УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТОКОВ ДОРОГ

Полезная модель по данной заявке относится к устройствам для разделения фильтруемой среды и загрязняющих веществ фильтрующими элементами, в том числе с использованием патронных фильтров съемного типа. Область применения: безнапорная очистка поверхностных стоков дорог, образующихся при выпадении осадков и таянии снега.
Уровень техники
Поверхностные стоки дорог обозначены в заявке как фильтруемая среда, очистка которой от загрязнений выполняется с применением фильтрующей среды. Загрязнениями являются дисперсные минеральные и органические частицы и вещества, в том числе остатки использованных транспортными средствами горюче-смазочных материалов, ионы тяжелых металлов.
Известен фильтрующий патрон по патенту для очистки сточной воды [Фильтрующий патрон. Патент RU 157102. МПК B01D 27/02. Опубликовано: 20.11.2015 Бюл. №32], представляющий собой цилиндрический корпус с непроницаемой боковой поверхностью и проницаемыми верхним и нижним концами, заполненный поглощающим материалом, который распределен по всему сечению фильтрующего патрона.
Однако в данном фильтрующем патроне [1] неэффективно используется поглощающий материал вследствие нерационального распределения в его объеме удерживаемых поглощающим материалом загрязнителей, содержащихся в поступающей на очистку воде, которая в процессе фильтрования под действием силы тяжести перемещается в направлении, параллельном продольной оси вертикально установленного фильтрующего патрона.
Известен фильтрующий патрон для очистки ливневых стоков по патенту [Фильтрующий патрон для очистки ливневых стоков. Патент RU 138579. МПК B01D 27/02; C02F 1/00; E03F 5/14. Опубликовано: 20.03.2014 Бюл. №8], включающий фильтрующий материал в корпусе с опорным фланцем-кольцом из полиэтилена низкого давления, причем в корпус фильтрующего патрона встроена сквозная труба, наверху которой установлен отвод на 180°.
Однако в данном фильтрующем патроне [2] встроенная сквозная труба имеет водонепроницаемую боковую поверхность и используется только для сброса избыточно большого объема поступающей в патрон воды. Кроме того, неэффективно используется фильтрующий материал вследствие нерационального распределения в его объеме удерживаемых фильтрующим материалом загрязнителей, содержащихся в поступающей на очистку воде, которая в процессе фильтрования под действием силы тяжести перемещается в аксиальном направлении, параллельном продольной оси вертикально установленного фильтрующего патрона.
Известен фильтрующий патрон по патенту [Фильтрующий патрон. Патент RU 149627. МПК B01D 27/02, C02F 1/28. Опубликовано: 10.01.2015. Бюл. №1], содержащий корпус и размещенный в корпусе сорбент. В корпусе предусмотрен байпас в виде трубы, через которую стоки, превышающие расчетные, а также при засорении фильтрующего патрона, отправляются на сброс по отводной трубе. В качестве байпаса используется корпус фильтра, изготовленный из полой спиральновитой трубы с водонепроницаемыми стенками.
Недостатком данного устройства [3] является неэффективное использование фильтрующего материала по критерию грязеемкости вследствие неравномерного распределения загрязняющих веществ в процессе фильтрования, поскольку фильтруемая вода перемещается в аксиальном направлении, параллельном продольной оси вертикально установленного фильтрующего патрона и по этой причине увеличение площади сечения, через которое проходит фильтруемая вода, возможно только за счет увеличения диаметра поперечного сечения корпуса фильтрующего патрона. Кроме того, по этой причине увеличиваются также габаритные размеры устройства.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства для очистки поверхностных стоков дорог, выбранным в качестве прототипа, является устройство для очистки ливневых стоков по патенту [Apparatus and method for treating storm water runoff. Patent US 5707527. МПК B01D 29/15, C02F 1/28, E03F 5/16, E03F 5/14, C02F 1/42, F16K 31/20; B01D25/02. Опубликовано: 13.01.1998], содержащее корзину, которая имеет наружную цилиндрическую водопроницаемую стенку и внутреннюю водопроницаемую стенку меньшего диаметра. Слой фильтрующего материала, способного поглощать загрязняющие вещества, расположен в пространстве между внешней и внутренней стенками. Внутреннее дренажное пространство определяется внутренней стенкой и сообщается по текучей среде с фильтрующим материалом. Во время работы фильтруемая вода перемещается через наружную проницаемую стенку в радиальном направлении, в слой фильтрующего материала. Профильтрованная вода течет из слоя через внутреннюю стенку во внутреннее дренажное пространство. Обработанная вода затем вытекает из дренажного пространства. Фильтрующим материалом может быть активированный уголь, торф в форме гранул или более мелких частиц.
Однако данное устройство [4] недостаточно эффективно, поскольку имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку для его функционирования необходима подача загрязненной воды на наружную водопроницаемую поверхность из отдельного резервуара, не являющегося частью устройства. Данное устройство является недостаточно эффективным при очистке и фильтровании стоков и сложным в эксплуатации, поскольку наружная боковая поверхность устройства выполнена водопроницаемой по всей ее площади, что требует подачи воды из резервуара, внешнего по отношению к устройству [4]. Необходимость такого резервуара усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства.
Технический результат от применения предлагаемого устройства для очистки поверхностных стоков дорог заключается в повышении эффективности очистки и фильтрования стоков. Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для очистки поверхностных стоков дорог, содержащее корзину в форме полого цилиндра с вертикально ориентированной продольной осью и водопроницаемыми внешней и внутренней стенками, в котором кольцевой зазор между водопроницаемыми стенками заполнен фильтрующим материалом, способным поглощать загрязняющие вещества сточных вод, причем внутренняя водопроницаемая стенка ограничивает дренажное пространство в форме цилиндра, в нижней части которого имеется отверстие для выхода профильтрованных стоков, при этом устройство снабжено корпусом в форме цилиндрической оболочки с водонепроницаемыми стенками, крышкой и днищем, между водопроницаемой внешней стенкой корзины и водонепроницаемой стенкой корпуса выполнен кольцевой зазор, который сверху ограничен крышкой, причем в крышке выполнены входные отверстия, расположенные по окружности над кольцевым зазором, а снизу кольцевой зазор ограничен водонепроницаемым днищем.
Техническая реализация и функционирование предлагаемого устройства для очистки поверхностных стоков дорог.
На фиг. 1 показана схема реализации предлагаемого устройства для очистки поверхностных стоков дорог, установленного в канализационном колодце.
На фиг. 2 приведен вид сверху.
На фиг. 3 - вид снизу.
Устройство для очистки поверхностных стоков дорог 1 содержит вертикально установленный цилиндрический корпус 1 с водонепроницаемой стенкой 2 с днищем 3 и крышкой 4. В крышке 4 выполнены входные отверстия 5 для фильтруемой среды. В днище 3 выполнено выходное отверстие 6 для фильтруемой среды 7.
Фильтруемая среда под действием силы тяжести от входных отверстий 6 в верхней части фильтра поступает в кольцевой зазор 8 и проходит через водопроницаемую оболочку 9 в фильтрующую среду 7, размещенную в кольцевом зазоре между водопроницаемыми оболочками 9 и 10 к выходному отверстию 6. При этом движение фильтруемой среды ориентировано от водопроницаемой коаксиально расположенной цилиндрической оболочки 9 большего диаметра к водопроницаемой цилиндрической оболочке 10 меньшего диаметра. Прошедшая через фильтрующую среду 7 профильтрованная среда поступает к выходному отверстию 6, которое расположено в нижней части корпуса фильтра, при этом пространство движения фильтруемой среды ограничивают водонепроницаемым цилиндрическим корпусом фильтра 2 с днищем 3 и крышкой 4. Фильтр устанавливают в колодце 11, который снабжен кольцевой опорой 12, крышкой 13 и днищем 14, входным отверстием 15 и выходным отверстием 16. Для защиты от переполнения воду сбрасывают через постоянно открытый верхний торец трубы 17. С этой целью верхняя часть трубы 17, выступающая над крышкой 4, выполнена с водонепроницаемыми стенками и с водонепроницаемым соединением крышки 4 по периметру трубы 17. Соединение по периметру нижнего торца трубы 17 с крышкой 4 выполнено водонепроницаемым.
Все детали корпуса 1 и водопроницаемые оболочки 9 и 10 могут быть изготовлены из полиэтилена низкого давления по стандартным технологиям.
Фильтрующая среда может состоять из известных материалов, например торфа, опилок, нефтепоглощающего сорбента, активированного угля, нетканых синтетических материалов. Число слоев фильтрующей среды может быть выбрано равным 1, 2, 3. Дополнительно водопроницаемые стенки оболочек 9 и 10, по существу, также функционируют как фильтрующие элементы.
Колодец 11 и днище 14 могут быть выполнены из железобетона или полимеров. Крышка 13 - из полимеров или металла.
1
1
1
В процессе фильтрования, с течением времени, происходит накопление загрязнителей в фильтрующей среде 7, объем которой ограничен цилиндрическими оболочками 9 и 10. Радиус и высота оболочки 9 равны, соответственно, R и H. Радиус и высота оболочки 10 равны, соответственно, r и H, т. е. в предлагаемом устройстве фильтрующая среда находится в объеме полого цилиндра с внешним радиусом R, внутренним радиусом r и высотой H. Загрязнения накапливаются в фильтрующей среде постепенно и, как показывают опыты, послойно. По мере пропускания фильтруемой среды через фильтр концентрация загрязнений, удерживаемых фильтрующей средой, послойно уменьшается в радиальном направлении от периметра к центру. Поэтому именно в начальной стадии фильтрования необходим наибольший объем слоя фильтрующего материала. Данное требование выполняется, если фильтруемую среду направляют по радиусу от периметра фильтра, к центру. В начальной стадии эксплуатации предлагаемого устройства загрязнения накапливаются в слое толщиной ΔR, т.е. загрязняется слой в форме полого цилиндра с внешним радиусом R, внутренним радиусом (R-ΔR) и высотой H. Это означает, что объем слоя при рассматриваемом радиальном фильтровании равен V=2⋅π⋅R⋅ΔR⋅H. Поскольку объем слоя V зависит от трех параметров - радиуса фильтра R, его высоты H и толщины слоя ΔR, то на стадии проектирования управлять геометрическими характеристиками фильтра, объемом V и, как следствие, грязеемкостью слоя при постоянной его толщине можно, подбирая R и H. Тем самым устраняется недостаток известных устройств, например, устройства [3], в котором слои фильтрующего материала располагают горизонтально, а фильтруемую среду направляют по вертикали вдоль продольной оси кассет с сорбентом. В этом устройстве повышение производительности фильтрующей установки требует увеличения поперечных размеров кассет или, в качестве альтернативы, уменьшения толщины слоев фильтрующего материала, что, однако, отрицательно влияет на качество очистки. Этот недостаток устраняется в предлагаемом устройстве, в котором при прочих равных условиях, производительность и другие характеристики фильтра могут улучшаться за счет подбора высоты фильтра H или путем подбора рационального соотношения R и H.
0
2
Если используется устройство [3], которое, в отличие от радиального фильтра, можно назвать аксиальным фильтром, и в котором толщина слоя равна ΔH, а объем слоя равен V=π⋅R⋅ΔH, то при одной и той же толщине слоя ΔH=ΔR соотношение объемов слоев, а значит и соотношение их грязеемкости, будет равно
1
0
Данное соотношение показывает, что фильтрование в предлагаемом устройстве будет более эффективным при V>V, т.е. если H>R/2 или H>0,25⋅D, где D - диаметр фильтра, H - высота фильтра.
Таким образом, в предлагаемом устройстве с увеличением высоты фильтра его эффективность по критерию грязеемкости возрастает. Например, если высота фильтра равна его радиусу, то ; если высота фильтра равна его диаметру, то . Рациональной является форма фильтра в виде цилиндра с высотой, равной диаметру. С учетом ограничений, определяемых рельефом местности, архитектурно-конструктивными особенностями и другими факторами, возможна высота фильтра H>D, что повысит производительность фильтра.
Таким образом, в предлагаемом устройстве для очистки поверхностных стоков дорог обеспечивается повышение эффективности очистки и фильтрования. Заявленный технический результат, выражающийся в повышении эффективности очистки и фильтрования, достигается за счет того, что устройство снабжено корпусом в форме цилиндрической оболочки с водонепроницаемыми стенками, крышкой и днищем, в крышке имеется водопроницаемая область с входными отверстиями для поступающих на очистку стоков, между водонепроницаемыми стенками корпуса и внешней цилиндрической поверхностью корзины имеется кольцевой зазор, ограниченный снизу водонепроницаемым днищем, а сверху зазор ограничен водопроницаемой областью крышки, входные отверстия в которой расположены над кольцевым зазором.