ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН

Назначение и область применения
Полезная модель относится к области очистки ливневых сточных вод, а именно к устройствам для одновременной очистки от взвешенных и растворенных веществ при окончании ливневой канализационной сети перед контрольным колодцем.
Предшествующий уровень техники
Известен фильтрующий патрон для одновременной очистки ливневых стоков от взвешенных и растворенных веществ, содержащий загрузку, включающую волокнистый механический фильтрующий материал и гидрофобный зернистый материал, снабженный опорным фланцем-кольцом из полиэтилена низкого давления (Патент на полезную модель №138579, B01D 27/02, опубл. 20.03.2014).
Недостатком данного устройства является вымывание из слоя загрузки гидрофобного зернистого материала пыли (мелкодисперсных частиц) этого материала в воду, очищаемую фильтропатроном. Пыль образуется в любом зернистом материале при его производстве, хранении, транспортировке, засыпке в фильтропатрон, а также в процессе его эксплуатации при контакте с водой. Вымываясь из фильтропатрона при прохождении через него воды, эта пыль увеличивает количество взвешенных веществ в очищенной воде, и тем самым снижает эффективность очистки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является фильтрующий патрон для одновременной очистки воды от взвешенных и растворенных веществ, содержащий загрузку, включающую волокнистый механический фильтрующий материал, а также гидрофобный зернистый материал, в качестве которого используется модифицированный азотсодержащий уголь (Патент на полезную модель №59996, B01D 27/00, опубл. 10.01.2007).
Недостатком данного технического устройства является также вымывание из слоя гидрофобного зернистого сорбционного материала (активированного угля) мелкодисперсных частиц этого материала (пыли), которые, находясь в очищенной фильтрующим патроном воде, увеличивают количество взвешенных веществ и снижают эффективность ее очистки, поскольку слой волокнистого фильтрующего материала находится в фильтрующем патроне только перед слоем зернистого сорбционного материала по ходу движения воды через фильтрующий патрон.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции фильтрующего патрона, обеспечивающей наилучшую очистку ливневых сточных вод от взвешенных веществ при одновременной очистке от растворенных веществ для технических и технологических целей в водообороте, а также их сброса в водохозяйственные и рыбохозяйственные водоемы или городскую ливневую канализацию.
Технический результат заключается в увеличении эффективности очистки по взвешенным веществам при одновременной очистке от растворенных веществ, а именно в удалении из очищаемой воды мелкодисперсных взвешенных частиц (пыли), выделяющихся из слоя сорбционного материала.
Заявленный технический результата достигается тем, что используют фильтрующий патрон, выполненный в виде цилиндрического корпуса с непроницаемой боковой поверхностью и проницаемыми верхним и нижним концами, содержащим загрузку из зернистого сорбционного материала, и содержащий, по меньшей мере, по одному слою волокнистого фильтрующего материала над и под слоем зернистого сорбционного материала по ходу движения воды через фильтрующий патрон.
В другом варианте осуществления полезной модели, по меньшей мере, один слой волокнистого фильтрующего материала фильтрующего патрона химически модифицирован.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели далее рассматривается ее описание с привлечением сопровождающих чертежей.
Фиг. 1. Общий вид в разрезе фильтрующего патрона, установленного в бетонный колодец ливневой канализации.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 представлено схематическое изображение фильтрующего патрона, установленного в железобетонный колодец, где: 1 -железобетонный колодец, 2 - опорное кольцо, 3 - плита перекрытия железобетонного колодца, 4 - первый трубопровод, 5 - второй трубопровод, 6 - фильтрующий патрон, 7 - верхний слой волокнистого фильтрующего материала, 8 - загрузка зернистого сорбционного материала, 9 - нижний слой волокнистого фильтрующего материала.
При движении очищаемой воды в фильтрующем патроне сверху вниз загрязненная дождевая вода самотеком поступает через первый трубопровод 4 колодца на фильтрующий патрон 6 на верхний слой волокнистого фильтрующего материала 7, где очищается от мелких частичек взвешенных веществ, после чего поступает в загрузку зернистого сорбционного материала 8 для удаления из воды растворенных веществ. При прохождении воды уже очищенной от взвешенных веществ по слою загрузки зернистого сорбционного материала 8, микрочастички этой загрузки, которые электростатически прилипают к поверхности зерен этой загрузки, отрываются от нее и уносятся потоком воды вниз по ходу движения воды через фильтрующий патрон. На выходе из фильтрующего патрона эти частички задерживаются нижним слоем волокнистого фильтрующего материала 9, что приводит к понижению общего содержания взвешенных веществ в очищенной воде, т.е. увеличению эффективности очистки и достижению заявленного технического результата полезной модели. Затем очищенная вода через второй трубопровод 5 отводится в канализацию.
При движении очищаемой воды в фильтрующем патроне снизу вверх загрязненная дождевая вода самотеком поступает через второй трубопровод 5 колодца на фильтрующий патрон 6 на нижний слой волокнистого фильтрующего материала 9, где очищается от мелких частичек взвешенных веществ, после чего поступает в загрузку зернистого сорбционного материала 8 для удаления из воды растворенных веществ. При прохождении воды уже очищенной от взвешенных веществ по слою загрузки зернистого сорбционного материала 8, микрочастички этой загрузки, которые электростатически прилипают к поверхности зерен этой загрузки, отрываются от нее и уносятся потоком воды вниз по ходу движения воды через фильтрующий патрон. На выходе из фильтрующего патрона эти частички задерживаются нижним слоем волокнистого фильтрующего материала 7, что приводит к понижению общего содержания взвешенных веществ в очищенной воде, т.е. увеличению эффективности очистки и достижению заявленного технического результата полезной модели. Затем очищенная вода через первый трубопровод 4 отводится в канализацию.
В качестве волокнистого фильтрующего материала используют известные в настоящее время, выпускаемые серийно и использующиеся для фильтрации жидких сред тканые и нетканые материалы: геотекстиль (дорнит), фильтрующие ткани хлопчатобумажные (бельтинг, фильтромиткаль, фильтродиагональ, диализаторыная), полипропиленовые (ТФПП-2), капроновые (фильтропрессовая), стеклоткани, угольные ткани (бусофит, САУТ-1С, карбопон, АНМ, ТСА), листовой пористый полипропиленовый материал (фильтропласт, поливом), синтепон, фильтровальные бумаги и каротны (марок Т, КФБ, КФМ, КТФ). Эти материалы, изготовленные на основе различных волокон, имеют тканую или нетканую структуру и обладают способностью к просачиванию (фильтрации) через них жидких сред, что позволяет им задерживать взвешенные частицы.
Особенности частных форм волокнистого фильтрующего материала не влияют на достижение технического результата, поскольку любой волокнистый фильтрующий материал имеет поры разного (в том числе и малого) размера, образованные волокнами, а следовательно способен улавливать частицы пыли, вымываемые потоком воды из слоя зернистого сорбционного материала. Кроме того, частицы пыли могут задерживаться волокнами фильтрующего материала не только за счет чисто ситового эффекта, но и вследствие «прилипания» этих частиц к волокнам по механизму адгезии (в том числе электростатической адгезии). Таким образом, получение технического результата обеспечивается общими свойствами частных форм волокнистого фильтрующего материала.
Наличие в составе фильтрующего патрона, по меньшей мере, одного слоя, химически модифицированного волокнистого фильтрующего материала, находящегося после загрузки зернистого сорбционного материала по ходу движения воды через фильтрующий патрон, с обеспечением увеличения гидрофильности или гидрофобности поверхности это материала, приводит к увеличению поглощения им взвешенных частиц за счет явлений адгезии и электростатического притяжения, влияние которых увеличивается после химической обработки зернистого сорбционного материала с обеспечением увеличения гидрофильности или гидрофобности поверхности это материала. При увеличении гидрофильности поверхности волокнистого фильтрующего материала увеличивается адгезия и электростатическое притяжение к нему заряженных взвешенных частиц. При увеличении же гидрофобности поверхности волокнистого фильтрующего материала увеличивается адгезия и электростатическое притяжение к нему не заряженных взвешенных частиц. А поскольку при образовании пыли зернистых сорбционных материалов при их производстве, транспортировке и хранении образуются как заряженные так и не заряженные пылеобразные частицы этих материалов то очевидно что, химическая модификация с обеспечением увеличения гидрофильности или гидрофобности поверхности, по меньшей мере, одного слоя волокнистого фильтрующего материала способствует достижению заявленного технического результата полезной модели.
Для достижения заявленного технического результата достаточно хотя бы одного слоя химически модифицированного волокнистого фильтрующего материала, с обеспечением увеличения гидрофильности или гидрофобности поверхности это материала, поскольку увеличение количества слоев ведет к усилению описанного эффекта, ввиду увеличения высоты слоя этого материала в фильтрующем патроне, а следовательно увеличению времени контакта очищаемой воды с этим материалом, а следовательно достижению заявленного технического результата полезной модели.
Таким образом, очевидно, что включение в состав фильтрующего патрона меньшей мере, по одному слою волокнистого фильтрующего материала над и под слоем зернистого сорбционного материала по ходу движения воды через фильтрующий патрон, который может быть химически модифицирован с обеспечением увеличения гидрофильности или гидрофобности поверхности это материала, обеспечивает достижение заявленного технического результата полезной модели.
В таблицах 1 и 2 представлены результаты сравнительной реализации заявляемой полезной модели и известного технического решения (в соответствии с патентом на полезную модель №59996, B01D 27/00, опубл. 10.01.2007 г.).
Фильтрующие патроны представляли из себя цилиндры из пластика диаметром 400 мм и общей высотой 1200 мм с открытыми верхним и нижним концами, где располагались слои волокнистых фильтрующих материалов и зернистых сорбционных материалов.
В качестве фильтрующих материалов использовали комбинацию: синтепон-дорнит.Линейная скорость движения воды через фильтр составляла 7,1±0,1 м/час.
Модельная сточная вода готовилась на основе кварцевого песка (размер частиц 50-150 мкм) и бензола (в качестве растворенного нефтепродукта), путем смешивания ингридиентов в заданном соотношении в воде в емкости с мешалкой, и подачи этой смеси насосом на вход фильтрующего патрона. Концентрация взвешенных веществ на входе в фильтрующий патрон поддерживалась постоянной на уровне 10±3 мг/л, а концентрация бензола на уровне 2,5±0,2 мг/л.
В таблице 1 представлено сравнение эффективности очистки для заявляемой полезной модели и известного технического решения при одновременной очистке модельной сточной воды от взвешенных веществ и растворенных нефтепродуктов. В качестве зернистой сорбционной загрузки использовался слой активированного азот-содержащего угля МАУ-2А, а в качестве волокнистого фильтрующего материала комбинация слоев материалов синтепон-дорнит толщиной 100 мм (синтепон) и 20 мм (дорнит). Первым по ходу движения воды располагался синтепон (как менее плотный материал), а после него - дорнит.
Из таблицы 1 видно, что фильрующий патрон сразу после его ввода в эксплуатацию выделяет в воду довольно большое количество взвешенных веществ (угольной пыли), которая сильно ухудшает очистку воды от этих веществ (то есть добавляет их в воду). При использовании дополнительного слоя фильтрующего волокнистого материала на выходе из фильтропатрона большая часть пыли из слоя активированного угля задерживается. По мере накопления взвешешнных веществ, задержанных волокнистым фильтрующим материалом (в процессе эксплуатации фильтрующего патрона) эффективность очистки по взвешенным веществам увеличивается, поскольку задержанные материалом частицы сужают просвет пор в материале между волокнами, что приводит к задержанию более мелких частиц.
В таблице 2 (второй пример) представлено сравнение эффективности очистки для заявляемой полезной модели и известного технического решения при одновременной очистке модельной сточной воды от взвешенных веществ и растворенного иона марганца. В качестве зернистой сорбционной загрузки использовался слой природного цеолита (клиноптилолита), а в качестве волокнистого фильтрующего материала -комбинация синтепон-дорнит в соотношении и расположении в фильтрующем патроне аналогично вышеописанному.
Модельную сточную воду в этом случае готовили аналогично вышеописанному с использованием кварцевого песка и соли двухвалентного марганца.
Из таблицы 2 видно, что фильтрующий патрон (как и в первом примере) сразу после его ввода в эксплуатацию выделяет в воду большое количество взвешенных веществ (цеолитовой пыли), которые сильно ухудшают очистку воды от этих веществ (добавляя их в воду). Также как и в первом примере, использование дополнительного слоя фильтрующего волокнистого материала на выходе из фильтрующего патрона приводит к задержанию большей части пыли из слоя природного цеолита, то есть увеличению общей эффективности очистки по взвешенным веществам. Одновременно (как видно из таблицы 2) фильтрующий патрон в обоих случаях производит очистку воды от растворенного в ней иона марганца.
Известное техническое решение - фильтропатрон диаметром 400 мм, высотой 1200 мм, сверху решетка.
Верхний слой фильтрующего материала - слой синтепона 100 мм и слой дорнита 20 мм.
Загрузка зернистого сорбционного материала - слой активированного угля МАУ-2А (высота 900 мм).
Заявляемое техническое решение - фильтропатрон диаметром 400 мм, высотой 1200 мм, сверху решетка.
Верхний слой фильтрующего материала - слой синтепона 100 мм.
Нижний слой фильтрующего материала - слой дорнита 20 мм.
Загрузка зернистого сорбционного материала - слой активированного угля МАУ-2А (высота 900 мм).
Техническое решение - фильтропатрон диаметром 400 мм, высотой 1200 мм, сверху решетка.
Верхний слой фильтрующего материала - слой синтепона 100 мм и слой дорнита 20 мм.
Загрузка зернистого сорбционного материала - природного цеолита (клиноптилолита, высота 900 мм).
Заявляемое техническое решение - фильтропатрон диаметром 400 мм, высотой 1200 мм, сверху решетка.
Верхний слой фильтрующего материала - слой синтепона 100 мм.
Нижний слой фильтрующего материала - слой дорнита 20 мм.
Загрузка зернистого сорбционного материала - природного цеолита (клиноптилолита, высота 900 мм).