ТРУБЧАТОЕ ДРЕНАЖНО-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРА
TUBULAR DRAINAGE-DISTRIBUTING DEVICE OF FILTER

Изобретение относится к области очистки природных и сточных вод, в частности к дренажно-распределительным устройствам всех типов фильтров.
Для осветления мутных и цветных вод в практике водоподготовки используются скорые фильтры, представляющие собой резервуары, загруженные фильтрующими слоями зернистого материала с поддерживающими гравийно-щебеночными слоями, под которыми размещено дренажно-распределительное устройство, предназначенное для сбора отфильтрованной воды в режиме фильтрации и равномерного распределения промывной воды по всей площади фильтра в режиме промывки. Равномерность сбора воды при фильтрации и распределение при промывке являются важнейшими факторами эффективной работы фильтра.
Наибольшее распространение получили дренажно-распределительные устройства в виде отдельной перфорированной трубы или «гребенки» перфорированных труб, объединяемых общим коллектором постоянного или переменного сечения. Такие устройства характеризуются сравнительной простотой и экономичностью в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Но устройства этого вида могут быть рассчитаны или на равномерное распределение, или на равномерный отвод одного конкретного расхода воды. Также в процессе эксплуатации происходят нарастающие во времени отклонения от расчетного режима работы в результате коррозии металла, заиления труб и т.д. В связи с этим технические характеристики описанного выше вида дренажно-распределительного устройства не высокие.
Известно дренажно-распределительное устройство фильтра, которое содержит перфорированные трубы и расположенные на них на расстоянии друг от друга щелевые элементы, выполненные в виде цилиндров. Щелевые элементы устройства состоят из ребер, жестко соединенных с рядами проволоки треугольного сечения, установленными с зазором между соседними рядами проволоки (см. патент RU №2375098 С1, МПК B01D 24/38, 2009).
Недостатком данного устройства является усложнение конструкции дополнительными элементами, сложными в изготовлении; удорожание устройства за счет повышенного расхода металла. Также устройство не обеспечивает равномерность распределения промывной воды по площади фильтра, вследствие возможного нарушения горизонтального положения перфорированной трубы. Этот недостаток напрямую зависит от размеров фильтровального устройства, чем больше площадь, тем выше возможное отклонение. Отклонение положения перфорированной трубы может возникнуть как в процессе эксплуатации, в результате даже незначительного смещения фильтрующих слоев, так и в процессе нарушения технологии монтажа.
Известна конструкция пористо-трубчатого дренажа с защемленным пористым слоем, состоящая из системы труб с продольными прямоугольными вырезами в нижней части, к которым жестко прикреплены дрены - перфорированные трубы из коррозионно-стойкого материала, заполненные гранулами гравия, гранитного щебня или пластмассы расчетной крупности (см. А.И. Филатов. Конструктивные особенности и опыт эксплуатации пористых дренажных систем в скорых фильтрах / Водоснабжение и санитарная техника. 2010. №2, стр. 48-50).
Недостатком данной конструкции, как и в первом случае, является неравномерность распределения промывной воды вследствие возможного нарушения горизонтального положения перфорированной трубы в результате смещения фильтрующих слоев при эксплуатации сооружения или в процессе нарушения технологии монтажа. Также наблюдается усложнение конструкции за счет введения дополнительных элементов, приводящих к удорожанию.
Наиболее близким к заявленному устройству является решение в виде фильтрующего модуля для очистки воды, который содержит загрузку, дренажно-распределительную систему в виде перфорированной трубы, снабженной пористой гильзой из волокнистого материала и охватывающей наружную поверхность перфорированной трубы, а также соединительные элементы (см. патент RU №2479337 С2, МПК B01D 24/02, B01D 24/46, 2013). Данное решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является возможность возникновения «гидравлического плеча», как в предыдущих конструкциях, которое может привести к неравномерности распределения промывной воды по площади фильтра, а также смещению фильтрующих слоев, что впоследствии приводит к выходу из строя всего фильтровального устройства. В устройстве прототипа присутствуют дополнительные элементы, приводящие к усложнению и удорожанию конструкции.
Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении эффективности работы фильтра, повышении качества фильтруемой воды, а также снижении промывной воды за счет повышения степени распределения промывной воды в фильтре.
Указанный технический результат достигается тем, что в трубчатом дренажно-распределительном устройстве фильтра, состоящем из коллектора, перфорированных труб с отверстиями, коллектор разделен на две боковые параллельные ветви трубопроводов, соединенных диагональным участком трубы с помощью скругленных отводов, при этом каждая боковая параллельная ветвь состоит из присоединенных к ней перфорированных труб с отверстиями, прикрепленных через одну к каждой из боковых параллельных ветвей.
На фигуре 1 представлено трубчатое дренажно-распределительное устройство фильтра.
Устройство состоит из коллектора 1, двух боковых параллельных ветвей трубопроводов 2, соединенных диагональным участком трубы 3 с помощью скругленных отводов. В свою очередь каждая боковая параллельная ветвь 2 состоит из присоединенных к ней перфорированных труб с отверстиями 4, прикрепленных через одну к каждой из боковых параллельных ветвей 2, для обеспечения встречного движения воды.
Трубчатое дренажно-распределительное устройство фильтра работает следующим образом.
В режиме промывки промывная жидкость поступает в полость коллектора 1, далее проходя через диагональный участок трубы 3, жидкость разделяется на два потока в боковые параллельные ветви 2. Далее она подается в перфорированные трубы с отверстиями 4 и поступает в нижнюю часть фильтрующей загрузки. При этом создается встречное движение воды в боковых параллельных ветвях 2 и прикрепленных к каждой боковой параллельной ветви 2 через одну перфорированных трубах с отверстиями 4.
В режиме фильтрации профильтрованная жидкость поступает в перфорированные трубы с отверстиями 4, далее через боковые параллельные ветви 2 поступает в диагональный участок трубы 3 и собирается в полости коллектора 1, после чего отводится за пределы фильтра.
Трубчатое дренажно-распределительное устройство фильтра может быть изготовлено в производственных условиях с использованием известного технологического оборудования из стальных или пластмассовых трубопроводов, соединенных посредством сварки и фитингов. Отверстия в перфорированных трубах высверливаются. Для удобства монтажа высота скругленного отвода составляет величину двух диаметров боковых параллельных ветвей трубопроводов.
2
Пример 1. Испытания проводились на территории Слудинской водопроводной станции г. Н. Новгорода. Для проведения сравнительных испытаний были созданы две конструкции скорых фильтров из оргстекла прямоугольной формы с размерами в плане 1.0×1.0 м, высотой 1.5 м. Площадь поперечного сечения фильтров - 1.0 м. В качестве загрузки скорых фильтров использовался кварцевый песок. В скором фильтре №1 использовалась дренажно-распределительная система прототипа. В фильтре №2 использовалось предлагаемое трубчатое дренажно-распределительное устройство.
Предварительно осветленная вода подвергалась процессу фильтрования на вышеуказанных скорых фильтрах с разными дренажно-распределительными системами (прототип и предлагаемое устройство).
2
Испытания проводились непрерывно в течение 2 месяцев. При вышеуказанных размерах скорых фильтров обеспечивался постоянный расход при заданной скорости фильтрования 7 м/ч. Пропускалась предварительно осветленная вода с мутностью 20 мг/л. Два раза в сутки каждый скорый фильтр подвергался промывке водой с интенсивностью 15 л/(с⋅м) продолжительностью 6 мин. Исследованы эффективности работы фильтров на 2, 5, 10, 15, 25, 35, 50 и 60 сутки. Результаты обоснования эффективности предлагаемого трубчатого дренажно-распределительного устройства приведены в таблице 1.
В результате проведенных испытаний установлено, что предлагаемое трубчатое дренажно-распределительное устройство позволяет при прочих равных условиях достигать стабильной мутности фильтрата. Следует отметить, что уже на 10 сутки работы прототипа мутность в фильтрате была выше требований СаНПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» (ПДК по мутности 1.5 мг/л) и сохранялась тенденция к ухудшению качества фильтрата. В предлагаемом устройстве качество фильтрата было стабильным, и эффект очистки по сравнению с прототипом на 2 сутки почти одинаков, на 10 сутки увеличился на 7.4%, на 25 сутки увеличился на 9.2%, на 35 сутки увеличился на 11.8%, на 60 сутки увеличился на 15.5%. В среднем эффект очистки по мутности за 2 месяца работы прототипа составил 88.6%, предлагаемого устройства - 97.5%. Следовательно, в предлагаемом устройстве достигается повышение качества фильтруемой воды.
Пример 2. Испытания проводились в условиях и на сооружениях, описанных в примере 1. На 5 сутки работы замерялось время эффективной работы скорых фильтров до режима промывки. Результаты обоснования времени эффективной работы до режима промывки скорого фильтра с предлагаемым трубчатым дренажно-распределительным устройством приведены в таблице 2.
В результате проведенных испытаний установлено, что прототип выдал нестандартную воду в соответствии с СаНПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» на 8 час работы, а предлагаемая конструкция на 16 час работы. Это наблюдается за счет того, что в скором фильтре при неэффективности промывки накапливаются остаточные загрязнения. Следовательно, предлагаемое трубчатое дренажно-распределительное устройство позволяет при прочих равных условиях сокращать количество промывок в сутки с 3 (как у прототипа) до 2, это приводит к уменьшению расхода промывной воды на 33,4% и экономии энергопотребления промывных насосов также на 33,4%, достигается увеличение эффективности работы фильтра.
Таким образом, предлагаемое трубчатое дренажно-распределительное устройство фильтра обеспечивает, по сравнению с прототипом, увеличение эффективности работы и повышение качества фильтруемой воды за счет повышения степени распределения промывной воды в фильтре и снижения количества промывной воды. Кроме того, достигается упрощение конструкции, а следовательно, снижение стоимости изготовления и использования за счет отсутствия дополнительных элементов, а также снижение энергопотребления промывных насосов.