Результат интеллектуальной деятельности: НАМЫВНАЯ ПАТРОННАЯ ФИЛЬТРОВАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Изобретение относится к установкам для тонкой очистки воды с применением вспомогательного вещества, а именно намывным однопатронным фильтровальным установкам, предназначенным для тонкой очистки воды, и может быть использовано в промышленном, сельскохозяйственном водоснабжении и очистке оборотной воды плавательных бассейнов.

Известна блочная автоматизированная сверхскоростная фильтровальная станция (установка АСФС), состоящая из блока напорных сверхскоростных фильтров, напорного кольца трубопроводов подачи исходной воды, напорного кольца трубопроводов отвода осветленной воды (фильтрата) и подачи промывной воды. [A.M. Фоминых. Разработка и обоснование рациональных технологических схем очистки в групповых сельскохозяйственных водопроводах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Новочеркасск, 1975, 48 с.].

Недостатками данной установки является сложность реализации равномерного потокораспределения при поочередной промывке одного из фильтров, вследствие чего станция в начальный период промывки работает в критических режимах, что приводит к снижению эффективности очистки и производительности АСФС в целом.

Известен намывной фильтр, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, размещенную в верхней части корпуса горизонтальную трубную доску с закрепленными в ней фильтрующими элементами патронного типа, с подводящими и отводящими патрубками, а также патрубком сброса осадка [Кедров B.C., Рудзский Г.Г. Водоснабжение и водоотведение плавательных бассейнов. М.: Стройиздат, 1991. - С.83].

Недостатком аналога является недостаточная надежность и эффективность работы фильтра, т.к. его конструкция не обеспечивает равномерного намыва фильтрующего вещества как по толщине, так и по дисперсности намывного слоя по всей боковой поверхности фильтрующих элементов.

Недостатками фильтра являются нестабильные условия процесса фильтрования вдоль фильтрующих элементов в результате различных скоростей потока жидкости, поступающей на очистку, от максимальной в нижней до минимальной в верхней части фильтра, а также нестабильность работы фильтра при возможных колебаниях производительности и давления в процессе фильтрования, например при изменениях частоты вращения вала насоса, в результате изменяются дисперсный состав, гидравлические и механические свойства намытого слоя и как следствие качество фильтрата.

Прототипом предлагаемой установки является намывной патронный фильтр, для тонкой очистки оборотной воды плавательных бассейнов с применением вспомогательного вещества [патент РФ №2469767, опубл. 20.12.2012 г. Бюл. №35. Авторы: Аделыпин А.Б., Леонтьева С.В., Селюгин А.С, Бусарев А.В.], содержащий вертикальный цилиндрический корпус, размещенную в верхней части корпуса горизонтальную трубную доску с закрепленными в ней фильтрующими элементами патронного типа, с подводящими и отводящими патрубками, патрубок сброса осадка, при этом фильтр выполнен с двумя патрубками подвода суспензии, установленными на корпусе тангенциально попарно диаметрально противоположно под углом 180°, один в верхней и другой в нижней части корпуса фильтра, что создает закрученный поток с подвижным постоянно обновляемым намывным слоем.

Недостатком прототипа является размещение нескольких фильтрующих патронов (в прототипе 5 патронов) в одном герметичном напорном вертикальном цилиндрическом корпусе, что приводит к нарушению качественных и количественных параметров закрученного потока, нарушаются геометрические, гидродинамические характеристики, свойственные распространению закрученного потока по поверхности фильтрующего слоя патронов, по длине и объему камеры корпуса, особенно нестабильному процессу с тыловой части фильтрующих патронов.

Недостатком прототипа является сложность осуществления и отсутствие возможности контроля, регулирования равномерного потокораспределения по фильтрующим патронам, что приводит к снижению эффективности очистки и производительности намывного патронного фильтра в целом.

Недостатком прототипа является то, что намывной патронный фильтр является фильтром периодического действия. Работа фильтра состоит из трех циклов - намыв вспомогательного вещества, фильтрование, промывка. Недостатком конструкции является сложность быстрой замены фильтрующего рукава, выполненного из фильтровальной ткани, которым экипирован фильтровальный патрон, в случае ее разрыва.

Недостатком прототипа является отсутствие сигнализации возможности обнаружения разрыва ткани, фильтровального патрона.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности увеличения ресурса работы намывного патронного фильтра за счет исключения операций и остановок для замены дефектных патронов, в том числе фильтровального рукава при эксплуатации многопатронного фильтра; при повреждении патронов уменьшается эффект очистки и увеличиваются затрата времени на обнаружение и замену дефектных патронов с обязательной остановкой многопатронного фильтра, не обеспечены надежность работы и упрощение обслуживания многопатронного фильтра.

Изобретение направлено: на повышение производительности, эффекта очистки воды и промывки фильтрующих элементов, сокращению собственного расхода воды на промывку намывных патронов, обеспечение надежности работы фильтров и упрощение их обслуживания, обеспечение непрерывности процесса фильтрования, обеспечение своевременной сигнализации, обнаружение повреждений фильтровального патрона визуально, исключение промывных насосов и емкостей для накопления чистой воды для промывки фильтров; обеспечения увеличения ресурса работы намывного патронного фильтра за счет исключения операций и остановок для замены дефектных (поврежденных) патронов при эксплуатации, уменьшения затраты времени на обнаружение и замену поврежденного тканевого фильтровального рукава патронного фильтра.

Результат достигается тем, что намывная патронная фильтровальная установка для очистки воды содержит блок из шести напорных намывных патронных фильтров, работающих параллельно и совместно, расположенных осесимметрично по кругу, расположенные в два яруса напорные кольцевые трубопроводы подачи и распределения исходной воды по фильтрам, при этом на одной оси установки по вертикали расположены сверху вниз: напорная цилиндрическая камера сбора фильтрата и камера сбора и сброса грязной промывной воды, причем напорная цилиндрическая камера сбора фильтрата выполнена с коническим днищем и снабжена напорным трубопроводом для сбора и подачи фильтрата потребителям, напорными трубопроводами фильтрата или чистой промывной воды, установленными на них эжекторами, обратными клапанами и задвижками для промывки фильтров, напорными трубопроводами с установленными на них эжектором, задвижками, соединяющими вершину конического днища напорной камеры сбора фильтрата с тангенциальными входными верхним и нижним патрубками корпусов намывных патронных фильтров для намыва слоя, вспомогательного фильтрующего вещества; а также напорным трубопроводом для опорожнения камеры, соединяющим вершину конического днища камеры фильтрата с центром верхней крышки камеры сбора и сброса грязной промывной воды, снабженной напорными трубопроводами для отвода грязной промывной воды от каждого намывного патронного фильтра, присоединенными тангенциально к корпусу верхней части этой камеры, а также напорным трубопроводом для сбора грязной промывной воды, присоединенным к вершине конусного днища этой камеры.

На фиг. 1, 2 и 3 изображены общий вид принципиальной схемы конструкции намывной патронной фильтровальной установки для очистки воды; фиг. 1 план по I-I, фиг. 2 разрез по П-П, фиг. 3 разрез по Ш-Ш, фиг. 4 конструктивное решение узла «А». На фиг. 2 дается подробное описание конструкции и обвязки только одного фильтра (фильтра с лева), остальные устроены аналогично.

Намывная патронная фильтровальная установка для очистки воды состоит из : блока шести напорных патронных фильтров 1 (фиг. 1 и 2), расположенных осесимметрично по кругу; напорного трубопровода 2, снабженного эжектором 3; напорных осесимметрично расположенных трубопроводов 4 и 5, снабженных осесимметрично расположенными задвижками 6 и 7 и тангенциально установленными к цилиндрической части корпуса 10 фильтра 1 патрубками 32 трубопровода 11 верхнего яруса, патрубками 33 трубопровода 12 нижнего яруса, снабженными задвижками 13 и 14 соответственно, для подачи и распределения исходной воды по фильтрам; на одной оси по вертикали сверху вниз расположены: сверху напорная цилиндрическая камера 15 с коническим днищем 16 для сбора фильтрата - чистой воды с целью использования ее, например, в оборотной системе водоснабжения плавательного бассейна, для накопления и использования необходимого объема фильтрата для промывки фильтров 1; в нижней части установки осесимметрично расположены цилиндрическая камера 17 с коническим днищем 18 для сбора, отвода и сброса грязной промывной воды. Каждый фильтр снабжен осесимметрично расположенными напорными трубопроводами 19 с задвижками 20, соединяющими центр крышки 21 фильтров 1 с верхней частью камеры 15 для отвода, подачи и сброса фильтрата в камеру 15. Камера 15 снабжена центральным напорным трубопроводом 22 с задвижкой 23, присоединенным к центру 24 крышки 25 (фиг. 2) камеры 15 для подачи фильтрата (очищенной воды) к потребителю - например, в оборотную систему водоснабжения плавательного бассейна; нижняя конусная часть 16 камеры 15 снабжена патрубком 26 с задвижкой 27, эжектором 28, напорным трубопроводом 29 с задвижками 30 и 31 для приготовления и подачи суспензии (смеси фильтрата и вспомогательного фильтрующего вещества, например порошкообразного активированного угля) и намыва суспензии первичного слоя фильтра через тангенциально установленные патрубки 32 - верхний, 33 - нижний (фиг. 2). Камера 15 снабжена напорным трубопроводом 34 с задвижкой 35 для опорожнения, сброса воды через камеру 17 патрубка 36, задвижки 37, установленных, на вершине конусного днища 18 камеры 17; вершина 38 конического днища 39 корпуса 10 фильтра 1 снабжена трубопроводом 40 с задвижкой 41, присоединенными тангенциально к корпусу 42 верхней части (точке) 43 камеры 17. Камера 15 снабжена трубопроводом 44 с задвижкой 45, обратным клапаном 46 и эжектором 47, присоединенным к нижней части (точке) 48 камеры 15 и с трубопроводом 19 в точке 49.

Предлагаемая намывная патронная фильтровальная установка для очистки воды работает следующим образом.

Все напорные намывные однопатронные фильтры, входящие в блок, образуют батарею из шести фильтров, работают в одном гидравлическом режиме. Подаваемая насосом исходная вода, например из плавательного бассейна, по трубопроводу 2 поступает в эжектор 3 для смешения исходной воды и вспомогательного фильтрующего вещества, например порошкообразного активированного угля, при этом в эжекторе 3 образуется исходная суспензия смесь вспомогательного активированного угля и воды с исходной водой. Далее исходная суспензия под напором по трубопроводам 4 и 5 поступает в напорное кольцо 8 (верхний ярус - внутреннее кольцо) и напорное нижнее кольцо 9 (нижний ярус - наружное кольцо). Далее исходная суспензия, равномерно распределяясь через тангенциальные входные патрубки 32 (фиг. 2) трубопровода 11 верхнего яруса (фиг. 1) и через тангенциальные входные отверстия патрубки 33 (фиг. 2) трубопровода 12 нижнего яруса (фиг. 1), поступает во внутреннее пространство камеры 50 корпуса 10 (фиг. 2). Исходная суспензия (вода), поступая тангенциально к корпусу 10, приобретает круговые движения. При этом задвижки 13, 14, 20 открыты и закрученный поток, проходя по поверхности фильтрующих патронов 51, состоящих из перфорированного цилиндрического основания и надетого на него рукава из фильтровальной ткани, равномерно намывает вспомогательное фильтрующее вещество (намывной слой). Очищенная вода отводится из внутренней полости фильтрующих патронов 51 в камеру фильтрата 52 (фиг. 2), а затем из фильтра 1 по напорному трубопроводу 19 с задвижкой 20 в верхнюю часть напорной камеры 15 (фиг. 2) сбора фильтрата. При прохождении (фильтровании) через намывной слой фильтрующих патронов 51 исходная вода освобождается от взвешенных, коллоидных и растворимых примесей. Далее очищенная вода (фильтрат) из напорной камеры 15 по напорному трубопроводу 22 через открытую задвижку 23 подается к потребителю - оборотную систему водоснабжения плавательного бассейна.

В процессе фильтрования за эффективностью очистки воды и степенью загрязнения вспомогательного фильтрующего вещества следят по анализам фильтрата и перепаду давления на фильтрующих патрубках 51. При предельном загрязнении вспомогательного фильтрующего вещества процесс прекращают. Промывка фильтров осуществляется под напором очищенной воды (фильтратом), забираемой из напорной камеры 15 (фиг. 2). Промывка фильтров осуществляется по следующей технологической последовательности: первая фаза - водовоздушная промывка с определенными интенсивностями одновременной совместной подачи воды и воздуха; вторая фаза - промывка водой. Для осуществления первой фазы закрываются первоначально задвижка 20 далее задвижка 13 и 14 одновременно. Далее задвижка 45 открывается до заданного значения, вода поступает в эжектор 47, при этом открывается задвижка 53 до заданного значения для поступления воздуха в эжектор 47 и образования в эжекторе 47 водовоздушной смеси, которая подается через обратный клапан 46 и напорные трубопроводы 44 и 19 в камеру 52, далее водовоздушная смесь, проходя по внутренней поверхности фильтрующего патрона, промывает его, грязная промывная вода через конусную часть 39 по трубопроводу 40 и открытую задвижку 41, камеру 17, патрубок 36 и открытую задвижку 37 сбрасывается в сток (например, в канализацию). При промывке водой (2 фаза) прекращаются подача воздуха закрытием задвижки 53. Подача фильтрата продолжается, и удаляется грязная промывная вода по схеме описанной выше.

После окончания промывки с удалением отработанного фильтрующего вещества осуществляется цикл намыва слоя суспензии фильтрацией. При этом для образования намывной суспензии используется фильтрат из напорной камеры 15 (фиг. 2), которая под напором через патрубок 26 и задвижки 27 подается в эжектор 28, где образуется суспензия вследствие засасывания и перемешивания эжектором 28 порошкообразного активированного угля с водой. Далее полученная намывная суспензия поступает в камеру 50 (фиг. 2), по трубопроводу 29 через открытые задвижки 30 и 31 и через тангенциально установленные патрубки 32 верхнего яруса и 33 нижнего яруса. При этом закрученный поток, проходя по поверхности фильтрующих патронов 51 (фиг. 2), равномерно намывает вспомогательное фильтрующее вещество, образуя намывной слой. Фильтрат отводится из внутренней полости фильтрующих патронов 51 в камеру 52, а затем из фильтра через открытую задвижку 54 по трубопроводу 55 и 40 в камеру 17, далее сбрасывается в сток через открытую задвижку 37. При этом задвижки 13, 14, 20, 41, 45, 35 закрыты. По окончании намыва суспензии начинают подавать исходную воду на очистку фильтрованием и промывкой фильтра и удалением грязной промывной воды по схемам, описанным выше. В верхней части камеры фильтрата 52 на крышке 21 установлен патрубок 56, оснащенный автоматизированным предохранительным клапаном (не показан) для автоматического удаления воздуха, в случае его накопления.

Достоинством предлагаемой намывной патронной фильтровальной установки для очистки воды являются: высокий эффект очистки и промывки, высокая производительность, равномерное распределение грязевой нагрузки между фильтрами, равномерный намыв вспомогательного фильтрующего вещества по поверхности фильтровального патрона, улучшение гидродинамических условий намыва вспомогательного вещества и очистки воды фильтрованием, что достигается равномерным распределением исходной воды по всей фильтрующей поверхности патронных фильтров путем создания закрученного потока исходной воды, тангенциальной подачей ее к корпусу фильтра; все намывные однопатронные фильтры установки параллельно соединены между собой, осесимметрично расположены, образуют единый блок (батарею) с единым гидравлическим режимом работы; повышение производительности, эффективности очистки и надежности работы путем увеличения ресурса работы фильтра за счет исключения операций и установок для замены дефектных патронов при эксплуатации, а при повреждении фильтровальной ткани уменьшаются затраты времени на обнаружение дефектных патронов; обеспечивается непрерывность и эффективность процесса фильтрования. Промывка фильтров производится фильтратом из напорной камеры. Отсутствует необходимость промывных насосов и емкостей для хранения промывной воды, а также компрессора для подачи сжатого воздуха, запорной арматуры и подъемно-транспортного оборудования к ним; высокая удельная производительность, компактность, высокая индустриальность изготовления (блоки полного заводского изготовления) и монтажа, сокращение собственного расхода установки при промывке фильтров за счет применения водовоздушной промывки фильтров. Процесс промывки производится по намеченной программе с соблюдением очередности ввода каждого фильтра блока на промывку, при этом во время промывки любого фильтра блока остальные фильтры находятся в работе - обеспечивается непрерывность и эффективность процесса фильтрования.