ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН

Назначение и область применения
Полезная модель относится к области очистки сточных вод, а именно к устройствам для очистки от взвешенных веществ и эмульгированных нефтепродуктов при окончании канализационной сети перед контрольным колодцем.
Предшествующий уровень техники
Известен фильтрующий патрон для очистки воды, содержащий загрузку, включающую волокнистый механический фильтрующий материал, состоящий из лавсана и синтепона, или минерального стекловолокна, а также гидрофобный зернистый материал, в качестве которого используется модифицированный азотсодержащий уголь, а также решетку для предварительной механической очистки воды, установленную над фильтрующей загрузкой (Патент на полезную модель №59996 опубл. 10.01.2007 г. B01D 27/00).
Недостатком данного технического решения является быстрая забиваемость фильтрующих материалов, входящих в патрон, взвешенными частицами, поскольку площадь фильтрации ограничена площадью сечения круглого днища корпуса фильтрующего патрона, что обуславливает малый ресурс его работы.
Известен фильтрующий патрон для обработки воды с гравитационной подачей, содержащий: гидрофильный пористый фильтр очистки от частиц, имеющий открытый верхний конец, закрытый нижний конец и по меньшей мере одну боковую стенку между ними и соединительный элемент, уплотняющий гидрофильный пористый фильтр очистки от частиц в соединении с частью фильтрующего патрона, расположенной вблизи верхнего конца указанного фильтра, причем фильтрующий патрон имеет такую конструкцию и расположен таким образом, чтобы позволять воде течь под действием силы тяжести в открытый верхний конец и через боковые стенки пористого фильтра очистки от частиц по мере вытеснения воздуха из открытого верхнего конца. Гидрофильный пористый фильтр очистки от частиц содержит листовые фильтрующие материалы и зернистые материалы в виде гранулированного активированного угля. (Патент №2225744, опубл. 20.03.2004 B01D 27/00).
Недостатком данного технического решения является быстрая забиваемость поверхности боковой стенки пористого фильтра взвешенными частицами, поскольку площадь ее ограничена площадью поверхности этой стенки, что обуславливает малый ресурс его работы.
Известен фильтрующий патрон, заполненный фильтрующим материалом, выполненный в форме открытого стакана, который может быть закрыт сверху крышкой, имеющий боковые стенки и дно с по меньшей мере одним выходным отверстием, закрытым по меньшей мере одним водопроницаемым материалом, у которого дно патрона выполнено с возможностью использования водопроницаемого материала, доходящего до внешнего края боковых стенок и изготовленного из волокон, с достаточно малым диаметром. (Заявка на изобретение №2008121728, опубл. 20.12.2009, B01D 27/00).
Данное техническое решение является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и принято за прототип.
Недостатком данного технического решения является быстрая забиваемость водопроницаемого материала, расположенного на дне фильтрующего патрона, взвешенными частицами из-за его малой поверхности, что обуславливает и малый ресурс его работы.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции фильтрующего патрона, обеспечивающей наилучшую, среди известных, очистку сточных вод для технических и технологических целей в водообороте, а также ее сброса в водохозяйственные и рыбохозяйственные водоемы или в городскую общесплавную и ливневую канализации.
Технический результат заключается в повышении времени работы фильтра до его забивки (то есть увеличении ресурса работы) взвешенными частицами.
Заявляемый технический результат достигается тем, что фильтрующий патрон для очистки воды выполнен в форме открытого стакана с непроницаемыми боковыми стенками и проницаемым дном, имеющим по меньшей мере одно выходное отверстие, закрытое, по меньшей мере, одним водонепроницаемым материалом, отличающийся тем, что дополнительно фильтрующий патрон имеет внутри открытого стакана, по меньшей мере, один пористый цилиндрический фильтр с проницаемой для воды боковой поверхностью и непроницаемым верхним концом, а его нижний проницаемый конец герметично соединен с дном стакана таким образом, чтобы позволять вытекать воде из внутреннего объема открытого стакана через боковую поверхность, по меньшей мере, одного пористого цилиндрического фильтра и проницаемое дно стакана одновременно.
В предпочтительном варианте осуществления полезной модели фильтрующий патрон содержит над верхним концом, по меньшей мере, одного пористого цилиндрического фильтра по меньшей мере одну сменную или несменную решетку, и/или по меньшей мере одну сменную или несменную сетку, и/или по меньшей мере один сменный или несменный листовой фильтрующий материал, который может быть химически модифицирован.
В одном из вариантов осуществления полезной модели фильтрующий патрон содержит, по меньшей мере, один пористый цилиндрический фильтр, который является составным.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели внутренний объем фильтрующего патрона между стенками открытого стакана и, по меньшей мере, одним пористым цилиндрическим фильтром заполнен волокнистым материалом, который может быть химически модифицирован.
В еще одном из вариантов осуществления полезной модели по меньшей мере одна решетка, и/или по меньшей мере одна сетка, и/или по меньшей мере один листовой фильтрующий материал выполнены и размещены таким образом, что могут быть удалены через верхнюю часть фильтрующего патрона и заменены новыми.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания сущности полезной модели далее рассматриваются описание с привлечением сопровождающих чертежей:
Фиг. 1. Общий вид в разрезе фильтрующего патрона, установленного в бетонный колодец ливневой канализации.
Прилагаемый чертеж иллюстрирует только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели, поэтому не может рассматриваться в качестве ограничений содержания полезной модели, которое не включает другие варианты выполнения.
Осуществление полезной модели
Описываемый фильтрующий патрон может использоваться для очистки ливневых, производственных или любых других сточных вод.
На фиг. 1. показан один из фильтрующих патронов, установленный в бетонном колодце системы очистки ливневых канализационных вод.
Фильтрующий патрон 1 установлен внутри канализационного колодца 2 на его элементе - опорном кольце 3 при помощи опорного фланца 4, являющегося элементом фильтрующего патрона. Колодец закрыт плитой перекрытия 5 и крышкой люка 6, причем неочищенная вода подводится внутрь колодца к фильтрующему патрону 1 при помощи подводящего трубопровода 7, а очищенная вода после прохождения через фильтрующий патрон 1 удаляется из колодца 2 при помощи сливного трубопровода 8.
Движение воды через фильтрующий патрон 1 сверху вниз через верхний и нижний концы фильтрующего патрона осуществляется благодаря гидростатической разницей высот (ΔH) между уровнем воды внутри корпуса фильтрующего патрона и проницаемым дном 9 фильтрующего патрона при обеспечении герметичности соединения опорного кольца 3 и опорного фланца 4 фильтрующего патрона между собой.
Исходная, неочищенная вода попадает на решетку 10, расположенную на верхнем открытом конце фильтрующего патрона 1, где предварительно очищается от крупных предметов (листья, крупный мусор и т.д.), а затем попадает на сетку 11 (расположенную на решетке 12), где очищается от средних по размеру загрязнений (мелкий мусор, трава, насекомые и т.д), после чего попадает на листовой фильтрующий материал 13 (расположенный на сетке 14 и решетке 15), где очищается от мелких загрязнений (крупный песок, трава и т.д), после чего частично очищенная вода поступает внутрь корпуса фильтрующего патрона 1.
Далее вода проходит одновременно двумя путями: первым - через проницаемое дно 9, состоящее из решетки 16, на которой расположена сетка 17 и листовой фильтрующий материал 18 и вторым - через небольшую часть пористой стенки цилиндрического фильтра 19.
По мере забивки пор листового фильтрующего материала 18 взвешенными частицами и возрастании его сопротивления, возрастает и уровень воды ΔH внутри корпуса фильтрующего патрона 1, и вода фильтруется через увеличивающуюся по площади часть пористой стенки цилиндрического фильтра 19. Таким образом, в процессе работы фильтрующего патрона 1 осуществляется одновременное вытеснение воды из него через проницаемое дно и боковую поверхность пористого цилиндрического фильтра 19.
Технический результат заключается в повышении времени работы фильтра до его забивки (то есть увеличении ресурса работы) взвешенными частицами. Поскольку по мере забивки рабочей фильтрующей поверхности происходит подъем гидростатического уровня ΔH, то это приводит в свою очередь к захвату новой площади фильтрации цилиндрического фильтра 19, не забитой взвешенными частицами, то есть к сохранению расхода очищаемой воды через фильтрующий патрон и в конечном итоге к увеличению общего времени работы фильтрующего патрона (до забивки), то есть ресурса фильтрующего патрона.
Наличие в конструкции фильтрующего патрона по меньшей мере одного составного пористого цилиндрического фильтра позволяет наращивать высоту этого фильтра и при увеличении общей высоты фильтрующего патрона способствует увеличению общего ресурса его работы.
Наличие внутри объема между стенками открытого стакана фильтрующего патрона и, по меньшей мере, одним пористым цилиндрическим фильтром волокнистого материала также способствует увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку этот волокнистый материал дополнительно задерживает взвешенные твердые и жидкие (эмульгированные) частицы, находящиеся в воде, которые прилипают на его волокнах и задерживаются там, что уменьшает нагрузку на фильтрующую поверхность фильтрующего материала 18 и, по меньшей мере, одного пористого цилиндрического фильтра.
В качестве волокнистого материала используют известные в настоящее время, выпускаемые серийно и использующиеся для фильтрации жидких сред материалы: синтепон некаландрированный (полиэфирная вата), минеральная или базальтовая вата, волокно полиэфирное, полипропиленовое, стекловолокно, пряжа (путанка нитей), ватин синтетический. Эти материалы изготовлены на основе волокон, имеют нетканую хаотичную волокнистую структуру и обладают способностью к просачиванию (фильтрации) жидких сред, что позволяет им задерживать взвешенные частицы по ситовому, адгезионному и электро-статическому механизмам. Особенности частных форм волокнистых материалов не влияют на достижение заявляемого технического результата. Получение технического результата обеспечивается общими характеристиками указанных материалов.
Наличие по меньшей мере одной решетки внутри открытого стакана над верхним концом по меньшей мере одного пористого цилиндрического фильтра способствует увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку на решетке задерживается крупный мусор, который не попадает на фильтрующий материал 18 и, по меньшей мере, один пористый цилиндрический фильтр 19 и не забивает их.
Наличие по меньшей мере одной сетки над по меньшей мере одной решеткой также способствует увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку на решетке задерживается крупный и средний мусор, который не попадает на фильтрующий материал 18 и, по меньшей мере, один пористый цилиндрический фильтр 19 и не забивает их.
Наличие по меньшей мере одного листового фильтрующего материала над по меньшей мере одной сеткой также способствует увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку на этом материале задерживается крупный, средний и мелкий мусор, который не попадает на фильтрующий материал 18 и, по меньшей мере, один пористый цилиндрический фильтр 19 и не забивает их.
В качестве листовых фильтрующих материалов используют известные в настоящее время, выпускаемые серийно и использующиеся для фильтрации жидких сред тканые или нетканые материалы листового или рулонного формата, имеющие небольшую (до 10-12 мм) толщину: геотекстиль (дорнит), фильтрующие ткани хлопчатобумажные (бельтинг, фильтромиткаль, фильтродиагональ, диализаторная), полипропиленовая (ТФПП-2), капроновая (фильтропрессовая), стеклоткани, угольные ткани (бусофит, САУТ-1С, карбопон), листовой пористый полипропиленовый материал (фильтропласт, поливом), синтепон каландрированный (полиэфирный), фильтровальные бумаги и картоны (марок Т, КФБ, КФМ, КТФ).
Эти материалы, изготовленные на основе волокон в виде тонких листов, имеют тканую или нетканую плотную структуру и обладают способностью к просачиванию (фильтрации) через них жидких сред, что позволяет им задерживать взвешенные частицы по ситовому, адгезионному и электростатическому механизмам. Особенности частных форм листовых фильтрующих материалов не влияют на достижение заявляемого технического результата. Получение технического результата обеспечивается общими характеристиками указанных частных форм материалов.
Наличие в конструкции фильтрующего патрона по меньшей мере одной решетки и/или по меньшей мере одной сетки и/или одного листового фильтрующего материала, выполненных и размещенных таким образом, что могут быть удалены через верхнюю часть фильтрующего патрона и заменены новыми, также способствует увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку удаление этих элементов с находящимися на них загрязнениями, и замена их новыми приводит к увеличению ресурса по крупному, среднему и мелкому мусору, а следовательно и ресурса фильтрующего патрона в целом.
Наличие в конструкции фильтрующего патрона химически модифицированных по меньшей мере одного пористого цилиндрического фильтра и/или по меньшей мере одного листового фильтрующего материала и/или волокнистого материала или его части также может способствовать увеличению ресурса работы фильтрующего патрона, поскольку такая химическая модификация изменяет свойства поверхности цилиндрического фильтра, листового фильтрующего материала или волокнистого материала или части его, что увеличивает задерживающую способность по тем или иным веществам. Например, модификация гидрофобными веществами приведет к увеличению поглощения фильтрующим патроном эмульгированных нефтепродуктов, масел и жиров. Например, модификация полиаминами приведет к появлению на поверхности материалов отрицательного заряда, что увеличит поглощение фильтрующим патроном отрицательно заряженных коллоидных и микрочастиц.