фильтрующий модуль для очистки воды

Формула изобретения

Фильтрующий модуль для очистки воды, содержащий 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, отличающийся тем, что перфорированная труба снабжена отверстиями разного диаметра для подачи воздуха и воды, при этом диаметр d₂ отверстия для подачи воды равен двум диаметрам d₁ отверстия для подачи воздуха: d₂=2d ₁, в свою очередь, расстояние l₁ между отверстиями для подачи воздуха равно двум расстояниям 1₂ между отверстиями для подачи воды: l₁=2l₂, а расчетная площадь отверстий перфорированной трубы находится в следующей зависимости:

S_o=[(n₁×0,785×d ₁ ²)+(n₂×0,785×d₂ ²)]×k_пop,

где n ₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

k_пор - коэффициент пористости.

Описание изобретения к патенту

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.

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 d₂ отверстия для подачи воды равен двум диаметрам d₁ отверстия для подачи воздуха: d₂=2d₁. В свою очередь, расстояние l ₁ между отверстиями для подачи воздуха равно двум расстояниям l₂ между отверстиями для подачи воды:

l₁=2l₂.

Расчетная площадь отверстий перфорированной трубы находится в следующей зависимости:

S_o=[(n₁×0,785×d ₁ ²)+(n₂×0,785×d₂ ²)]×k_пор,

где n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

k_пор - 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).

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 d₂ отверстия 7 для подачи воды равен двум диаметрам d₁ отверстия 6 для подачи воздуха: d₂=2d₁ . В свою очередь, расстояние l₁ между отверстиями 6 для подачи воздуха равно двум расстояниям l₂ между отверстиями 7 для подачи воды: l₁=2l₂. Соответственно, если d₁=4 мм, то диаметр отверстия 7 для подачи воды d₂=8 мм, расстояние l₁ =140 мм между отверстиями 6 для подачи воздуха, а расстояние между отверстиями 7 для подачи воды l₂=70 мм.

Расчетная площадь отверстий перфорированной трубы находится в следующей зависимости:

S_o=[(n₁ ×0,785×d₁ ²)+(n₂×0,785×d₂ ²)]×k_пор,

где n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

k_пор - 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:

Q=0,785×L_др× 2gH×k_пop×(µ₁×d ₁ ²×n₁+µ₂×d ₂ ²×n₂),

где L _др - общая длина дренажной системы фильтра;

H - высота воды в фильтре над дренажной системой;

g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с²;

k_пор - коэффициент пористости;

µ₁, µ₂ - коэффициент расхода отверстий воздушной и водяной систем;

d₁ , d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

n₁, n₂ - 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:

S_o=[(n₁×0,785×d ₁ ²)+(n₂×0,785×d₂ ²)]×k_пор,

где n₁, n₂ - количество отверстий воздушной и водяной систем;

d₁, d₂ - диаметры отверстий воздушной и водяной систем;

k_пор - коэффициент пористости.

Интенсивность подачи воды на промывку определяется расчетами в пределах 12-18 л/с·м² и 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.