ФИЛЬТРУЮЩИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ
WATER 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.
Известна «Установка для очистки и обеззараживания воды», включающая гидроциклон, фильтр осветлительный, насос, гидродинамический импульсный генератор роторного типа с электроприводом, кавитационный реактор-циклон, два эжектора, проскоковый фильтр, при этом гидродинамический импульсный генератор содержит горизонтально расположенный полый корпус, который имеет диаметрально расположенные два отверстия со вставленными в них разгонными форсунками. Патент РФ на изобретение №2305073; МКИ: C02F 9/00, дата публ. 2007.08.27.
Известна «Установка для фильтрации сточных вод», в корпусе которой на опорную решетку засыпан слой фильтрующего материала, при этом очищаемая вода через фильтрующий слой попадает в нижнюю камеру, из которой в стояк, а затем в накопитель воды для обратной промывки. Для очистки фильтра предусмотрен процесс обратной промывки, и при необходимости в пространство над решеткой с помощью системы фильтрации вводят воздух.
Патент Германии №4030376, МКИ 5 C02F 3/00; 3/20; Пуб. бюл №7 ИСМ вып.38 1993 г. Патентообладатель: Steinmann G. m.b.H.
Недостатком вышеописанных устройств является их недостаточно высокая фильтрующая способность вследствие неполного использования мелкопористых слоев фильтрующей загрузки.
Известна установка для очистки и обеззараживания воды, включающая фильтр грубой очистки, напорные сорбционные фильтры, фильтр тонкой очистки и УФ-облучатель, при этом сорбционные фильтры включают активированный уголь в качестве сорбента и оба фильтра снабжены блоками управления, выполняющими две функции: первая-подача сверху очищаемой воды, а вторая - подача воды в режиме промывки, при этом установка реализует способ по п.1-4 (п.9 формулы).
Патент РФ на изобретение №23608702; МКИ: C02F 9/08, д. публ. 2009.07.10.
Наиболее близким техническим решением к установке является «Дренажный фильтр», содержащий каркас в виде перфорированной трубы и пористую гильзу из волокнистого материала, охватывающую наружную поверхность перфорированной трубы, при этом он снабжен размещенными на обеих сторонах каркаса муфтами, пористая гильза выполнена пневмоэкструзией и изготовлена из многослойного волокнистого материала с пористостью 80-400 мкм, отверстия перфорированной трубы выполнены коническими, расположены по диаметру каркаса со смещением их в соседних рядах, равным половине шага между отверстиями, при этом меньший диаметр конических отверстий составляет 0,04-0,1 внутреннего диаметра трубы, а больший диаметр 0,1-0,2 наружного диаметра перфорированной трубы.
Патент РФ на изобретение №2169035; МКИ: B01D 27/00, д. публ. 2001.06.20.
К техническому результату, достигаемому с помощью предлагаемого устройства, относятся повышение эффективности фильтрации за счет использования в дренажно-распределительной системе фильтрующего модуля перфорированной трубы, снабженной отверстиями разного диаметра для подачи воздуха и воды.
Кроме того, конструкция устройства фильтрующего модуля позволяет также сократить срок и стоимость выполнения ремонтных и монтажных работ.
2
1
2
1
1
2
Технический результат достигается путем того, что фильтрующий модуль для очистки воды содержит загрузку и дренажно-распределительную систему в виде перфорированной трубы, снабженной пористой гильзой из волокнистого материала и охватывающей наружную поверхность перфорированной трубы, а также соединительные элементы. Перфорированная труба снабжена отверстиями разного диаметра для подачи воздуха и воды, при этом диаметр d отверстия для подачи воды равен двум диаметрам d отверстия для подачи воздуха: d=2d. В свою очередь, расстояние l между отверстиями для подачи воздуха равно двум расстояниям l между отверстиями для подачи воды:
1
2
l=2l.
Расчетная площадь отверстий перфорированной трубы находится в следующей зависимости:
o
1
1
2
2
пор
2
2
S=[(n×0,785×d )+(n×0,785×d )]×k,
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.
Фильтрующий модуль для очистки воды поясняется чертежами.
Фиг.1 - фильтрующий модуль для очистки воды (продольный разрез).
Фиг.2 - фильтрующий модуль для очистки воды (поперечный разрез).
2
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
2
Согласно фиг.1 и 2 фильтрующий модуль для очистки воды содержит перфорированную трубу 1. Наружную поверхность перфорированной трубы охватывает пористая гильза 2, полученная пневмоэкструзией и представляющая собой многослойный волокнистый материал с пористостью 80-400 мкм. Соединительные элементы в виде торцевого элемента 3 и накидной гайки 4, фильтрующую загрузку 5. Перфорированная труба 1 снабжена отверстиями разного диаметра для подачи воздуха 6 и воды 7, при этом диаметр d отверстия 7 для подачи воды равен двум диаметрам d отверстия 6 для подачи воздуха: d=2d. В свою очередь, расстояние l между отверстиями 6 для подачи воздуха равно двум расстояниям l между отверстиями 7 для подачи воды: l=2l. Соответственно, если d=4 мм, то диаметр отверстия 7 для подачи воды d=8 мм, расстояние l=140 мм между отверстиями 6 для подачи воздуха, а расстояние между отверстиями 7 для подачи воды l=70 мм.
Расчетная площадь отверстий перфорированной трубы находится в следующей зависимости:
o
1
1
2
2
пор
2
2
S=[(n×0,785×d )+(n×0,785×d )]×k,
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.
Перфорированная труба 1 выполняется диаметром согласно данным гидравлического расчета для каждого конкретного фильтра.
Базовая перфорация выполняется следующим образом:
- 2 ряда отверстий ⌀4 мм в количестве 12 штук на 1 п.м. в шахматном порядке под углом 60° к вертикальной оси внизу трубы для подачи воздуха на барботаж и прием фильтрата;
- 2 ряда отверстий ⌀8 мм в количестве 30 штук на 1 п.м. в шахматном порядке под углом 40° к вертикальной оси внизу трубы для подачи воды на промывку и прием фильтрата.
Количество отверстий и диаметр перфорированной трубы определяются в зависимости от условий эксплуатации перфорированных труб дренажно-распределительной системы фильтрующего модуля. В зависимости от условий эксплуатации дренажно-распределительная система фильтрующего модуля может монтироваться из n-го количества перфорированных труб.
Способ регенерации загрузки в фильтрующем модуле осуществляется следующим образом.
а) Фильтрование.
Прием фильтрата осуществляется всеми дренажными отверстиями системы. Производительность дренажно-распределительной системы двойного назначения (вода-воздух) определяется по формуле:
др
пop
1
1
1
2
2
2
2
2
Q=0,785×L×√2gH×k×(µ×d ×n+µ×d ×n),
др
где L - общая длина дренажной системы фильтра;
H - 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:
o
1
1
2
2
пор
2
2
S=[(n×0,785×d )+(n×0,785×d )]×k,
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·ми регулируется в ходе пусконаладочных 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.
Предлагаемое устройство для очистки воды повышает эффективность фильтрации за счет использования в дренажно-распределительной системе фильтрующего модуля перфорированной трубы, снабженной отверстиями разного диаметра для подачи воздуха и воды, а также сокращает срок и стоимость выполнения ремонтных и монтажных работ.