ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН

Область техники
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к устройствам для их очистки, размещаемым внутри канализационных колодцев.
Уровень техники
Известны фильтрующие патроны для очистки воды, содержащие цилиндрический корпус, заполненный очищающими воду материалами, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний водопроницаемый конец, наружный фланец, по периметру корпуса, и строповочные устройства. Подобные решения описаны в следующих патентах на полезные модели:
№149624, B01D 27/02, C02F 1/00, E03F 5/14, опубликованный 10.01.2015;
№149627, B01D 27/02, C02F 1/28, опубликованный 10.01.2015;
№150862, B01D 27/02, опубликованный 27.02.2015;
№151523, B01D 27/02, C02F 1/28, опубликованный 10.04.2015;
№156036, B01D 27/02, B01J 39/08, C02F 1/28, опубликованный 27.10.2015;
№156676, B01D 27/02, C02F 1/28, C02F 101/20, C02F 101/32; опубликованный 10.11.2015;
Известны фильтрующие патроны для очистки воды, содержащие цилиндрический корпус, заполненный очищающими воду материалами, имеющий боковую цилиндрическую стенку, верхний водопроницаемый конец, наружный фланец, по периметру корпуса, и строповочные устройства, причем в цилиндрическом корпусе может быть вертикально (то есть параллельно оси корпуса) расположен элемент в виде трубы для сброса неочищенной воды. Подобные решения описаны в следующих патентах на полезные модели:
№138579, B01D 27/02, C02F 1/00, E03F 5/14, опубликованный 20.03.2014;
№166602, B01D 27/02, C02F 1/00, E03F 5/14; опубликованный 10.12.2016;
С формальной точки зрения если в центре цилиндра размещен элемент в форме трубы (являющийся цилиндром), то оставшаяся методом вычитания часть цилиндра тоже является элементом в форме трубы, причем в данном случае элементом, заполненным очищающим материалом. Однако принцип работы фильтрующего патрона в данном случае аналогичен описанным выше, так как элемент в форме трубы с очищающим материалом в данном случае лишен водопроницаемых боковых стенок, а вода проходит только через торцевую часть этого элемента в форме трубы.
Недостатком всех вышеперечисленных устройств является их низкая производительность по очищаемой вводе, ввиду невозможности увеличения площади сечения, через которое проходит поток воды, больше, чем площадь сечения цилиндрического корпуса фильтрующего патрона в направлении его диаметра.
Решение, описанное в патенте на полезную модель №138579, является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и принято за прототип.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции фильтрующего патрона, способного обеспечить максимальную производительность, при наличии цилиндрического корпуса и ограниченности пространства для размещения фильтрующего патрона при неизменном качестве очистки.
Технический результат полезной модели заключается в увеличении удельной производительности фильтрующего патрона при неизменном качестве очистки.
Под "удельной производительностью при неизменном качестве очистки" здесь и далее подразумевается интегральная сумма объемов пропущенной через фильтр воды (взятая за продолжительный стандартный промежуток времени), отнесенная к длительности этого стандартного промежутка времени и отнесенная к площади сечения фильтра, при сохранении качества очистки на нем. Качество очистки в данном случае определяется как разница концентраций определенного загрязнителя до и после очистки, отнесенная к концентрации этого загрязнителя до очистки.
Заявляемый технический результат достигается тем, что фильтрующий патрон для очистки воды, состоящий из цилиндрического корпуса, в состав которого входят боковая стенка, верхнее водопроницаемое днище, нижнее днище, наружный сплошной фланец по периметру корпуса и строповочные устройства в верхней части корпуса, имеющий в своем составе очищающий воду материал, расположенный в элементе, имеющем форму трубы, расположенном в пространстве внутри корпуса параллельно оси корпуса, отличается тем, что элемент, имеющий форму трубы, ограничен с двух сторон водопроницаемыми цилиндрическими стенками.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели рассматривается ее описание с привлечением сопровождающих чертежей.
Фиг. 1 - Общий вид фильтрующего патрона в разрезе, установленного в бетонном канализационном колодце системы ливневой канализации, причем очищаемая вода в элементе, имеющем форму трубы, движется из центра к наружному краю элемента.
Фиг. 2 - Общий вид фильтрующего патрона в разрезе, установленного в бетонном канализационном колодце системы ливневой канализации, причем очищаемая вода в элементе, имеющем форму трубы, движется от края отсека к его центру.
Фиг.3 - Общий вид фильтрующего патрона в разрезе, установленного в бетонном канализационном колодце системы ливневой канализации, причем очищаемая вода в элементе, имеющем форму трубы, движется из центра к краям отсека, который совпадает с цилиндрической стенкой корпуса фильтрующего патрона.
Фиг. 4 - Общий вид фильтрующего патрона в разрезе, установленного в бетонном канализационном колодце системы ливневой канализации, причем очищаемая вода движется в двух элементах, имеющих форму труб.
Предлагаемые чертежи иллюстрируют только несколько из предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничения содержания полезной модели, которое не включает другие варианты ее исполнения.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1, 2, 3, 4 представлено схематичное изображение заявляемого фильтрующего патрона, установленного в железобетонный колодец для очистки стока в сети ливневой канализации, где обозначены: 1 -фильтрующий патрон, 2 - железобетонный колодец, 3 - опорное кольцо, 4 -наружный сплошной фланец по периметру корпуса, 5 - строповочные устройства, 6 - очищающий материал, 7 - элемент, имеющий форму трубы, ограниченный с двух сторон водопроницаемыми цилиндрическими стенками, 8 - водопроницаемые цилиндрические стенки, 9 - труба подвода неочищенного стока, 10 - труба отвода очищенного стока. Стрелками показано направление движения воды.
Фильтрующий патрон 1 (имеющий сплошной фланец 4 и строповочные устройства 5) установлен внутри бетонного канализационного колодца 2 на опорном кольце 3, которое разделяет внутренний объем бетонного канализационного колодца 2 на две части - верхнюю с неочищенной водой и нижнюю с очищенной водой. Неочищенная сточная вода через трубопровод 9 попадает в верхнюю часть бетонного канализационного колодца 2, проникает внутрь фильтрующего патрона 1 через верхнее водопроницаемое днище, проходит очищающий материал 6 в вертикальном элементе 7, имеющем форму трубы, ограниченном с двух сторон водопроницаемыми цилиндрическими стенками 8. Затем уже очищенный сток выходит из фильтрующего патрона 1 и отводится из бетонного канализационного колодца 2 через трубопровод 10.
Как известно (например, из "Федорова, А.И. Исследование процесса фильтрования морской воды для рыбоводных предприятий [Текст] / А.И. Федорова, С.Д. Угрюмова // Известия ТИНРО. - 2014. - Т. 177. - С. 257 - 267" или из "Смирнов, Н.Н. Расчет и моделирование ионообменных реакторов [Текст] / Н.Н. Смирнов, А.И. Волжинский, В.А. Константинов. - Л.: Химия, 1984. - 224 с: ил.)" производительность цилиндрических фильтров в направлении, совпадающем с осью цилиндра, прямо пропорциональна сечению слоя очищающего материала, через которое в фильтре проходит вода, при некоторой неизменной линейной скорости движения воды и длине слоя. При изменении линейной скорости движения воды изменяется качество очистки. При неизменности длины слоя очищающего материала с увеличением линейной скорости воды в слое очищающего материала качество очистки падает, так как вода меньшее время контактирует с очищающим материалом, а с уменьшением линейной скорости качество очистки возрастает.
Следовательно, для увеличения удельной производительностью при неизменном качестве очистки необходимо: обеспечить длину слоя очищающего материала неизменной, обеспечить линейную скорость воды в очищающем материале неизменной, увеличивать сечение очищающего материала, через который проходит очищаемая вода.
Все аналоги заявляемого фильтрующего патрона имеют такую конструкцию, что вода в очищающем материале движется в направлении, совпадающем с осью цилиндрического корпуса фильтрующего патрона, и тем самым площадь сечения очищающего материала определяется диаметром фильтрующего патрона, который, в свою очередь, определяется диаметром колодца.
Заявляемый фильтрующий патрон и все фильтрующие патроны-аналоги устанавливаются в канализационные колодцы, размеры которых лимитированы стандартными железобетонными элементами по "ГОСТ 8020-2016. Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных и газопроводных сетей. Технические условия. [Текст]. - Введ. 2017-07-01. - М: Стандартинформ, 2017. - 23 с.". Потому увеличивать диаметр колодца для увеличения производительности фильтрующих патронов, в них установленных, возможно, но не более двух с половиной метров (максимальный размер стенового железобетонного кольца по "ГОСТ 8020-2016. Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных и газопроводных сетей. Технические условия. [Текст]. - Введ. 2017-07-01. - М.: Стандартинформ, 2017. - 23 с.", хотя на практике используются как правило кольца не более двух метров).
Но у железобетонных колодцев имеется вторая характеристика, пределы изменения которой не регламентированы и более широки, это их высота. Следовательно, можно рассмотреть возможность использования высоты фильтрующих патронов для увеличения их производительности.
Если разместить очищающий материал в элементе (расположенном параллельно оси цилиндрической стенки фильтрующего патрона), имеющем форму трубы (ширина которого постоянна), ограниченном с двух сторон водопроницаемыми цилиндрическими стенками, то при увеличении высоты фильтрующего патрона увеличивается площадь сечения очищающего материала, через которое проходит очищаемая вода (вода в очищающем материале движется перпендикулярно высоте фильтрующего патрона), а вот длина слоя (определяемая разницей радиусов внешней и внутренней цилиндрических стенок элемента, имеющего форму трубы) очищающего материала остается неизменной.
Такой подход позволяет создавать фильтрующие патроны в более широком диапазоне значений производительности, обеспечивающие стандартное качество очистки (при равной длине слоя очищающего материала), причем устанавливаемые в железобетонные колодцы диаметром до двух метров, собираемые из стандартных элементов по "ГОСТ 8020-2016. Конструкции бетонные и железобетонные для колодцев канализационных, водопроводных и газопроводных сетей. Технические условия. [Текст]. -Введ. 2017-07-01. - М.: Стандартинформ, 2017. - 23 с.".
Следует отметить, что фильтрующие патроны для очистки воды, состоящие из цилиндрического корпуса, в состав которого входят боковая стенка, верхнее водопроницаемого днище, нижнее днище, наружный сплошной фланец по периметру корпуса и строповочные устройства в верхней части корпуса, имеющие в своем составе очищающий воду материал, очень распространены в России, что подтверждается данными, приведенными в разделе "уровень техники", а также многочисленными статьями о фильтрующих патронах, опубликованных в научных журналах за последние годы (например, "Бобков, А.В. Очистка загрязненных ливнестоков на мостах автомобильных дорог [Текст] / А.В. Бобков, О.А. Бобкова // Дороги и мосты. - 2010. - №24. - С. 231-247", "Ватин, Н.И. Особенности состава и очистки поверхностного стока крупных городов [Текст] / Н.И. Ватин, В.Н. Чечевичкин // Инженерно-строительный журнал. - 2014. - №6. - С. 67-74", "Ватин, Н.И. Экономичная очистка поверхностного стока в крупных городах. Фильтрационно-сорбционные технологии [Текст] / Н.И. Ватин, В.Н. Чечевичкин // ЕвроСтройПрофи. -2015. - №78. - С. 48-52", "Ватин, Н.И. Результаты тестовой эксплуатации фильтра ФОПС для очистки ливневого стока с селитебной территории Санкт-Петербурга [Текст] / Н.И. Ватин, М.А. Греков, Л.В. Леонов, М.Д. Пробирский, О.Н. Рублевская, А.В. Чечевичкин, Л.А. Якунин // Водоснабжение и санитарная техника.- 2017. - №1. - С. 58-65", "Норман, Л.В. Очистка поверхностных сточных вод Петербурга [Текст] / Л.В. Норман, Е.Н. Выскубова // Научные труды КубГТУ. - №2. - 2016. - С. 1-11"). Следовательно, учитывая "Российская Федерация. Законы. О стандартизации в Российской Федерации [Текст]: федер. закон от 29 июня 2015 года N 162-ФЗ: [принят Гос. Думой 19 июня 2015 г.: одобр. Советом Федерации 24 июня 2015 г. ]. - (Актуальный закон)", такая конструкция может быть принята за стандартную и должна применяться максимально широко.
Особенности частных форм типа очищающего материала не влияют на достижение технического результата, так как стандартная длина слоя очищающего материала обеспечивает стандартное качество очистки воды на любом очищающем материале.
Особенности частных форм направления движения очищаемой воды в отсеке, имеющего форму трубы, из центра к краям или от краев к центру не влияют на достижение технического результата, поскольку стандартная длинна слоя очищающего материала обеспечивает стандартное качество очистки воды в любом случае.
Особенности частных форм количества элементов, имеющих форму трубы, в составе одного фильтрующего патрона не влияют на достижение технического результата, так как он достигается при любом количестве элементов, имеющих форму трубы, хоть и в разной степени. Данный подход позволяет стандартизовать длину слоя очищающего материала в фильтрующих патронах разного диаметра. В фильтрующих патронах малого диаметра будет один элемент стандартных геометрических размеров, имеющий форму трубы, а в фильтрующем патроне большего диаметра их будет уже несколько и работать они будут параллельно, тем самым увеличивая общую производительность фильтрующего патрона.
При фактическом осуществлении полезной модели в материальных носителях (изделиях), такие изделия найдут широкое применение, например, при очистке ливневого стока (непосредственно в колодцах ливневой канализации) с территорий объектов, расположенных в горах, где отсутствие грунтовых вод позволяет строить колодцы достаточно большой глубины.