Способ и устройство очистки воды от взвешенных примесей
METHOD AND DEVICE FOR PURIFICATION OF WATER FROM WEIGHTED IMPURITIES

Изобретение относится к области очистки воды, технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов от содержащихся в них взвешенных примесей и может быть использовано на станциях водоподготовки и промышленных производствах.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ очистки воды от взвешенных примесей (Копылов А.С., Верховский Е.И. Спецводоочистка на атомных электростанциях: учебн. пособие для СПТУ. - М.: Высшая школа, 1988. - С. 141-144), включающий образование из микропорошка фильтрующего слоя на фильтровальных элементах, вертикально расположенных в корпусе фильтра и выполненных в виде перфорированных трубок с формирующим фильтрующий слой покрытием, рабочий цикл фильтрации, состоящий из подачи загрязненной воды в нижнюю часть фильтра, прохождения загрязненной водой через фильтрующий слой и отверстия в перфорированных трубках фильтровальных элементов и выхода очищенной воды через верхнюю часть фильтра, периодические смыв и удаление отработанного микропорошка с задержанными взвешенными примесями из корпуса фильтра – (принятый за прототип).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится следующее.
Во-первых, в известном способе для очистки воды от взвешенных примесей используют фильтрующий слой, образованный путем намыва фильтровального микропорошка на покрытие перфорированных трубок. Намытый слой имеет небольшую толщину (как правило, 1-3 мм), что ограничивает шламоемкость намывного слоя, определяющую длительность процесса фильтрования до очередной регенерации фильтра, т.е. длительность его рабочего цикла. В результате этого увеличиваются затраты времени на более частую регенерацию и уменьшается доля времени на осуществление самого процесса фильтрования, что приводит к уменьшению выпуска фильтрата и производительности процесса очистки.
Во-вторых, в известном способе тонкий фильтрующий слой быстро загрязняется, из-за чего быстро снижается производительность очистки. Увеличение толщины намывного фильтрующего слоя может привести к его спонтанному разрушению, а следовательно, к непланируемому прекращению процесса фильтрования.
В-третьих, в известном способе микропорошок в намытом фильтрующем слое используется неэффективно. Загрязненный шламом микропорошок периодически смывают и удаляют из корпуса фильтра вместе с задержанными взвешенными примесями. Следовательно, для каждого цикла фильтрации необходимо загружать в фильтр новую порцию фильтровального порошка для намыва свежего фильтрующего слоя, что увеличивает расход фильтровального порошка.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство очистки воды от взвешенных примесей (Копылов А.С., Верховский Е.И. Спецводоочистка на атомных электростанциях: учебн. пособие для СПТУ. - М.: Высшая школа, 1988. - С. 141-144), состоящее из цилиндрического корпуса, днища и крышки, выполненных в виде сферического профиля, трубной доски, на которой вертикально расположены перфорированные трубки с покрытием, формирующим из микропорошка фильтрующий слой, трубопровода для подвода загрязненной воды, расположенного в днище, трубопровода для выхода очищенной воды – (принятое за прототип).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.
Во-первых, в известном устройстве трубная доска с вертикально расположенными перфорированными трубками размещается между корпусом и крышкой. Это не позволяет сформировать на перфорированных трубках фильтрующий слой, имеющий толщину, достаточную для эффективной очистки воды от взвешенных примесей. Здесь толщина фильтрующего слоя ограничена количеством микропорошка, удерживаемого на покрытии перфорированных трубок силами трения.
Во-вторых, в известном устройстве для образования покрытия перфорированных трубок, на которые намывается фильтрующий слой микропорошка, на корпусе трубок нарезают резьбу, во впадины которой навивают проволоку. Это существенно повышает трудоемкость изготовления покрытия перфорированных трубок.
Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в следующем:
- повышение производительности процесса очистки;
- повышение эффективности промывки загрязненного слоя фильтровального микропорошка, а также возможность регенерации и повторного использования микропорошка, что существенно снизит эксплуатационные затраты;
- уменьшение трудоемкости покрытия перфорированных трубок устройства.
Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретения.
Заявляется:
Способ очистки воды от взвешенных примесей, включающий образование из микропорошка фильтрующего слоя на фильтровальных элементах, вертикально расположенных в корпусе фильтра и выполненных в виде перфорированных трубок с покрытием, формирующим фильтрующий слой, путем подачи загрязненной воды в нижнюю часть фильтра и далее через отверстия в перфорированных трубках и их наружный фильтрующий слой и выхода очищенной воды через верхнюю часть фильтра. В отличие от прототипа, фильтрование осуществляют путем подачи загрязненной воды в нижнюю часть фильтра и внутрь фильтровальных элементов в виде перфорированных трубок, прохождения воды через отверстия перфорированных трубок, их наружный фильтрующий слой и выход очищенной воды через вертикальные перфорированные отводящие трубки, попарно смежные с фильтровальными элементами и равномерно размещенные в сплошной объемной фильтрующей загрузке микропорошка на расстоянии фильтрующего слоя между ними, периодически осуществляют регенерацию загрязненного фильтрующего слоя микропорошка путем подачи смеси воды со сжатым воздухом через размывные сопла в верхний слой микропорошка и подачи загрязненной воды и очищенной воды в качестве промывных вод соответственно через подающие фильтровальные элементы и отводящие трубки, а образующиеся взвешенные примеси и частицы микропорошка направляют посредством промывных вод в верхнюю часть корпуса, где удаляют взвешенные примеси через разгрузочные окна корпуса, затянутые полимерной сеткой, а регенерированный микропорошок возвращают в сплошной объем фильтрующей загрузки.
Также заявляется:
Устройство очистки воды от взвешенных примесей, включающее цилиндрический корпус, днище и крышку, трубную доску, на которой вертикально расположены фильтрующие элементы в виде перфорированных трубок, трубопровод для подачи загрязненной воды, трубопровод для отвода очищенной воды. В отличие от прототипа, фильтровальный микропорошок размещен в цилиндрическом корпусе в виде сплошной объемной фильтрующей загрузки, в которой равномерно размещены на расстоянии фильтрующего слоя попарно смежные между собой фильтрующие элементы и вертикальные перфорированные отводящие трубки, при этом фильтрующие элементы соединены с трубопроводом подачи загрязненной воды, расположенным в днище устройства, а отводящие перфорированные трубки соединены с трубопроводом для выхода очищенной воды, при этом все перфорированные трубки снабжены покрытием в виде сетчатого чулка, также над верхним слоем микропорошка в корпусе установлен коллектор с соплами, соединенный с трубопроводом подачи смеси воды и воздуха, а в верхней части цилиндрического корпуса размещена кольцевая камера с окнами для удаления взвешенных примесей, причем окна затянуты полимерной сеткой, размеры ячеек которой больше размеров взвешенных примесей, но меньше размеров зерен фильтровального микропорошка.
На чертеже представлено устройство, реализующее заявленный способ очистки воды от взвешенных примесей.
Устройство включает цилиндрический корпус 1, днище 2 и крышку 3 сферической формы. В днище 2 вмонтирован трубопровод 4 для подачи загрязненной воды. Над днищем 2 установлена трубная доска 5, на которой вертикально установлены фильтровальные элементы в виде перфорированных трубок 6, которые соединены с трубопроводом 4 подачи снизу загрязненной воды на очистку. Отводящие фильтрат вертикальные перфорированные отводящие трубки 7 соединены с трубопроводом 8 для выхода очищенной воды. Все перфорированные трубки 6 и 7 снабжены покрытием в виде чулка из полимерной сетки 9 с размером ячеек 50 мкм. На тонкой сетке намывается тонкий слой примесей, который в процессе регенерации микропорошка интенсивно вымывается с наружных поверхностей трубок промывными водами.
В цилиндрическом корпусе 1 размещен фильтровальный микропорошок 10 в виде сплошной объемной фильтрующей загрузки, в которой фильтровальные элементы 6 и вертикальные перфорированные отводящие трубки 7, попарно смежные между собой, равномерно размещены на расстоянии фильтрующего слоя. При таком размещении фильтрующая нагрузка равномерно распределена по всему объему микропорошка как по вертикали, так и в горизонтальном слое. В качестве фильтровального микропорошка 10, например, может быть использован кварцевый микропесок со средним размером частиц 100 мкм. При этом объем кварцевого микропеска таков, что полностью закрывает перфорированные трубки 6 и 7. Над верхним слоем микропеска 10 в корпусе установлен коллектор с соплами 11, соединенный с трубопроводом 12 подачи смеси воды и воздуха, предназначенными для размыва микропорошка в режиме регенерации.
В верхней части корпуса установлена кольцевая камера 13, сообщающаяся с внутренним объемом цилиндрического корпуса 1 через окна 14, затянутые полимерной сеткой 15. Ячейки сетки имеет размеры, позволяющие пропускать в камеру 13 воду с содержащимися в ней примесями, но задерживающие более крупные зерна фильтровального микропорошка. Через патрубок 16 взвешенные примеси удаляют.
Представленное устройство позволяет осуществить способ очистки воды от взвешенных примесей следующим образом.
Стадия фильтрования. В корпус устройства в части днища 2 сферической формы через трубопровод 4 подают подлежащую очистке воду. Из нижней полости загрязненная вода поднимается по фильтровальным элементам в виде перфорированных трубок 6 под напором 0,2-1,5 бар и через фильтрующие слои загрузки 10 и покрытия трубок из полимерной сетки 9 поступает в полость отводящих трубок 7 и далее через трубопровод 8 для очищенной воды отводится, например, в специальную емкость или на дополнительные ступени очистки, например, на ультрафильтрацию.
Благодаря чередующемуся размещению трубок 6 и 7 и их равномерной установке в объеме фильтровального микропорошка 10 на всю высоту загрузки, процесс фильтрации также осуществляется посредством всего объема микропорошка, разделенного трубками 6 и 7 на относительно узкие вертикальные фильтрующие слои 18. Это обеспечивает одновременно большую производительность очень тонкой очистки воды. Фильтрование загрязненной воды через сплошной объемный фильтрующий слой позволяет существенно повысить шламоемкость фильтрующего слоя и, соответственно, увеличить длительность цикла фильтрации и сократить затраты времени на регенерацию микропорошка. Это также является показателем повышения производительности процесса очистки.
По мере движения воды ее механические примеси выделяются и адсорбируются на поверхности зерен микропорошка и намываются на сетках 9.
Стадия регенерации начинается по завершении стадии фильтрования. Отвод очищенной воды прекращают. Для осуществления регенерации производят размывку загрязненного верхнего слоя фильтровального микропорошка 10 и переводят весь объем загрузки в состояние взвеси. Для этого на верхний слой микропорошка подают по трубопроводу 12 и сопла 11 смесь воды со сжатым воздухом, что приводит к интенсивному размыванию и взвешиванию этого слоя микропорошка с находящимися в нем частицами примесей и облегчает последующее удаление взвешенных частиц примесей из корпуса фильтра.
Образовавшаяся взвесь поступает в кольцевую камеру 13 в верхней части корпуса через разгрузочные окна 14, затянутые полимерной сеткой.
После размывки верхнего слоя микропорошка 10 подачу смеси воды со сжатым воздухом прекращают и начинают подачу промывной воды трубопроводами 4 и 17 одновременно по подводящим 6 и отводящим 7 перфорированным трубкам. Отвод смеси воды с взвешенными примесями осуществляют через кольцевую камеру 13. Промывку микропорошка прекращают, например, путем визуальной оценки или по приборам оптической плотности удаляемой воды с примесями. Предложенная промывка всего объема взвешенного фильтровального микропорошка существенно облегчает и ускоряет процесс вымывания взвешенных частиц и сокращает время регенерации. После паузы, необходимой для формирования слоя микропорошка заданной толщины, возобновляют процесс фильтрования.
Удаление взвешенных примесей, смытых с частиц микропорошка при промывке, через разгрузочные окна в верхней части корпуса фильтра, затянутые полимерной сеткой, приводит к тому, что зерна фильтровального микропорошка, имеющие больший размер, чем примеси, остаются в корпусе фильтра и могут быть повторно использованы для очистки воды.
Размещение фильтровального порошка 10 в корпусе 1 в виде сплошной объемной фильтрующей загрузки, полностью закрывающей перфорированные трубки 6, 7, позволяет эффективно использовать для очистки воды всю поверхность перфорированных трубок, на которой дополнительно намывается фильтрующий слой, что также обеспечивает увеличение производительности процесса очистки.