НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ

Полезная модель относится к области очистки жидкости в фильтрах с зернистой загрузкой и может найти применение в технологии водоподготовки и очистки сточных вод, при очистке от загрязнений различных жидкостей в машиностроении, химической промышленности и др.
В качестве зернистой загрузки фильтра могут использоваться натуральные материалы: песок, гравий, антрацит, керамзиты, мраморная крошка и т.п., или искусственные материалы в форме гранул (зерен). Размер зерен обычно 0,8-2,5 мм.
Напорные фильтры с зернистой загрузкой серийно производятся и широко используются в системах оборотного водоснабжения, например, автомоек. Для продления срока использования зернистой загрузки обычно осуществляют ее периодическую промывку обратным потоком воды с направлением ее в дренаж (отстойники, осушители и т.д.). Недостаточная эффективность очистки, т.е. регенерации зернистой загрузки, обуславливает необходимость частой частичной или полной замены зернистой загрузки, что усложняет и удорожает процесс очистки жидкости.
Известен фильтр для очистки нефтесодержащих сточных вод по патенту RU 2040947, в котором применяется загрузка из упругоэластичного фильтрующего материала, содержащий шнек с полым валом, использующийся для распределения очищаемой воды по объему загрузки и ее регенерации путем отжима при вращении шнека специальным приводом. Недостатком этого фильтра является сложность конструкции и применимость только для упруго-эластичного фильтрующего материала.
Известен фильтр по патенту RU 2124382, в котором используется два шнека, располагаемые над зернистой загрузкой и под ней, с возможностью реверсного вращения специальным приводом. Шнеки играют роль шнековых насосов и позволяют сгребать загрязнения, накапливающиеся в верхнем слое зернистой загрузки и на плавающей над ней перфорированной перегородке, что облегчает вымывание накопившихся загрязнений из зернистой засыпки. Недостатком фильтра является сложность конструкции, большие габариты фильтра при относительно малом объеме используемой зернистой загрузки и, соответственно, малой ее грязеемкости.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению конструкции напорного фильтра можно считать патент RU 2201789, в котором предлагается для увеличения грязеемкости и облегчения процесса регенерации зернистой загрузки фильтра путем пропускания через нее обратного потока воды и слива ее вместе с загрязнениями в дренаж, производить механическое рыхление зернистой загрузки. По указанному патенту механическое рыхление верхнего слоя зернистой загрузки осуществляется возвратно-поступательным перемещением пространственной рамы с наклонными лотками, которые при опускании вниз внедряются в зернистую загрузку, а после этого поднимаются вверх и сдвигают слои зернистой загрузки. Реверсивное возвратно-поступательное движение осуществляет специальный механизм.
Недостатком рассматриваемого фильтра является то, что рыхление производится только верхнего слоя зернистой загрузки, а загрязнения, проникшие в более глубокие слои, будут отмываться обратным потоком воды также плохо, как и в типовой конструкции напорного фильтра с зернистой загрузкой. Конструкция механизма реверсивного возвратно-поступательного движения, располагаемого вне корпуса фильтра, является сложной и трудно осуществимой в практических условиях.
Техническими задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью является создание простой конструкции фильтра с зернистой загрузкой, увеличение ее грязеемкости и улучшение условий промывания от задерживаемых фильтром загрязнений, что увеличивает срок использования зернистой загрузки и уменьшает затраты на очистку воды или другой очищаемой жидкости.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого напорного фильтра с зернистой загрузкой, состоящего из вертикально расположенного цилиндрического корпуса 1, соосно расположенного в нем шнека 2 с переменным шагом винтовой поверхности, увеличивающимся снизу вверх, нижней крышки 3 и верхней крышки 4, верхней перфорированной перегородки с сеткой 5 и нижней перфорированной перегородки с сеткой 6. Внутри корпуса в пространстве между перегородками располагается зернистая загрузка 7, при этом в исходном положении шнека между верхней перфорированной перегородкой и уровнем находящейся в корпусе зернистой загрузкой имеется свободное пространство, которое может быть заполнено зернистой загрузкой при повороте шнека на предусмотренный угол его поворота в направлении ввинчивания.
Верхняя крышка имеет патрубок подвода очищаемой воды 8 и патрубок 9 для отвода загрязнений в дренаж. Нижняя крышка имеет патрубок 10 отвода очищенной воды и патрубок 11 подвода воды для промывки фильтра. В верхней крышке имеется устройство 12, фиксирующее проходящий через отверстия в верхней перфорированной перегородке и крышке вал шнека от осевого смещения и герметизирующее зазор между валом и крышкой. К верхнему концу вала прикреплена рукоятка 13 для поворота шнека.
В нижней части шнека пластина его винтовой поверхности отогнута вниз в плоскости оси шнека, образуя скребок 14, сдвигающий зерновую загрузку на перфорированной перегородке при повороте шнека.
На внутренней поверхности корпуса в несколько ярусов по его высоте закреплены радиально направленные стрежни 15 длиной примерно 0,15 диаметра шнека, ограничивающие вращение зернистой загрузки при повороте шнека. Места крепления стержней выбираются из расчета обеспечения возможности установки шнека в корпус путем его ввинчивания, при этом позволяя в штатном положении поворачивать шнек на угол не менее 90° от исходного положения, когда шнек вывинчен.
Фильтр используется следующим образом. После проведения монтажных работ, связанных с соединением корпуса 1 с нижней крышкой 3 и закрепляемой между ними перфорированной перегородки 6, в корпус устанавливается шнек 2 путем его ввинчивания между штырями 15. Далее корпус заполняется зернистой загрузкой 7 требуемого состава, обеспечивая требуемое свободное пространство между ее верхним уровнем и плоскостью торца корпуса. После этого на вал шнека надевается перфорированная перегородка 5 и верхняя крышка 4 с устройством 12, и производится крепление фланцев крышки и корпуса. На выступающий конец вала шнека крепят рукоятку 13 и поворачивают шнек по направлению его вывинчивания до предельного положения (его упора в штырь).
При закрытых кранах патрубка 9 и патрубка 11 и открытом кране патрубка 10 через патрубок 8 в фильтр подается очищаемая вода, которая проходя через капилляры зернистой загрузки очищается. По мере забивания капилляров зернистой загрузки улавливаемыми загрязнениями увеличивается противодавление подаваемому в фильтр потоку воды, что может контролироваться манометром (на рисунке манометр не показан). При достижении установленного предельного давления производят очистку фильтра путем вымывания загрязнений из зернистой загрузки водой, подаваемой в противоположном направлении. Для этого закрывают краны патрубков 8 и 10, и при открытом кране патрубка 9 подают в фильтр воду через патрубок 11, при этом поворачивают рукояткой 13 шнек 2 на угол не менее 90° по направлению завинчивания.
Ввинчиваясь в зернистую загрузку, вращательное движение которой ограничивается закрепленными на стенках корпуса штырями, шнек поднимает ее вверх, при этом, при переменном шаге винтовой поверхности шнека, ниже располагаемые слои загрузки переходят в большее по объему пространство и таким образом разрыхляются. Это облегчает вымывание имеющихся между зернами загрязнений. Кроме того, механические сдвиги зерен относительно друг друга приводят к оттиранию прилипших к зернам загрязнениям - это также активизирует процесс регенерации зернистой загрузки.
После завершения промывки, о чем можно судить по визуальному наблюдению за сливом загрязнений в дренаж, рукояткой 13 поворачивают шнек 2 по направлению его вывинчивания до его исходного положения. При этом скребок 14 сгребает зернистую загрузку с поверхности перегородки 6, исключая заклинивание зерен между тыльной поверхностью лопасти шнека и перфорированной перегородкой, предотвращая ее повреждение.
Далее краны патрубков переводятся в положение очистки жидкости и процесс очистки повторяется.
Таким образом, предлагаемая конструкция напорного фильтра с зернистой загрузкой обеспечивает хорошее промывание зернистой загрузки во всем ее объеме. Механическое оттирание загрязнений с поверхности сдвигаемых относительно друг друга зерен повышает качество регенерации зернистой загрузки. Дополнительным преимуществом предлагаемого фильтра является то, что длина коридора, образуемого винтовой поверхностью шнека и корпусом, больше непосредственно высоты слоя зернистой загрузки в корпусе фильтра, т.е. путь проходимый очищаемой водой больше. Это способствует повышению качества очистки воды.
В конечном счете, предлагаемая конструкция увеличивает срок работы фильтра между промывками зернистой загрузки и ее замены, что повышает производительность процесса очистки воды и снижает себестоимость очищенной воды, при этом качество очистки воды повышается.