СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЗАГРУЗКИ В ФИЛЬТРУЮЩЕМ МОДУЛЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
METHOD OF BED RECOVERY IN WATER TREATMENT FILTRATION MODULE

Изобретение относится к технике очистки бытовых и сточных вод и может быть использовано для дренажных, распределительных и сборных систем в фильтрующих установках водоподготовки и доочистки бытовых и сточных вод.
3
Известен «Способ очистки и обеззараживания воды и установка для очистки и обеззараживания воды», включающий последовательное извлечение из нее механических примесей с последующим облучением воды УФ-лучами, причем механические примеси извлекают с помощью двух напорных сорбционных фильтров с активированным углем в качестве сорбента, при этом воду подают в сорбционные фильтры под давлением 0,15-0,60 МПа с расходом 250-500 дм/ч с соотношением диаметра корпуса фильтра к скорости фильтрации воды в пределах от 60 до 90, а промывку фильтров в конце рабочего цикла осуществляют противотоком воды (п.1 формулы).
Патент РФ на изобретение №2360870, МКИ C02F 9/08, д. публ. 2009.07.10.
Наиболее близким к предлагаемому в качестве изобретения техническому решению является «Способ очистки природных и сточных вод фильтрованием», заключающийся в смешении очищаемой воды с сорбентом, последующей подаче смеси в слой зернистой загрузки до загрязнения последней, прекращении процесса фильтрования, подаче промывной воды в направлении расширения слоя зернистой загрузки до ее отмывки от загрязнений, смешении сорбента с частью подаваемой воды промывной воды, подаче данной смеси в расширенный слой зернистой загрузки, прекращении промывки и возобновлении процесса фильтрования, при этом очищаемую воду или ее смесь с сорбентом перед подачей в слой зернистой загрузки аэрируют.
Патент РФ на изобретение №2297983, МКИ C02F 1/74, д. публ. 2007.04.27.
Патент РФ на изобретение №2169035, МКИ B01D 27/00, д. публ. 2001.06.20.
К техническому результату, достигаемому с помощью предлагаемого способа регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды, относится повышение эффективности фильтрации за счет качественной и быстрой регенерации загрузки фильтрующего модуля путем вытеснения воздухом оставшейся воды с загрязнениями из загрузки после прекращения фильтрования и последующей подачи воды для промывки.
Технический результат достигается путем того, способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды осуществляется следующим образом: после загрязнения загрузки прекращают процесс фильтрования и подают в слой загрузки промывную воду. Причем после прекращения процесса фильтрования сначала осуществляют последовательное вытеснение воздухом оставшейся воды с загрязнениями по всей длине загрузки через отверстия для воздуха дренажно-распределительной системы в виде перфорированной трубы с пористой гильзой. При этом уровень воды над загрузкой должен быть равен 0,5-1,0 м. Процесс аэрации длится 3-5 минут. Затем после прекращения подачи воздуха осуществляют промывку водой загрузки через отверстия для воды той же дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля. Производительность дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля для очистки воды находится в следующей зависимости:
<mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mi>g</mi><mi>H</mi><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>μ</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>μ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
др
где L - общая длина дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля;
Н - высота воды в фильтрующем модуле над дренажно-распределительной системой;
2
g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с;
пор.
k - коэффициент пористости;
1
2
µ, µ - коэффициенты расхода отверстий воздушной и водяной систем;
1
2
d, d - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;
1
2
n, n - количество отверстий воздушной и водяной систем.
Способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды осуществляется следующим образом:
а) Фильтрование.
Прием фильтрата осуществляется всеми дренажными отверстиями системы. Производительность дренажно-распределительной системы двойного назначения (вода-воздух) определяется по формуле:
<mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mi>g</mi><mi>H</mi><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>μ</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>μ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
др
где L - общая длина дренажной системы фильтра;
Н - высота воды в фильтре над дренажной системой;
2
g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с;
пор.
k - коэффициент пористости;
1
2
µ, µ - коэффициент расхода отверстий воздушной и водяной систем;
1
2
d, d - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;
1
2
n, n - количество отверстий воздушной и водяной систем.
При гидравлическом расчете для различных фильтров количество отверстий в нижних рядах может изменяться.
Определяющим фактором при этом является способность системы обеспечить скорость фильтрования в нормальном режиме 6-8 м/ч, а в форсированном 10-12 м/ч.
б) Регенерация загрузки подачей воздуха.
При подаче воздуха в систему происходит заполнение им верхней части трубы с дальнейшим распределением по длине. Далее воздух вытесняет воду по всей длине трубы практически равномерно до выхода его из верхних рядов отверстий. При необходимости количество и диаметр отверстий верхних рядов можно изменять в соответствии с расчетными данными. В случае непредвиденного увеличения подачи воздуха в систему вода вытесняется до следующих нижних рядов. Это обстоятельство предохраняет систему от отрицательных последствий резкого неконтролируемого увеличения скорости выхода воздуха из отверстий. Подача воздуха в загрязненную фильтрующую загрузку осуществляется при уровне воды над загрузкой 0,5-1,0 м в течение 3-5 минут в зависимости от степени ее загрязнения.
б) Водяная промывка.
Подача воды на промывку осуществляется только после прекращения подачи воздуха и полного закрытия запорной арматуры на подающем воздуховоде. Подаваемая вода на промывку распределяется в нижней части труб и вытесняет воздух из них в распределительный коллектор, обязательно оборудованный воздухосбросным стояком. Расчетная площадь отверстий определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
,
1
2
где n, n - количество отверстий воздушной и водяной систем;
1
2
d, d - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;
пор.
k - коэффициент пористости.
2
Интенсивность подачи воды на промывку определяется расчетами в пределах 12-18 л/(с·м) и регулируется в ходе пуско-наладочных работ, которые необходимо проводить после завершения монтажных работ. При этом обеспечивается величина относительного расширения фильтрующей загрузки в пределах 25-50%.
Применяемые при изготовлении дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля материалы разрешены Минздравом РФ для использования в хозяйственно-питьевом водоснабжении, а также для контактов с пищевыми продуктами.
Расчет производительности дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух).
I. Производительность 1 п.м. дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) по воде при фильтровании без фильтрующей загрузки определяется по формуле:
<mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mi>g</mi><mi>H</mi><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>μ</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>μ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
др
где L - общая длина дренажной системы фильтра;
др
L=1,0 м
Н - высота воды в фильтре над дренажной системой,
Н=2,0 м
(для расчетов взят уровень воды над фильтрующей загрузкой);
пор.
k - коэффициент пористости напыленного слоя,
пор.
k=0,5;
1
2
µ, µ - коэффициенты расхода отверстий оздушной и водяной систем,
1
µ=0,82
(коэффициент расхода внешнего цилиндрического насадка воздушной системы),
2
µ=0,63
(коэффициент расхода конически расходящегося насадка водяной системы);
1
2
d, d - диаметры отверстий воздушной и водяной систем,
1
d=0,004 м
1
(d - диаметр отверстий воздушной системы),
2
d=0,008 м
2
(d - диаметр отверстий водяной системы);
1
2
n, n - количество отверстий воздушной и водяной систем на 1 п.м,
1
n=12 шт.
1
(n - количество отверстий воздушной системы на 1 п.м), n2=60 шт.
2
(n - количество отверстий водяной системы на 1 п.м);
g - ускорение свободного падения,
2
g=9,8 м/c.
Расчет:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><mi>Q</mi><mo>=</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msub><mi>L</mi><mrow><mi>д</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mi>g</mi><mi>H</mi><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>μ</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>μ</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>×</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0,785</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>×</mo><msqrt><mn>2</mn></msqrt><mo>×</mo><mn>9,8</mn><mo>×</mo><mn>2</mn><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,82</mn><mo>×</mo><msup><mn>0,004</mn><mn>2</mn></msup><mo>×</mo><mn>12</mn><mo>+</mo><mn>0,63</mn><mo>×</mo><msub><mn>0,008</mn><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mn>60</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0,785</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>×</mo><mn>6,26</mn><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>×</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,00015</mn><mo>+</mo><mn>0,0024</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0,785</mn><mo>×</mo><mn>1</mn><mo>×</mo><mn>6,26</mn><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>×</mo><mn>0,00255</mn><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0,0063</mn><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mi>с</mi><mo>=</mo><mn>22,68</mn><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mi>ч</mi><mo>=</mo><mn>544,32</mn><msup><mi>м</mi><mn>3</mn></msup><mo>/</mo><mi>с</mi><mi>у</mi><mi>т</mi><mo>.</mo></mtd></mtr></mtable>
Вывод.
Полученная величина производительности 1 п.м дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) по воде при фильтровании без фильтрующей загрузки является максимальной и в процессе эксплуатации регулируется задвижками фильтра.
II. Расчетная площадь отверстий 1 п.м дренажно-распределительной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) определяется по формуле:
<mrow><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
,
1
2
где n, n - количество отверстий воздушной и водяной систем,
1
n=12 шт.
1
(n- количество отверстий воздушной системы),
2
n=60 шт.
2
(n - количество отверстий водяной системы);
1
2
d, d - диаметры отверстий воздушной и водяной систем,
1
d=0,004 м
1
(d - диаметр отверстий воздушной системы),
2
d=0,008 м
2
(d - диаметр отверстий водяной системы);
пор.
k - коэффициент пористости напыленного слоя,
пор.
k=0,5.
Расчет:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msubsup><mi>d</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>×</mo><msub><mi>k</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mo>[</mo><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mn>12</mn><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>0,004</mn></mrow><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>60</mn><mo>×</mo><mn>0,785</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>0,008</mn></mrow><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,00015</mn><mo>+</mo><mn>0,003</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>=</mo><mn>0,00315</mn><mo>×</mo><mn>0,5</mn><mo>=</mo><mn>0,0016</mn><msup><mi>м</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr></mtable>
Вывод.
Полученная расчетная площадь отверстий 1 п.м дренажно-распределнтельной системы «ПОЛИДЕФ-ВВ» двойного назначения (вода - воздух) является оптимальной, но при гидравлических расчетах в случае необходимости количество отверстий может изменяться.
Предлагаемый способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле для очистки воды повышает эффективность фильтрации за счет качественной и быстрой регенерации загрузки фильтрующего модуля, а вследствие этого сокращаются сроки и стоимость ремонтных и монтажных работ.