НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР

Предлагаемый напорный фильтр относится к области очистки природных и сточных вод фильтрованием от коллоидных, нерастворенных взвешенных органических и минеральных веществ и может использоваться для очистки природных и различных категорий производственных и бытовых сточных вод.
Известен напорный фильтр (Фрог Б.Н. Водоподготовка. - М.: МГУ, 2001. - с.279), содержащий цилиндрический корпус с прикрепленными к нему верхней и нижней сферическими крышками и загруженный гранулированным пенополистиролом, узлы подвода исходной и отвода очищенной воды, узлы подвода промывной и отвода загрязненной промывной воды.
Недостатком данной конструкции напорного фильтра является невысокая эффективность очистки природных и сточных вод, обусловленная тем, что скорость фильтрования в фильтре является постоянной, межзерновая пористость пенополистирола, как фильтрующего материала, уложенного в фильтре в свободном состоянии, зависит от скорости потока, т.к. материал является достаточно легким и уплотняется потоком фильтруемой воды. Увеличение скорости потока воды не уменьшает межзерновой пористости материала, но способствует выносу задержанных загрязнений, что в конечном итоге снижает эффективность очистки.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому напорному фильтру является напорный фильтр (Журба М.Г. Пенополистирольные фильтры. - М.: Стройиздат, 1992. - с.58-61), содержащий цилиндрический корпус с центрально расположенной перфорированной трубой и прикрепленными к нему верхней и нижней крышками и загруженный фильтрующей загрузкой из гранул с плотностью меньше плотности воды, узлы подвода исходной и отвода очищенной воды, подвода промывной и отвода загрязненной промывной воды. Узел подвода выполнен в виде раструба в верхней части перфорированной трубы, перекрытого козырьком с наклонной сеткой. Фильтрующая загрузка размещена в перфорированной трубе и в корпусе в свободном плавающем состоянии, при этом в
корпусе загрузка рециркулируется эрлифтами. Фильтрующая загрузка, через которую осуществляется фильтрование воды имеет одинаковую межзерновую пористость в объеме.
Недостатком данной конструкции напорного фильтра является невысокая эффективность очистки природных и сточных вод, обусловленная тем, что фильтрующий материал имеет одинаковую межзерновую пористость в направлении фильтрования очищаемой воды, что в условиях фильтрования с переменной скоростью по радиусу фильтра - от максимальной в центральной части фильтра до минимальной на его периферии, не позволяет максимально использовать грязеемкость фильтрующей загрузки, т.к. первые слои по ходу фильтрования воды загрязняются задержанными загрязнениями быстрее, чем последние, сопротивление загрузки возрастает, что требует перевода фильтра в режим регенерации и не позволяет в полной мере использовать грязеемкость загрузки.
Задача полезной модели - повышение эффективности очистки природных и сточных вод и обеспечение оперативного управления работой напорного фильтра. Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель заключается в увеличении грязеемкости фильтрующего материала путем направленного формирования его межзерновой пористости в условиях фильтрования воды в режиме нестационарных скоростей и в регулировании степени поджатия фильтрующего материала по радиусу корпуса фильтра.
Технический результат достигается тем, что известный напорный фильтр, содержащий закрытый цилиндрический корпус, установленную внутри корпуса центральную перфорированную трубу, верхний конец которой соединен с узлом подачи исходной воды, закрепленным на крышке корпуса, фильтрующую загрузку с плотностью меньше плотности воды и трубопроводы для подачи промывной воды, для отвода промывной воды и для отвода очищенной воды, дополнительно содержит верхнюю и нижнюю цилиндроконические обечайки, подвижные в вертикальном направлении относительно друг друга, установленные внутри корпуса со-осно друг другу и образующие между собой внутреннюю полость, и дополнительно содержит кольцевые эластичные непроницаемые мембраны, установленные между корпусом и обечайками и прикрепленные к ним с образованием совместно с коническими поверхностями обечаек и соответственно крышкой или днищем корпуса замкнутых полостей, при этом днище и крышка корпуса снабжены патрубками для отвода и подвода жидкости в образованные замкнутые полости, кроме этого, обечайки подпружинены относительно друг друга, цилиндрическая часть обеих обечаек выполнена перфорированной, коническая часть нижней обечайки - глухой, а верхней - с центральным отверстием, центральная перфорированная труба выполнена телескопически разъемной, верхняя часть которой закреплена на конической части верхней обечайки и соединена через центральное
отверстие верхней обечайки с узлом подачи исходной воды посредством эластичного сильфона, кроме того нижняя часть центральной перфорированной трубы закреплена на конической части нижней обечайки, а фильтрующая загрузка расположена между перфорированными цилиндрическими частями обечаек и центральной перфорированной трубой, помимо этого узел подачи исходной воды является одновременно узлом отвода промывной воды, а напорный фильтр дополнительно содержит кольцевой, перфорированный трубопровод, расположенный между корпусом и цилиндрической частью обечаек, а трубопроводы для подачи промывной воды и для отвода очищенной воды соединены с этим кольцевым трубопроводом. В частных случаях выполнения кольцевые эластичные непроницаемые мембраны прикреплены к основаниям конических частей обечаек, а в качестве фильтрующей загрузки использован гранулированный пенополистирол.
Отличие предлагаемого напорного фильтра от известных заключается в том, что: он снабжен верхней и нижней цилиндроконической обечайками, подпружиненными относительно друг друга и подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса, установленными внутри корпуса соосно друг другу, вертикальной оси корпуса и образующими между собой внутреннюю полость; он снабжен кольцевыми эластичными непроницаемыми мембранами, прикрепленными своими внутренними частями, например, к основаниям конических частей обечаек, а внешними частями - к корпусу фильтра, при этом образованные полости между коническими частями обечаек, кольцевыми мембранами, крышкой и днищем корпуса заполнены жидкостью, причем в крышке и днище корпуса выполнены дополнительные патрубки подвода и отвода жидкости, а узел отвода очищенной воды и подачи промывной воды состоит из кольцевого трубопровода расположенного между стенкой корпуса и цилиндрической частью обечаек и с которым соединены трубопроводы для подачи промывной и отвода очищенной воды; цилиндрическая часть обеих подвижных обечаек выполнена перфорированной, коническая часть нижней обечайки - глухой, а верхней - с центральным отверстием; вертикальная центрально-расположенная перфорированная труба выполнена телескопически разъемной, верхняя часть которой прикреплена к конической части верхней обечайки коаксиально центральному отверстию, а нижняя, установленная коаксиально первой прикреплена к конической части нижней обечайки; гранулированный пенополистирол расположен внутри обечаек во внутренней полости между перфорированными цилиндрическими частями обечаек и перфорированной трубой; перфорированная труба через центральное отверстие верхней обечайки соединена с узлом подвода исходной воды посредством эластичного сильфона. Наличие сильфона и выполнение перфорированной центральной трубы телескопической и
разъемной позволяют обечайкам перемещаться в вертикальном направлении относительно друг друга. Перемещением достигается сжатие обечаек относительно друг друга.
При сжатии обечаек между собой их конические части обеспечивают разную (от центра к периферии) степень поджатия пенополистирола по радиусу корпуса: максимальное сжатие материала на периферии фильтра, минимальное - в центральной части. При сжатии обечаек между собой пористость материала изменяется от максимальной в центральной части корпуса фильтра до минимальной на периферии. Аналогично распределяются скорости фильтрования воды - от максимальной в центральной части фильтра, куда подводится вода на фильтрование до минимальной на периферии. Иными словами, в слоях фильтрующего материала - пенополистирола с наибольшей пористостью поток фильтруемой воды имеет наибольшую скорость и по мере снижения пористости материала снижается скорость фильтруемого потока воды. Данное обстоятельство позволяет максимально использовать грязеемкость фильтрующего материала и задерживать максимальное количество загрязнений по сравнению с известными конструкциями фильтров.
Предлагаемая конструкция напорного фильтра позволяет оперативно управлять перемещением подпружиненных относительно друг друга обечаек для сжатия фильтрующего материала за счет изменения давления жидкости в замкнутых полостях фильтра со стороны крышки или днища корпуса и тем самым обеспечивать требуемую степень поджатия фильтрующего материала по радиусу фильтра. Во время промывки поджатие фильтрующего материала ослабляется или снимается полностью путем слива части жидкости из полостей между коническими частями обечаек, кольцевыми мембранами, крышкой и днищем корпуса, подпружиненные обечайки раздвигаются относительно друг друга, при этом фильтрующий материал находится в свободном состоянии, что способствует более качественной его отмывке.
Применение указанных отличительных признаков в совокупности с общими признаками прототипа позволяет повысить: эффективность очистки природных и сточных вод за счет направленного формирования межзерновой пористости гранулированного пенополистирола по радиусу фильтра в направлении фильтрования потока воды путем его поджатия подвижными в вертикальном направлении относительно корпуса и друг друга цилиндроконическими обечайками и оперативность управления работой напорного фильтра, в частности, управления процессом перемещения подвижных обечаек для сжатия фильтрующего материала.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, где представлен продольный разрез напорного фильтра.
Напорный фильтр содержит цилиндрический корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 сферическими крышками, узел 4 подвода исходной и отвода промывной воды, кольцевой перфорированный трубопровод 5, соединенный с трубопроводами подвода промывной и отвода очищенной воды. Внутри корпуса установлены соосно друг другу, вертикальной оси корпуса 1 и образующие между собой внутреннюю полость подвижные в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса 1 цилиндроконические обечайки 6 и 7, кроме того обечайки подпружинены относительно друг друга. Цилиндрические части обечаек выполнены перфорированными, коническая часть нижней обечайки 7 выполнена глухой, а коническая часть верхней обечайки 6 - с центральным отверстием. Центрально-расположенная перфорированная труба 8 выполнена телескопически разъемной, при этом обе части трубы установлены соосно и коаксиально друг другу, причем одна часть прикреплена к конической части верхней обечайки коаксиально центральному отверстию, другая - прикреплена к конической части нижней обечайки. Гранулированный пенополистирол 9 расположен внутри обечаек 6 и 7 между их перфорированными цилиндрическими частями и трубой 8. Коническая часть верхней обечайки своим центральным отверстием соединена с узлом 4 посредством эластичного сильфона 10. Эластичные кольцевые непроницаемые мембраны 11, прикрепленные своей внутренней частью к большим основаниям конических частей обечаек 6 и 7, а внешней частью - к корпусу 1 образуют полости 12 и 13, заполняемые жидкостью через патрубки 14 и 15, которыми снабжена крышка 2 и днище 3 фильтра.
Принцип работы. Режим фильтрования: Исходная вода, подлежащая очистке, подается через узел 4 и сильфон 10 внутрь корпуса фильтра, а именно, внутрь перфорированной трубы 8. Через перфорацию трубы 8 исходная вода равномерно распределяется по высоте слоя фильтрующего материала 9, расположенного внутри обечаек 6 и 7. Проходя слой фильтрующего материала 9 по радиусу от центра его к периферии, вода подвергается очистке. Поток очищенной воды выходит из обечаек 6 и 7 через их перфорированную цилиндрическую часть и через узел 5 отвода очищенной воды отводится из фильтра. Обечайки 6 и 7, подпружиненные относительно друг друга и установленные с возможностью перемещения в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса перемещаются в вертикальном направлении под действием давления жидкости в полостях 12 и 13, для чего в них подается жидкость через патрубки 14 и 15. Перемещение обечаек навстречу друг другу приводит к сжатию гранулированного пенополистирола и уменьшению его межзерновой пористости или наоборот. Степень сжатия фильтрующего материала может изменяться поджатием обечаек за счет изменения давления жидкости в камерах 12 и 13.
Режим промывки: Для регенерации (промывки) фильтрующего материала от задержанных загрязнений поджатие материала обечайками ослабляется или снимается вовсе, для чего уменьшается или сбрасывается вовсе давление в камерах 12 и 13, а подпружиненные относительно друг друга обечайки 6 и 7 раздвигаются и пенополистирол, восстанавливая свою форму, переходит в свободное состояние. Подача исходной воды и отвод очищенной воды прекращается, а через узел 5 подается вода на промывку, которая перемещается в фильтре в сторону противоположную фильтрованию воды. Поскольку материал 9 находится в свободном состоянии, обратным током промывной воды загрязнения отмываются от гранул материала и через перфорацию трубы 8 и узел 4 загрязненная промывная вода отводится из фильтра. По окончании процесса промывки фильтрующего материала подача воды на промывку прекращается, подается жидкость в полости 12 и 13 для повышения давления. Давлением жидкости в полостях 12 и 13 обечайки сдвигаются, сжимая фильтрующий материал 9. Через узел 4 подается вода на фильтрование.
Применение предлагаемой конструкции напорного фильтра с установленными внутри корпуса 1 подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса цилиндроконическими обечайками 6 и 7, подпружиненными и образующими между собой внутреннюю полость, внутри которой расположен гранулированный пенополистирол, а также снабженного кольцевыми эластичными непроницаемыми мембранами 11, прикрепленными своей внутренней частью к основаниям конических частей обечаек, а внешними частями - к корпусу фильтра, а образованные полости между коническими частями обечаек, кольцевыми мембранами, крышкой и днищем корпуса заполнены жидкостью, для чего в крышке и днище корпуса выполнены дополнительные патрубки подвода и отвода жидкости, позволяет повысить оперативность управления работой напорного фильтра, в частности - оперативность управления перемещением цилиндроконических обечаек.