МОДУЛЬ СОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ
MODULE OF SORPTION TREATMENT OF LIQUID MEDIUM

Изобретение относится к фильтровальной технике и может быть использовано в системах для очистки питьевой воды от примесей.
Известен фильтр для очистки воды [А.с. СССР РФ №1095942. Фильтр для очистки воды. Опубл. 07.06.1984]. Известный фильтр содержит корпус с крышкой и днищем, промежуточное днище с дренажными колпачками, расположенную на нем зернистую загрузку, установленные под промежуточным днищем одна под другой соответственно водонепроницаемую и сетчатую перегородки, подающий исходную воду патрубок, присоединенный к крышкам, патрубок для отвода фильтрата, установленный на боковой поверхности корпуса между водонепроницаемой перегородкой и промежуточным днищем, и трубопровод с инжектором, присоединенный к подающему патрубку, трубки, присоединенные к водонепроницаемой перегородке и промежуточному днищу, между перегородками размещен кусковой коагулянт, второй конец трубопровода с инжектором присоединен к днищу корпуса.
Недостатками известного устройства являются относительно малая глубина очистки воды от кальция, марганца, стронция, фтора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является напорный фильтр [Патент РФ на полезную модель №88573. Напорный фильтр. Опубл. 20.11.2009]. Указанное устройство содержит цилиндрический корпус со сферическими крышкой и днищем, размещенные в корпусе слой фильтрующего зернистого материала, верхнее и нижнее распределительные устройства и распределительное устройство для промывки верхнего слоя фильтрующего зернистого материала, трубопровод подачи очищаемой воды и отвода промывной воды с затворами, подключенный к верхнему распределительному устройству, трубопровод отвода очищенной воды и подачи промывной воды с затворами, соединенный с нижним распределительным устройством, трубопровод для подачи промывной воды в верхний слой фильтрующего зернистого материала с затвором. Распределительное устройство для промывки верхнего слоя фильтрующего зернистого материала выполнено в виде не менее трех вертикальных труб, проходящих через верхнее распределительное устройство и герметично установленных в отверстиях сферической крышки. Нижние концы вертикальных труб заглушены, снабжены отверстиями на боковых поверхностях и помещены в верхний слой фильтрующего зернистого материала на глубину 100-700 мм, а верхние концы подключены через коллектор к трубопроводу для подачи промывной воды в верхний слой фильтрующего зернистого материала.
Недостатками известного устройства являются относительно малая глубина очистки воды от кальция, марганца, стронция, фтора.
Решаемая задача состоит в создании модуля сорбционной очистки жидкой среды с относительно большой глубиной очистки от кальция, марганца, стронция, фтора.
Для исключения указанных недостатков в модуле сорбционной очистки жидкой среды, включающем вертикальный корпус, состоящий из цилиндрической обечайки, днища и крышки, верхним и нижним перфорированными насадками, поддерживающий слой, коллектор, расположенный вне полости корпуса, фильтрующую засыпку, нижняя поверхность которой контактирует с верхней поверхностью поддерживающего слоя, входной и выходной патрубки, сообщенные с полостью коллектора и оснащенные затворами, причем входной и выходной патрубки оснащены затворами, предлагается:
- модуль дополнительно снабдить дренажным патрубком с затвором, расположенным вне полости корпуса, и трубкой, расположенной в полости корпуса и ориентированной вертикально;
- нижний перфорированный насадок расположить в объеме фильтрующей засыпки,
- верхний конец трубки пропустить через крышку и сообщить с коллектором;
- нижний перфорированный насадок укрепить на торцевой части трубки;
- верхний перфорированный насадок установить на наружной боковой поверхности трубы;
- полости верхнего и нижнего перфорированных насадков сообщить соответственно с полостями коллектора и трубки;
- фильтрующую засыпку выполнить из нижнего фильтрующего слоя из каталитически активного алюмосиликатного сорбента марки МС, промежуточного фильтрующего слоя из гранулированного каталитически активного сорбента марки МЖФ на основе природного минерала доломита и верхнего фильтрующего слоя из алюмосиликатного полифункционального сорбента марки АС;
- поддерживающий слой выполнить из кварцевого фракционированного песка;
- свободную поверхность верхнего фильтрующего слоя расположить с зазором относительно торцевой части верхнего перфорированного насадка.
Принципиальная схема продольного осевого сечения одного из вариантов исполнения модуля сорбционной очистки жидкой среды представлена на чертеже.
На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - верхний перфорированный насадок, 2 - верхний фильтрующий слой, 3 - входной патрубок, 4 - выходной патрубок, 5 - днище, 6 - дренажный патрубок, 7 - затвор дренажного патрубка, 8 - затвор входного патрубка, 9 - затвор выходного патрубка, 10 - коллектор, 11 - крышка, 12 - нижний перфорированный насадок, 13 - нижний фильтрующий слой, 14 - поддерживающий слой, 15 - промежуточный фильтрующий слой, 16 - трубка, 17 - цилиндрическая обечайка.
Модуль сорбционной очистки жидкой среды содержит вертикальный корпус, образованный цилиндрической обечайкой 17, крышкой 11 и днищем 5, фильтрующей засыпкой, состоящей из нижнего 13, промежуточного 15 и верхнего 2 фильтрующих слоев, верхнего 1 и нижнего 12 перфорированных насадков, дренажный 6, входной 3 и выходной 4 патрубки, затворы 7, 8, 9 соответствующих патрубков, коллектор 10 и поддерживающий слой 14 и трубку 16.
Коллектор 10 расположен вне полости корпуса.
Нижняя поверхность фильтрующей засыпки контактирует с верхней поверхностью поддерживающего слоя 14.
Дренажный 6, входной 3 и выходной 4 патрубки сообщены с полостью коллектора 10, оснащены соответствующими затворами 7, 8, 9 и расположены вне полости корпуса.
Нижний перфорированный насадок 12 расположен в объеме поддерживающего слоя 14.
Трубка 16 расположена в полости корпуса и ориентирована вертикально. Нижний перфорированный насадок 12 расположен в объеме поддерживающего слоя 14.
Верхний конец трубки 16 проходит через крышку и сообщен с коллектором 10.
Нижний перфорированный насадок 12 укреплен на торцевой части трубки 16.
Верхний перфорированный насадок 1 установлен на наружной боковой поверхности трубки 16.
Полости верхнего 1 и нижнего 12 перфорированных насадков сообщены соответственно с полостями коллектора 10 и трубки 16.
3
3
Нижний фильтрующей слой 13 имеет высоту не менее 0,04 м и образован каталитически активным алюмосиликатным сорбентом марки МС с частицами неправильной формы и размером 0,7-1,5 мм, насыпной плотностью 1150-1250 кг/м и плотностью 2850 кг/м.
3
3
Промежуточный фильтрующий слой 15 имеет высоту не менее 0,01 м и образован гранулированным каталитически активным сорбентом марки МЖФ на основе природного минерала доломита с размером частиц 0,5-1,5 мм, насыпной плотностью 1350-1400 кг/м и плотностью 2450-2550 кг/м.
3
Верхний фильтрующий слой 2 имеет высоту не менее 0,05 м и образован алюмосиликатным полифункциональным сорбентом марки АС с размером частиц 0,5-1,5 мм, насыпной плотностью 670-720 кг/м и плотностью 1350-1450 кг/м.
3
3
Поддерживающий слой 14 из кварцевого фракционированного песка имеет средний размер частиц 7 мм, насыпную плотность 1400-1500 кг/м и плотность 2600-2700 кг/м.
Свободная поверхность верхнего фильтрующего слоя 2 расположена с зазором относительно торцевой части верхнего перфорированного насадка 1.
Нижний перфорированный насадок предназначен для сбора воды в процессе ее очистки и предотвращения уноса фильтрующей засыпки из полости корпуса в процессе ее промывки.
Верхний перфорированный насадок 1 предназначен для равномерного распределения потока воды во входном поперечном сечении верхнего фильтрующего слоя 2.
Трубка 16 предназначена для отвода очищенной воды из полости корпуса и подвода воды в процессе регенерации фильтрующей засыпки.
Гранулированный каталитически активный сорбент марки МЖФ на основе природного минерала доломита (Марганец Железо Фильтр) соответствует ТУ от 08.05.2008 №4859-001-53232176-2008. В качестве сырья для производства сорбента марки МЖФ используют породу осадочного происхождения (доломит), состоящую из смеси минералов Mg и Са, в результате механохимической и термохимической обработки и последующей химической модификации получают гранулированный, пористый материал с развитой удельной поверхностью, состоящий из смеси оксидов и карбонатов кальция и магния, а также оксидов алюминия и кремния, и содержащий в порах высокодисперсный каталитически активный диоксид марганца. Сорбент марки МЖФ как фильтрующий материал, удерживающий в межзерновом пространстве продукты гидролиза окисленных форм железа и марганца, обладает каталитической активностью в реакциях окисления железа и марганца растворенными в воде окислителями (кислородом, озоном, перманганатом калия и др.). Дополнительное назначение сорбента марки МЖФ в трехслойной засыпке - поддержание ph отфильтрованной воды в общепринятом для питьевой воды диапазоне - 6,5-8,5
3
3
2
2
3
2
3
Каталитически активный алюмосиликатный сорбент марки МС (Сорбент Магнийсодержащий), соответствующий ТУ 2164-002-15155998-2010, в котором каталитически активные компоненты входят в структуры гранулы равномерно, что обеспечивает эффективную работу даже при разломе гранулы. Данный сорбент предназначен для физико-химической очистки воды от железа (с содержанием до 50 мг/л), марганца (с содержанием до 2,5 мг/л), стронция, тяжелых цветных металлов, фосфатов, нефтепродуктов, фенола, радионуклидов. Физико-химические свойства сорбента марки МС отвечают требованиям ГОСТ Р 51641-2000 (Материалы фильтрующие зернистые). Его изготавливают на основе опок Сухоложского месторождения. Его основные технические характеристики: частицы неправильной формы и размером 0,7-1,5 мм, насыпной плотностью 1150-1250 кг/м и плотностью 2850 кг/м. Химический состав указанного сорбента очень сильно зависит от месторождения и даже от пластов одного и того же месторождения. В частности, сорбент, изготовленный на основе опок Сухоложского месторождения, имеет следующий химический состав, %: SiO - 43-47, MgO - 43-47, FeO - 4-5, A1O - 2,5-3,0, остальное - менее 0,5).
3
3
Алюмосиликатный полифункциональный сорбент марки АС, соответствующий ТУ 2164-001-15055998-03, изготавливается на основе опок Сухоложского месторождения. Основные технические характеристики указанного сорбента: размер частиц 0,5 -1,5 мм, насыпная плотность 670 - 720 кг/м и плотность 1350-1450 кг/м. Физико-химические свойства сорбента АС отвечают требованиям ГОСТ Р 51641-2000 (Материалы фильтрующие зернистые). Сорбент марки АС повышает pH воды, что обеспечивает эффективное удаление железа, эффективно удаляет все виды железа (при концентрации до 50 мг/л), в том числе двухвалентное, трехвалентное, органическое, бактериальное и коллоидное.
2
2
3
2
3
Химический состав указанного сорбента очень сильно зависит от месторождения и даже от пластов одного и того же месторождения. В частности, сорбент, соответствующий ТУ 2164-001-15055998-03 и изготовленный на основе опок Сухоложского месторождения, имеет следующий химический состав, %: SiO - 78, MgO - 0,5, FeO - 5, A1O - 7, остальное - 9,5).
Модуль сорбционной очистки жидкой среды работает следующим образом.
В режиме очистки очищаемая вода через входной патрубок 3 попадает в коллектор 10, проходит через каналы верхнего перфорированного насадка 1, поступает в объем полости корпуса, расположенный над верхним фильтрующим слоем 2, последовательно проходит проточные части верхнего 2, промежуточного 15 и нижнего 13 фильтрующих слоев и поддерживающего слоя 14, попадает в трубку 16, из нее поступает в коллектор 10 и выходит из модуля через выходной патрубок 4. В данном режиме работы модуля затвор 7 дренажного патрубка 6 закрыт, а затворы входного 8 и выходного 9 патрубков открыты.
В режиме регенерации вода через входной патрубок 3 поступает в коллектор 10, последовательно проходит через трубку 16, проточные части поддерживающего слоя 14, нижнего 13, промежуточного 15 и верхнего 2 фильтрующих слоев, через каналы верхнего перфорированного насадка 1 попадает в коллектор 10 и выходит из модуля через дренажный патрубок 6.
При высотах слоев сорбента в модуле сорбционной очистки меньших соответствующих рекомендованных минимальных высот слоев эффективность очистки жидкости не соответствует предъявляемым требованиям (нормам), а при высотах слоев сорбента соответствующих или больших рекомендованных минимальных высот слоев эффективность очистки жидкости соответствует предъявляемым требованиям. В последнем случае увеличение высоты слоев сорбентов не оказывает влияния на эффективность очистки жидкости, а приводит к увеличению ресурса работы данного модуля.
Пример конкретного выполнения модуля сорбционной очистки жидкой среды
Модуль сорбционной очистки жидкой среды имеет высоту 1,99 м и внутренний диаметр 0,47 м. Корпус выполнен из стеклопластика.
Верхний фильтрующий слой 2 представляет собой алюмосиликатный полифункциональный сорбент марки АС с высотой 0,05 м, средний фильтрующий слой - гранулированный каталитически активный сорбент марки МЖФ на основе природного минерала доломита с высотой 0,01 м, а нижний фильтрующий слой -каталитически активный алюмосиликатный сорбент марки МС с высотой 0,03 м.
3
3
Объем фильтрующей засыпки и подложки равен 0,18 м. Объемный расход очищаемой воды составляет 1 м/ч.
Использование предложенного технического решения позволяет в очищаемой питьевой воде снизить концентрации кальция с 15 мг/л до 3 мг/л, железа с 7 мг/л до 0,1 мг/л, марганца с 1 мг/л до 0,02 мг/л, стронция с 10 мг/л до 1 мг/л, фтора с 5 мг/л до 1 мг/л.
Следует отметить, что при исследовании модулей сорбционной очистки жидкой среды других конструкций не удалось получить воду с характеристиками, представленными в описании, при обеспечении требуемой производительности.
Технический результат - увеличение функциональных возможностей модуля сорбционной очистки жидкой среды.