напорный фильтр с зернистой загрузкой

Формула изобретения

Напорный фильтр с зернистой загрузкой, содержащий корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, патрубки для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, подачи и отвода промывной воды и систему вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз поперечным сечением, погруженных в верхнюю часть слоя неподвижной зернистой загрузки, отличающийся тем, что вертикальные объемные профилированные элементы выполнены полыми из водонепроницаемого эластичного материала и внутрь каждого элемента подведен трубопровод сжатого воздуха от нагнетателя, при этом на трубопроводе сжатого воздуха, соединяющем объемные профилированные элементы и нагнетатель, установлен обратный клапан, а между ним и профилированными объемными элементами - патрубок с электромагнитным клапаном для выпуска сжатого воздуха в атмосферу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки жидкости на фильтрах с зернистой загрузкой и может найти применение в технологии водоподготовки и очистки сточных вод, при очистке от загрязнений различных жидкостей в некоторых процессах химической технологии, рудообогащения, пищевой промышленности и др.

Широко известен напорный скорый фильтр, состоящий из герметичного корпуса с дренажной системой, расположенной внизу, с уложенным на ней слоем зернистой загрузки и снабженной патрубками для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, а также подачи чистой и отвода грязной промывной воды (Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. - М: Стройиздат, 1971, с. 220-224).

Основным недостатком существующего фильтра является небольшая грязеемкость зернистой загрузки и соответственно недостаточно высокая производительность, т. к. основная часть загрязнений задерживается небольшим обычно верхним слоем загрузки.

Указанный недостаток частично устранен в напорном фильтре с подачей воды перфорированными стаканами, имеющими возможность вертикального перемещения за счет гофрированных соединительных трубок (Авт. свид. СССР 1470315, МКИ В 01 D 23/10, 1989 г.). По мере загрязнения верхнего слоя зернистой загрузки повышается его гидравлическое сопротивление и возрастает давление воды в стаканах перед загрузкой. За счет этого стаканы постепенно углубляются в зернистую загрузку, что способствует повышению грязеемкости всего слоя загрузки. Однако для углубления стаканов в неподвижный слой зернистой загрузки требуется достаточно высокое давление. Кроме того, осадок, задержанный ранее, при вдавливании стаканов в загрузку будет многократно размываться, разрушаться и переноситься в нижележащие слои и далее на выход фильтра. Это приведет к досрочному окончанию фильтроцикла из-за преждевременного проскока взвеси в фильтрат.

Также предложен фильтр, в котором частично устраняется кольматация верхнего слоя зернистой загрузки, т.е. повышается грязеемкость средних ее слоев за счет гребкового устройства с цепями, закрепленного на вертикальном валу (Авт. свид. СССР 718124, МКИ В 01 D 23/20, 1980).

К недостаткам данного фильтра относится сложность конструкции и многократное разрушение ранее задержанного осадка цепями при вращении гребкового устройства. Многократно разрушаемый осадок будет выноситься в нижние слои загрузки и далее на выход фильтра, что приведет к досрочному прекращению фильтроцикла из-за преждевременного выноса взвеси с очищенной водой.

Известен также напорный фильтр для очистки воды, снабженный патрубком для подачи сжатого воздуха и соединенной с ним камерой переменного объема, выполненной из эластичного материала и расположенной в верхнем слое зернистой загрузки (Авт. свид. СССР 886935, МКИ В 01 D 23/24, 1981). Назначение камеры переменного объема заключается в уменьшении сечения восходящего потока воды и соответственно повышении его скорости в верхних слоях взвешенного слоя зернистой загрузки во время ее промывки. За счет этого достигается лучшая отмывка последней от загрязнений и сокращается продолжительность промывки и расход промывной воды. К недостаткам этого фильтра относятся невысокие грязеемкость слоя зернистой загрузки и производительность, т.к. основная часть загрязнений также задерживается небольшим верхним слоем зернистой загрузки.

Предложен фильтр с повышенной грязеемкостью зернистой загрузки, принимаемый за прототип, в котором в основном устранены отмеченные выше недостатки (Пат. СССР 1805993, МКИ В 01 D 24/24, 1993). Он отличается тем, что фильтр дополнительно оборудован вертикальными объемными профилированными элементами с уменьшающимся сверху вниз сечением, установленными с возможностью вертикального возвратно-поступательного перемещения и расположеными в верхних слоях зернистой загрузки. После загрязнения верхнего слоя загрузки профилированные элементы извлекаются из загрузки и через образовавшиеся воронки основная часть очищаемой жидкости поступает в средние малозагрязненные слои в обход загрязненных верхних. К недостаткам данного фильтра относится необходимость подъема и последующего опускания профилированных элементов, а также необходимость прикрытия задвижки на трубопроводе очищенной жидкости перед подъемом профилированных элементов. Последнее следует выполнять для предотвращения проскока взвеси на выход фильтра из-за повышенных скоростей поступления очищаемой воды в средние малозагрязненные слои загрузки после подъема объемных элементов вследствие меньшего гидравлического сопротивления этих слоев. Кроме того, сложно определять требуемую степень прикрытия задвижки на трубопроводе фильтрата, что иногда может привести к кратковременному проскоку взвеси на выход фильтра.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции фильтра, облегчение его эксплуатации, снижение вероятности проскока взвеси с очищенной жидкостью и улучшение промывки зернистой загрузки.

Для решения этих задач в напорном фильтре с зернистой загрузкой, содержащем корпус, дренажное основание, на котором размещен слой зернистой загрузки, патрубки для подачи очищаемой и отвода очищенной жидкости, подачи и отвода промывной воды и систему вертикальных объемных профилированных элементов с уменьшающимся сверху вниз поперечным сечением, погруженных в верхнюю часть слоя неподвижной зернистой загрузки, предлагается вертикальные объемные профилированные элементы выполнить полыми из водонепроницаемого эластичного материала и внутрь каждого профилированного элемента подвести трубопровод сжатого воздуха от нагнетателя (компрессора, воздуходувки, вентилятора и т.д.), при этом на трубопроводе сжатого воздуха, соединяющем объемные профилированные элементы и нагнетатель, установить обратный клапан, а между ним и профилированными объемными элементами предусмотреть патрубок с электромагнитным клапаном для выпуска сжатого воздуха в атмосферу.

Конструкция предлагаемого фильтра представлена на фиг.1. Он состоит из корпуса 1, дренажной системы 2 с поддерживающим слоем гравия и слоя зернистой загрузки 3, в верхней части которого расположены вертикальные объемные полые профилированные элементы 4, выполненные, например, из резины или другого эластичного водонепроницаемого материала. Внутрь каждого элемента подведен по трубе 5 сжатый воздух от компрессора 6. На трубопроводе 5 между элементами 4 и компрессором 6 установлен обратный клапан 7 и электромагнитный клапан 8. Дополнительно для измерения и регулирования давления сжатого воздуха на трубе 5 установлен манометр 9.

Предлагаемый фильтр работает следующим образом. Перед окончанием промывки зернистой загрузки компрессор 6 включается в работу, наполняет воздухом элементы 4 и отключается. Причем давление сжатого воздуха должно быть больше рабочего давления жидкости в фильтре над загрузкой в начале фильтроцикла, но несколько меньше соответствующего давления в конце фильтроцикла. Далее после прекращения подачи промывной воды зернистая загрузка 3 оседает и элементы 4 оказываются погруженными в ее верхние слои. В корпус фильтра 1 над загрузкой подается очищаемая жидкость под давлением, фильтруется через загрузку и отводится через дренажную систему 2 на выход фильтра. По мере загрязнения верхних слоев зернистой загрузки возрастает их гидравлическое сопротивление и повышается давление жидкости над загрузкой. При этом вследствие сжатия воздуха внутри полых элементов 4, выполненных из эластичного материала, происходит уменьшение их объема. В результате этого образуется небольшой зазор между стенками элементов 4 и пограничными с ними слоями зернистой загрузки, т. е. стенками воронок в верхних слоях загрузки. Через него небольшая часть очищаемой жидкости начинает поступать в средние малозагрязненные слои загрузки, минуя верхние (фиг.2). При этом рост давления над загрузкой временно прекратится. Однако по мере кольматации приграничного с элементами 4 слоя зернистой загрузки давление жидкости вновь начинает повышаться. При этом произойдет дальнейшее сжатие воздуха внутри элементов 4 и уменьшение их объема. Зазор между ними и стенками воронок вновь увеличится и возрастет доля потока очищаемой жидкости, поступающая сразу в средние малозагрязненные слои загрузки (фиг.2). Снова на какое-то время давление над загрузкой стабилизируется, т. е. происходит как бы плавное перераспределение доли потока очищаемой жидкости между верхними и средними менее загрязненными слоями зернистой загрузки. Это позволяет без какого-либо дополнительного регулирования практически исключить проскок взвеси на выход фильтра с очищенной жидкостью в течение всего фильтроцикла, что относится к преимуществам предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом. За счет этого также упрощается эксплуатация предлагаемого фильтра, т.к. не требуется подъема объемных вертикальных профилированных элементов и регулирования при этом доли потока очищаемой жидкости, сразу поступающей в средние слои загрузки, минуя верхние, путем частичного закрытия задвижки на трубопроводе фильтрата, как в фильтре, принятом за прототип. Кроме того, во время промывки загрузки не требуется возврат в исходное положение системы объемных вертикальных профилированных элементов.

После достижения предельных потерь напора в загрузке или после проскока взвеси в фильтрат предлагаемый фильтр выключается на промывку аналогично известному. Для этого после прекращения подачи очищаемой жидкости на фильтр подается промывная вода снизу вверх и происходит взвешивание зерен загрузки и их отмывка от загрязнений. При этом включается компрессор 6 и периодически открывается автоматический электромагнитный клапан 8, сбрасывающий сжатый воздух из трубопровода 5 в атмосферу. За счет этого достигается периодическое увеличение и снижение объема элементов 4, что способствует лучшей отмывке зернистой загрузки от загрязнений в предлагаемом фильтре по сравнению с прототипом.

При отключении промывного насоса одновременно автоматически закрывается клапан 8 и после этого отключается компрессор 6. Очищаемая жидкость вновь подается на фильтр и фильтроцикл повторяется.

Таким образом, за счет постепенного перераспределения части очищаемого потока жидкости после загрязнения верхних слоев зернистой загрузки в средние малозагрязненные возрастает их грязеемкость, как и в фильтре, принятом за прототип. Кроме того, по мере такого перераспределения части потока в средние слои загрузки, минуя верхние, снижаются скорости фильтрования очищаемой жидкости в этих верхних слоях и в них дополнительно задерживается некоторое количество загрязнений. Поэтому и в предлагаемом фильтре в такой же степени возрастает грязеемкость верхних и средних слоев загрузки, как и в прототипе. Однако предлагаемый фильтр лишен его основных недостатков, т.е. наличия подъемно-опускного механизма, необходимости подъема и опускания рамы с профилированными объемными элементами, а также необходимости прикрытия задвижки на трубопроводе отвода очищенной жидкости перед подъемом рамы для уменьшения возможности проскока взвеси в фильтрат. Кроме того, в известном фильтре, принятом за прототип, сложно определять требуемую степень прикрытия задвижки на трубопроводе фильтрата, т.к. она будет зависеть от многих факторов (качества и температуры очищаемой воды, параметров зернистой загрузки, скорости фильтрования, свойств задержаного осадка и т.д.) и может меняться не только по сезонам года, но и в течение суток. Поэтому в известном фильтре трудно гарантировать исключение проскока некоторой части взвеси на выход фильтра в отличие от предлагаемого. Также в предлагаемом фильтре за счет периодической подкачки и спуска воздуха из профилированных элементов во время промывки лучше отмывается зернистая загрузка от загрязнений вследствие дополнительного реверсивного движения части зерен загрузки и их соударения в горизонтальной плоскости между собой и движущимися стенками вертикальных полых профилированных элементов, а также более высокой турбулизации восходящего потока промывной воды по сравнению с прототипом. Последнее также относится к достоинствам предлагаемого фильтра.