научно-технический центр металлургической промышленности "Энергосталь" (ГП "УкрНТЦ "Энергосталь") (UA)
Изобретение предназначено для очистки воды и может быть использовано в коммунальном хозяйстве, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Двухкамерный фильтр содержит корпус с верхним и нижним патрубками для воды, верхнее дренажно-распределительное устройство, среднюю горизонтальную перегородку с отверстиями, нижнюю горизонтальную перегородку, оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, дополнительную горизонтальную перегородку, установленную ниже средней горизонтальной перегородки и оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке, дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней и дополнительной горизонтальными перегородками, и зернистую загрузку. Отверстия средней горизонтальной перегородки оборудованы дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству. Зернистая загрузка размещена на средней и нижней горизонтальных перегородках. Дополнительный патрубок для воды выполнен с возможностью подвода воды на промывку зернистой загрузки, размещенной на средней горизонтальной перегородке, и отвода отработанной промывной воды после промывки зернистой загрузки, размещенной на нижней горизонтальной перегородке. Дополнительная горизонтальная перегородка установлена ниже средней горизонтальной перегородки над зернистой загрузкой, размещенной на нижней горизонтальной перегородке. Технический результат: обеспечение промывки зернистых загрузок независимо друт от друга. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам для очистки воды и может быть использовано при последовательном фильтровании воды через два слоя зернистой загрузки в коммунальном хозяйстве, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа двухкамерный фильтр, содержащий корпус с верхним и нижним патрубками для воды, верхнее дренажно-распределительное устройство, среднюю горизонтальную перегородку с отверстиями, нижнюю горизонтальную перегородку, оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, дополнительную горизонтальную перегородку, которая установлена ниже средней горизонтальной перегородки и в которой выполнены отверстия, часть из которых оборудована дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке, дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней и дополнительной горизонтальными перегородками, и зернистую загрузку. Зернистая загрузка лежит на нижней перегородке, при этом она размещена между верхним дренажно-распределительным устройством и средней перегородкой, а также между дополнительной и нижней перегородками. Средняя перегородка и дополнительная перегородка делят весь объем корпуса на верхнюю и нижнюю камеры, обеспечивая возможности перетока загрузки между ними. Дополнительный патрубок для воды предназначен для подвода воды на промывку загрузки в верхней камере (Авт.св. №1577803, МПК B01D 24/38, B01J 47/02, опубл. 15.07.90, бюл. №26).
У заявляемого изобретения и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба устройства содержат корпус с верхним и нижним патрубками для воды, верхнее дренажно-распределительное устройство, среднюю горизонтальную перегородку с отверстиями, нижнюю горизонтальную перегородку, оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, дополнительную горизонтальную перегородку, установленную ниже средней горизонтальной перегородки и оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке, дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней и дополнительной горизонтальными перегородками, и зернистую загрузку.
Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют такие причины. В прототипе промывка зернистой загрузки нижней камеры осуществляется путем последовательного прохождения промывной воды сначала через зернистую загрузку в нижней камере, а затем через зернистую загрузку в верхней камере. При такой промывке расход, достаточный для удаления загрязнений из загрузки нижней камеры, может оказаться недостаточным для удаления загрязнений из загрузки верхней камеры. Увеличение расхода промывной воды для обеспечения отмывки загрязнений из зернистой загрузки в верхней камере обусловит интенсивное перемешивание и подъем зернистой загрузки, а также увеличенный вынос зерен загрузки из корпуса. В прототипе не предусмотрена возможность раздельного отвода отработанной промывной воды от зернистых загрузок нижней и верхней камер, а также возможность независимой их промывки.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать такой двухкамерный фильтр, в котором усовершенствования путем введения новых элементов позволят при использовании заявляемого изобретения обеспечить достижение технического результата, заключающегося в обеспечении промывки зернистых загрузок верхней и нижней камер независимо друг от друга, а также в обеспечении раздельного отвода отработанной промывной воды от зернистых загрузок нижней и верхней камер.
Поставленная задача решается за счет того, что в двухкамерном фильтре, содержащем корпус с верхним и нижним патрубками для воды, верхнее дренажно-распределительное устройство, среднюю горизонтальную перегородку с отверстиями, нижнюю горизонтальную перегородку, оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, дополнительную горизонтальную перегородку, установленную ниже средней горизонтальной перегородки и оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке, дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней и дополнительной горизонтальными перегородками, и зернистую загрузку, согласно изобретению отверстия средней горизонтальной перегородки оборудованы дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, зернистая загрузка размещена на средней и нижней горизонтальных перегородках, дополнительный патрубок для воды выполнен с возможностью подвода воды на промывку зернистой загрузки, размещенной на средней горизонтальной перегородке, и отвода отработанной промывной воды после промывки зернистой загрузки, размещенной на нижней горизонтальной перегородке, при этом дополнительная горизонтальная перегородка установлена ниже средней горизонтальной перегородки над зернистой загрузкой, размещенной на нижней горизонтальной перегородке.
В отдельных случаях использования заявляемое изобретение может характеризоваться тем, что:
- вместо дренажных колпачков, выполняющих роль дренажно-распределительных средств, в дополнительной горизонтальной перегородке может быть установлена сетка, перекрывающая отверстия в ней;
- корпус дополнительно оборудован патрубком для подвода реагентов, который размещен на боковой поверхности корпуса между средней горизонтальной и дополнительной горизонтальной перегородками.
В заявляемом изобретении пространство между средней горизонтальной перегородкой и верхним дренажно-распределительным устройством представляет собой верхнюю камеру фильтра, пространство между дополнительной и средней горизонтальными перегородками -промежуточную камеру фильтра, а пространство между нижней и дополнительной горизонтальными перегородками - нижнюю камеру фильтра.
При использовании заявляемого изобретения обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении промывки зернистых загрузок верхней и нижней камер независимо друг от друга, а также в обеспечении раздельного отвода отработанной промывной воды от зернистых загрузок нижней и верхней камер.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.
Оборудование отверстий в средней перегородке дренажными колпачками, размещение зернистой загрузки на средней перегородке без возможности ее перетока в промежуточную и нижнюю камеры, размещение дополнительной перегородки над зернистой загрузкой так, чтобы загрузка была размещена на нижней перегородке без возможности ее перетока в промежуточную и верхнюю камеры и на некоторое расстояние не доходила до дополнительной перегородки, обеспечение возможности подвода воды на промывку зернистой загрузки, размещенной на средней перегородке, и отвода отработанной промывной воды после промывки зернистой загрузки, размещенной на нижней перегородке, через дополнительный патрубок для воды обеспечивает возможность промывки зернистых загрузок независимо друг от друга, например, путем их поочередной промывки или путем промывки только одной зернистой загрузки, без промывки другой, позволяет оптимизировать расходы промывной воды отдельно для промывки зернистой загрузки нижней камеры и отдельно для промывки зернистой загрузки верхней камеры, а также позволяет обеспечить раздельный отвод отработанных промывных вод после промывки зернистых загрузок для, например, их раздельной обработки или дальнейшего использования. Все это способствует повышению эффективности промывки зернистой загрузки, что, в свою очередь, способствует повышению эффективности очистки воды в заявляемом фильтре в целом.
Дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней горизонтальной и дополнительной горизонтальной перегородками, в режиме промывки зернистой загрузки нижней камеры обеспечивает отвод от нее отработанной промывной воды (промывная вода подается по нижнему патрубку для воды), а в режиме промывки зернистой загрузки верхней камеры обеспечивает подвод к ней промывной воды (отработанная промывная вода отводится по верхнему патрубку для воды). Все это обеспечивает возможность независимой, например поочередной, промывки зернистых загрузок с таким расходом промывной воды, который является наиболее оптимальным для данного типа загрузки, которая используется в нижней и верхней камерах. Кроме того, такое оборудование и возможность поочередно осуществлять промывки позволяет раздельно отводить отработанную промывную воду от верхней и нижней камер, особенно если по каким-либо причинам смешивать эти отработанные промывные воды нежелательно. Все это способствует повышению эффективности промывки зернистой загрузки, что, в свою очередь, способствует повышению эффективности очистки воды в заявляемом фильтре в целом.
При промывке зернистой загрузки нижней камеры дополнительная горизонтальная перегородка с дренажно-распределительными средствами обеспечивает равномерное распределение промывной воды, например, между ее дренажными колпачками, равномерный по всей площади фильтра отвод отработанной промывной воды через них из нижней камеры в промежуточную камеру, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное по всей площади фильтра распределение промывной воды и равномерное по всей площади фильтра расширение зернистой загрузки нижней камеры, равномерное вымывание из нее загрязнений, а также недопущение образования в ней застойных зон, особенно на участках, удаленных от патрубка для воды, который размещен между средней и дополнительной горизонтальными перегородками и по которому отводится промывная вода. Все это способствует повышению эффективности промывки зернистой загрузки, что, в свою очередь, способствует повышению эффективности очистки воды в заявляемом фильтре в целом.
Оборудование дополнительной горизонтальной перегородки дренажно-распределительными средствами, которые могут быть выполнены в виде дренажных колпачков, закрепленных в отверстиях дополнительной горизонтальной перегородки и обращенных рабочей поверхностью к нижней горизонтальной перегородке, или в виде сетки, перекрывающей отверстия в дополнительной горизонтальной перегородке, предотвращает вынос зерен загрузки при промывке нижней камеры фильтра, а также способствует равномерному распределению воды как в режиме фильтрования, так и в режиме промывки. Все это способствует повышению эффективности промывки зернистой загрузки в целом. Выбор типа дренажно-распределительных средств определяется техническими и технологическими особенностями использования заявляемого изобретения. Использование дренажных колпачков способствует более равномерному распределению воды, а использование сетки упрощает и удешевляет конструкцию фильтра.
Дополнительное оборудование корпуса патрубком для подвода реагентов, который размещен на боковой поверхности корпуса между средней горизонтальной и дополнительной горизонтальной перегородками, позволяет в случае необходимости подавать в промежуточную камеру реагенты, наиболее эффективно обеспечивать их перемешивание с водой. В режиме промывки зернистой загрузки нижней камеры это позволяет вводить реагенты в отработанную промывную воду и обеспечивать ее первоначальную реагентную обработку, в режиме промывки зернистой загрузки верхней камеры позволяет вводить реагенты в промывную воду и обеспечивать повышение эффективности промывки зернистой загрузки верхней камеры, а в режиме фильтрования позволяет вводить реагенты в предварительно отфильтрованную в верхней камере воду для повышения эффективности очистки воды в нижней камере. Все это способствует повышению эффективности промывки зернистой загрузки, а также повышению эффективности очистки воды в заявляемом фильтре в целом.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - общий вид заявляемого объекта с дренажными колпачками в дополнительной горизонтальной перегородке;
на фиг. 2 - общий вид заявляемого объекта с сеткой, перекрывающей отверстия в дополнительной горизонтальной перегородке.
На представленных чертежах использованы следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - патрубок для подвода загрязненной воды;
3 - патрубок для отвода отфильтрованной воды;
4 - верхнее дренажно-распределительное устройство;
5 - средняя горизонтальная перегородка;
6 - дренажные колпачки;
7 - зернистая загрузка;
8 - нижняя горизонтальная перегородка;
9 - дренажные колпачки;
10 - зернистая загрузка;
11 - дополнительная горизонтальная перегородка;
12 - дренажные колпачки;
13 - дополнительный патрубок для воды;
14 - патрубок для подвода реагентов;
15 - верхняя камера;
16 - промежуточная камера;
17 - нижняя камера;
18 - сетка.
В конкретном примере исполнения заявляемый двухкамерный фильтр содержит корпус 1 с верхним патрубком 2 для подвода загрязненной воды и нижним патрубком 3 для отвода отфильтрованной воды. В корпусе 1 размещены верхнее дренажно-распределительное устройство 4, сопряженное с верхним патрубком 2, средняя горизонтальная перегородка 5 с дренажными колпачками 6, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству 4, уложенная на перегородке 5 зернистая загрузка 7, например слой кварцевого песка, а также нижняя горизонтальная перегородка 8 с дренажными колпачками 9, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству 4, и уложенная на перегородке 8 зернистая загрузка 10, например слой активированного угля. Кроме того, в корпусе 1 размещена дополнительная горизонтальная перегородка 11, которая установлена ниже средней горизонтальной перегородки 5 над зернистой загрузкой 10, размещенной на нижней горизонтальной перегородке 8, и в которой выполнены отверстия, оборудованные, например, дренажными колпачками 12, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке 8. На боковой поверхности корпуса 1 между средней горизонтальной 5 и дополнительной горизонтальной 11 перегородками размещен дополнительный патрубок 13 для воды, а также патрубок 14 для подвода реагентов. Пространство между средней горизонтальной перегородкой 5 и верхним дренажно-распределительным устройством 4 представляет собой верхнюю камеру 15 фильтра, пространство между дополнительной 11 и средней 5 горизонтальными перегородками - промежуточную камеру 16 фильтра, пространство между нижней 8 и дополнительной 11 горизонтальными перегородками - нижнюю камеру 17 фильтра.
В зависимости от конкретных условий использования в верхней 15 и нижней 17 камерах могут быть использованы как одинаковые зернистые загрузки, так и разные.
В отдельных случаях исполнения отверстия в дополнительной горизонтальной перегородке 11 могут быть затянуты сеткой 18 с размером ячеек, меньшим, чем размер зерен загрузки 10 нижней камеры 17 фильтра (фиг. 2).
В конкретном примере исполнения заявляемый двухкамерный фильтр работает следующим образом. При перекрытом патрубке 13 вода подводится на фильтрование в корпус 1 сверху и по верхнему патрубку 2 нисходящим потоком поступает в верхнее дренажно-распределительное устройство 4, из которого равномерно распределяется по всей поверхности зернистой загрузки 7, фильтруется через нее и через дренажные колпачки 6, размещенные в средней горизонтальной перегородке 5, направляется из верхней камеры 15 сначала в промежуточную камеру 16, а затем через дренажные колпачки 12, размещенные в дополнительной горизонтальной перегородке 10, направляется в нижнюю камеру 17 на дополнительное фильтрование в зернистой загрузке 10, после чего через дренажные колпачки 8, размещенные в нижней горизонтальной перегородке 8, поступает в поддренажное пространство и далее по патрубку 3 отводится из фильтра.
В случае необходимости повышения эффективности очистки воды осуществляется ее реагентная обработка путем подвода реагентов по патрубку 14 в промежуточную камеру 16, в которой происходит перемешивание предварительно отфильтрованной воды с реагентами, а также начинаются процессы коагуляции и флокуляции.
В режиме фильтрования дренажные колпачки 6 и дренажные колпачки 9, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству 4, предотвращают вынос зернистой загрузки из фильтра. Дренажные колпачки 12 не препятствуют свободному проходу воды в нижнюю камеру 17.
После окончания цикла фильтрования фильтр останавливается и переводится на промывку. Использование заявляемого объекта позволяет осуществлять промывку зернистой загрузки 7 в верхней камере 15 и промывку зернистой загрузки 10 в нижней камере 17 независимо друг от друга. Так при остановке фильтра загрузки 7 и 10 могут промываться поочередно одна после другой или же в зависимости от загрязненности независимо одна от другой, когда, например, после промывки зернистой загрузки 7 в верхней камере 15 промывка зернистой загрузки 10 в нижней камере 15 не осуществляется, или наоборот.
В конкретном примере использования осуществляется поочередная промывка. Промывка фильтра начинается с промывки зернистой загрузки 10 в нижней камере 17. В этом случае при перекрытых патрубках 2 и 14 промывная вода с заданным для зернистой загрузки 10 расходом подается в корпус 1 по патрубку 3, восходящим потоком проходит дренажные колпачки 9 и, поднимаясь, осуществляет вымывание задержанных в зернистой загрузке 10 загрязнений. Далее промывная вода через дренажные колпачки 12, которые обеспечивают ее равномерное поступление в промежуточную камеру 16 и, следовательно, равномерный отвод по всей площади фильтра, по патрубку 13 отводится из фильтра. Дренажные колпачки 12, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке 8, предотвращают вынос зерен загрузки 10 из нижней камеры 17 фильтра. Затем начинается промывка зернистой загрузки 7 в верхней камере 15. В этом случае при перекрытых патрубках 3 и 14 промывная вода с заданным для зернистой загрузки 7 расходом подается в корпус 1 по патрубку 13, поступает в промежуточную камеру 16, восходящим потоком проходит дренажные колпачки 6 и, поднимаясь, осуществляет вымывание задержанных в зернистой загрузке 7 загрязнений. Далее промывная вода поступает в верхнее дренажно-распределительное устройство 4 и по патрубку 2 отводится из фильтра. Верхнее дренажно-распределительное устройство 4 предотвращает вынос зерен загрузки 7 из верхней камеры 15 фильтра.
Отработанная промывная вода из патрубка 13, при промывке зернистой загрузки 10 нижней камеры 17, и промывная вода из патрубка 2, при промывке зернистой загрузки 7 верхней камеры 17, могут смешиваться или же отводиться отдельно одна от другой для дальнейшей обработки или дальнейшего использования.
Использование заявляемого изобретения, с одной стороны, позволяет осуществлять промывку зернистых загрузок 10 и 7 в нижней 17 и верхней 15 камерах, соответственно, независимо друг от друга с наиболее оптимальным расходом промывной воды для данного типа зернистой загрузки, а с другой стороны, позволяет обеспечить раздельный отвод отработанной промывной воды из нижней 17 и верхней 15 камер для, например, обеспечения возможности их раздельной обработки или дальнейшего использования.
Двухкамерный фильтр, содержащий корпус с верхним и нижним патрубками для воды, верхнее дренажно-распределительное устройство, среднюю горизонтальную перегородку с отверстиями, нижнюю горизонтальную перегородку, оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, дополнительную горизонтальную перегородку, установленную ниже средней горизонтальной перегородки и оборудованную дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к нижней горизонтальной перегородке, дополнительный патрубок для воды, размещенный на боковой поверхности корпуса между средней и дополнительной горизонтальными перегородками, и зернистую загрузку, отличающийся тем, что отверстия средней горизонтальной перегородки оборудованы дренажными колпачками, рабочая поверхность которых обращена к верхнему дренажно-распределительному устройству, зернистая загрузка размещена на средней и нижней горизонтальных перегородках, дополнительный патрубок для воды выполнен с возможностью подвода воды на промывку зернистой загрузки, размещенной на средней горизонтальной перегородке, и отвода отработанной промывной воды после промывки зернистой загрузки, размещенной на нижней горизонтальной перегородке, при этом дополнительная горизонтальная перегородка установлена ниже средней горизонтальной перегородки над зернистой загрузкой, размещенной на нижней горизонтальной перегородке.
