СИСТЕМА ФИЛЬТРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ

Описание полезной модели
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к устройствам для фильтрационно-сорбционной очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов при окончании канализационной сети перед контрольным колодцем.
Известна установка для очистки воды, включающая фильтр механической очистки и сорбционный фильтр, связанные между собой системой соединительных технологических трубопроводов, в которой загрузка фильтра механической очистки выполнена из минеральных или синтетических волокон, а загрузка сорбционного фильтра выполнена из модифицированного азотсодержащего активированного угля, и технологические соединительные трубопроводы подачи воды на очистку расположены с возможностью подачи воды на очистку в нижней части механического фильтра и в верхней части сорбционного фильтра по ходу движения воды, причем фильтры могут быть расположены в подземном пространстве в отдельных бетонных колодцах (Патент на полезную модель №38751, опубл. 10.07.2004 г. C02F 1/00).
Данное техническое решение имеет недостаток, а именно - низкую эффективность очистки воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов из-за медленного вытеснения пузырьков воздуха из сорбционного фильтра, вызванного особенностями конструкции. К недостаткам данного технического решения также можно отнести скапливание взвешенных веществ в нижней части механического фильтра.
Сущность полезной модели
Задачей полезной модели является разработка конструкции системы фильтров, обеспечивающей фильтрационно-сорбционную очистку сточных вод для технических и технологических целей в водообороте, а также ее сброса в водохозяйственные и рыбохозяйственные водоемы или городскую общесплавную и ливневую канализацию.
Технический результат заключается в увеличении эффективности работы системы фильтров по взвешенным веществам и нефтепродуктам.
Заявляемая система фильтров для очистки воды состоит из фильтров механической и сорбционной очистки, расположенных в подземном пространстве в отдельных колодцах, соединенных трубопроводами таким образом, что эти трубопроводы расположены с возможностью подачи сточной воды на очистку в верхнюю часть фильтра механической очистки, после чего в нижнюю часть фильтра сорбционной очистки по ходу движения воды.
В другом аспекте полезной модели фильтр механической очистки содержит сетку и/или листовой фильтрующий материал, который может быть химически модифицирован.
В еще одном аспекте полезной модели фильтр сорбционной очистки содержит цеолит и/или активированный уголь.
В еще одном аспекте полезной модели цеолит и/или активированный уголь химически модифицирован.
В еще одном аспекте полезной модели фильтр механической и/или сорбционной очистки выполнены в форме патронов с водопроницаемым верхним и нижним концами и непроницаемой боковой стенкой.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели далее рассматриваются ее описание с привлечением сопровождающих чертежей.
Фиг. 1. Общий вид в разрезе системы фильтров, помещенных в подземные бетонные колодцы.
Прилагаемый чертеж иллюстрирует наиболее предпочтительный вариант выполнения полезной модели, поэтому не может рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, который не включают другие варианты исполнения.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 показана система фильтров для очистки сточной воды, состоящая из последовательно расположенных фильтра механической очистки 1 и фильтра сорбционной очистки 2, расположенных в подземных бетонных колодцах 3 и 4 соответственно. Для наполнения воды и равномерной подачи ее на фильтры системы перед ними смонтирована накопительная емкость (колодец) 5, а для контроля качества очищенной воды после фильтра предусмотрен контрольный колодец 6, в котором производится отбор проб воды на анализ. Движение воды, которая стекает по канализационной сети 7 в накопительную емкость 5, происходит за счет разницы гидростатических высот в колодце 3, где установлен механический фильтр 1 и в колодце 4, где установлен сорбционный фильтр 2. Вода из емкости (колодца) 5 по трубопроводу 8 поступает в колодец 3 к верхней части расположенного там механического фильтра 1. При этом уровень воды в накопительной емкости (колодце) 5 и колодце 3 уравновешиваются по закону сообщающихся сосудов.
Далее, проходя сверху вниз через механический фильтр 1, вода поступает в нижнюю часть колодца 3, после чего по трубопроводу 9 в нижнюю часть колодца 4, где расположен сорбционный фильтр 2.
Вода проходит фильтр сорбционной очистки 2 снизу вверх и, выходя из фильтра 2 из верхней части колодца 4, сливается по трубопроводу 10 в контрольный колодец 6, после чего по трубопроводу 11 поступает на сброс в канализационную сеть или водоем.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении эффективности работы фильтров механической и сорбционной очистки, а следовательно системы фильтров в целом, что обеспечивается путем подачи сточной воды на очистку сначала в верхнюю часть фильтра механической очистки, а затем в нижнюю часть фильтра сорбционной очистки.
Увеличение эффективности работы фильтра механической очистки при подаче неочищенной сточной воды сверху вниз происходит вследствие того, что пузырьки воздуха, образующиеся при смачивании фильтра водой при его установке в колодец и запуске в работу и находящиеся внутри фильтрующих материалов фильтра механической очистки при потоке сверху вниз, будут удержаны фильтрующими материалами в большей степени по сравнению с процессом, когда поток воды движется снизу вверх и дополнительно выталкивает их. Наличие пузырьков воздуха внутри слоя фильтрующих материалов фильтра механической очистки приводит к увеличению поверхности раздела фаз, увеличению гидрофобности фильтрующих материалов и, таким образом, приводит к лучшему задержанию мелких частиц взвешенных веществ и микрокапель эмульгированных нефтепродуктов за счет их адгезии или сорбции на пузырьках воздуха. В случае подачи воды сверху вниз, при остановке работы фильтра механической очистки, взвешенные вещества и эмульгированные капли, а также расслоившаяся за счет коалесценции масса нефтепродуктов из объема воды над фильтром осядут на фильтрующий материал этого фильтра при последующей его работе. В случае подачи воды снизу вверх, при перерыве в работе, взвешенные вещества осядут на дно колодца, что потребует их последующего извлечения при замене фильтра на новый. Эмульгированные же нефтепродукты в этом случае частично всплывут и осядут на фильтре, а частично будут скапливаться в кольцевом кармане между стенкой колодца и стенкой корпуса фильтра. Извлечение этих нефтепродуктов из указанного кармана весьма трудоемко и приведет к сильному загрязнению воды нефтепродуктами при демонтаже фильтра.
Увеличение эффективности работы фильтра сорбционной очистки при подаче сточной воды снизу вверх происходит вследствие того, что поток воды в этом случае наоборот способствует более быстрому удалению пузырьков воздуха из сорбционного зернистого материала фильтра (например, активированного угля или цеолита). Наличие этих пузырьков воздуха блокирует (делает недоступным) часть пор на поверхности частиц сорбционного материала для молекул растворенных веществ, что приводит к уменьшению сорбционной способности этого материала, а следовательно и фильтр работает по растворенным веществам менее эффективно. Подача воды снизу вверх способствует более интенсивному всплытию пузырьков воздуха и их удалению из объема фильтра сорбционной очистки, что приводит к увеличению эффективности работы фильтра сорбционной очистки и всей системы фильтров.
Наличие в фильтре механической очистки сетки и/или листового фильтрующего материала также способствует достижению цели полезной модели, поскольку это приводит к задержанию крупного мусора или взвешенных веществ и уменьшает нагрузку на фильтрующий материал фильтра механической очистки. Кроме того, мусор, скопившийся на сетке и/или фильтрующем материале создает дополнительную фильтрующую среду, на которой задерживаются частицы более мелких взвешенных веществ и капель эмульгированных нефтепродуктов.
Химическая модификация фильтрующего материала приводит к увеличению эффективности очистки, так как изменяет его свойства, и этот материал увеличивает свою поглотительную способность, а следовательно и увеличивает эффективность очистки системы фильтров в целом (например, химическая гидрофобизация фильтрующего материала приводит к увеличению емкости по нефтепродуктам).
Наличие в фильтре сорбционной очистки цеолита и/или активированного угля также приводит к достижению цели полезной модели, поскольку позволяет глубоко очищать сточную воду. Активированный уголь позволяет эффективно поглощать из воды неполярные компоненты нефтепродуктов, а цеолит - неполярные компоненты нефтепродуктов.
Химическая модификация цеолита и/или активированного угля приводит к увеличению эффективности очистки, поскольку позволяет получать более глубокую очистку сточных вод. Например, химическая модификация активированного угля восстанавливающими реагентами приводит к изменению потенциала его поверхности и увеличению емкости по нефтепродуктам. Например, химическая модификация цеолита метиленовым голубым приводит к увеличению емкости цеолита по нефтепродуктам в три раза.
Применение фильтропатронов в заявляемой полезной модели также увеличивает эффективность очистки, поскольку их конструкция предполагает наличие открытого на все сечения фильтра верхнего и нижнего конца. В этом случае вода входит в фильтропатрон, движется внутри него и выходит из фильтропатрона равномерно по его сечению, не создавая застойных зон или зон с меньшей линейной скоростью, чем скорость движения воды в основном потоке фильтра. Наличие застойных зон в фильтрах без открытых по сечению входа и выхода, то есть в фильтрах с точечной подачей (например, трубопровод, введенный в герметичный корпус фильтра) более вероятно, чем в фильтропатронах с открытым верхним и нижним концами, так как вода, проходя через слой среды (зернистая, волокнистая) с неким сопротивлением потоку, движется по траектории наименьшего сопротивления. В этом случае линейная скорость потока будет максимальна у места ввода (вывода) воды в (из) фильтр, а минимальна (или даже близка к нулю) в отдаленных точках от места ввода (например, в карманах у стенок). В случае открытого верхнего и нижнего концов фильтра (как это имеет место в фильтропатроне), подвод воды осуществляется равномерно во всех точках его сечения. Выход воды аналогичным образом осуществляется через открытый конец, что обеспечивает отсутствие застойных зон, то есть увеличение объема фильтра, реально участвующего в процессе поглощения загрязнений, а значит и повышение его эффективности.