Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах

Реферат: Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах складається із корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами, та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпусу вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом. Нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор. Фільтр оснащений реактором з патрубками для введення і виведення рідини, що очищається і знаходиться під тиском, і який забезпечений двома електродами для подачі високої напруги, а також патрубками для введення і виведення в реактор повітря. Продуковане забруднене повітря реактора використовується в ерліфтному насосі високорозрядного фільтра. UA 107024 U (12) UA 107024 U UA 107024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, наприклад питній воді, стічних водах, а також у різноманітних технологічних рідинах, які можуть бути використані у енергетиці, комунальному господарстві, хімічній; харчовій, гірничорудній промисловості та ін. З рівня техніки відомі конструкції безперервно діючих піщаних фільтрів для води, наприклад, відома конструкція, яка являє собою безперервно діючий фільтр з ерліфтом. Початкова вода надходить по трубопроводу у середню частину фільтра, розподіляється у проміжках між пластинами, проходить крізь шар піску, який повільно опускається, вода збирається за допомогою розташованих по периферії вертикальних перфорованих трубок, що покриті фільтрувальною тканиною, після чого очищена вода подається за призначенням. Забруднений пісок забирається ерліфтом з нижньої частини фільтра і по обвідній трубі подається у його верхню частину, де відбувається часткове відмивання піску, потім пісок знову надходить у фільтр, а промивна вода відводиться дренажною трубою [Кульский Л.А., Строкач ПП. Технология очистки природных вод. - К. - Высшая школа, 1986. - 137 с.]. Основними недоліками конструкції є те, що в ній не здійснюється повне відмивання піску, відфільтрована вода забирається за допомогою перфорованих трубок, які покриті фільтрувальною тканиною, що призводить до її швидкого забруднення та зниження якості фільтрації. Відомий піщаний фільтр для води з рухомим шаром, що має комерційну назву "Dyna Sand". Фільтр складається з корпусу, що наповнений піском визначеної фракції, встановленого у нижній частині фільтра колектора та ерліфта підйому забрудненого піску в вузол відмивання з лабіринтним каналом, що встановлений у верхній частині корпусу. Початкова вода, яку очищають, розподіляється за допомогою колектора, проходить протитечією крізь шар піску знизу до верху, забруднений пісок опускається у нижню частину фільтра, звідки за допомогою ерліфта подається у верхній вузол відмивання, де відмивається у лабіринтному каналі ["Dyna Sand filter "DST 07-N-E-D Installing and operating manual" Waterlink Nord Water Products Axel Johnson Engineering AB, 1999]. Основними недоліками цієї конструкції фільтра є: неможливість проведення одночасного процесу фільтрації та реагентної обробки піску, необхідність якої обумовлена явищами кольматації та біообростання часток піску. На стадії відмивання піску у лабіринтному каналі здійснюється не повне відділення механічних домішок від основної маси дренажної води. В такому піщаному фільтрі неможливо використовувати пісок із зернами дрібної фракції. Відомий піщаний фільтр з рухомим шаром, який складається із вертикального корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої води з розміщеним над ним фільтруючим шаром піску, ерліфт транспортування забрудненого піску, вузол відмивання забрудненого піску з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, розподільний реагентний колектор, розміщений нижче колектора подачі забрудненої води, крім цього між колекторами встановлений звужуючий пристрій-шлюз [Патент на винахід UA № 84386, МПК 8 B01B24/00]. Недоліком цього фільтра є нерівномірність регенерації забрудненого піску з виникненням застійних зон, що виникає через нерівномірне надходження забрудненого піску з робочої зони в зону регенерації крізь кільцевий зазор звужуючого пристрою-шлюзу, оскільки при русі забрудненого піску крізь кільцевий зазор виникають елементи його турбулентного перемішування, внаслідок чого забруднений пісок з різних боків корпусу фільтра надходить в зону регенерації з різною швидкістю, це погіршує ступінь очищення води. Відомий спосіб очищення і стерилізації рідких або газоподібних середовищ і пристрій для його здійснення. Суть цього винаходу наступна: середовище, яке підлягає стерилізації та очищенню, обробляється імпульсними високовольтними розрядами, генеруючими УФвипромінювання, які створюють по поверхні рідини, яка періодично формується і підривається в повітряному газовому середовищі, на тонкі водяні струмені. Пристрій для здійснення цього способу включає реактор з патрубками для введення і виведення рідини, що очищається, забезпечений двома електродами для подачі високої напруги [Патент на винахід RU № 2326820 С1, МПК C022F1/467]. Недоліки даного винаходу такі: неможливість подачі забрудненої рідини під тиском, одержувана стерилізована рідина містить велику кількість зважених частинок і розчинених іонів. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, і вибраний за прототип, є пристрій для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, який складається із вертикального корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між 1 UA 107024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 колекторами, та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпусу вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, також нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, в лабіринтному каналі вузла відмивання перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок з отворами, периферійна частина звужуючого пристрою-шлюзу виконана зубчастою, елемент відокремлення дренажної рідини від механічних домішок вузла відмивання виконаний з поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину, з щілястою боковою поверхнею, колектор подачі забрудненої рідини і реагентний колектор виконані з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна [Патент на винахід UA № 101095, МПК B01D24/00]. Основним недоліком прототипу є неможливість проведення процесу стерилізації і швидкої фізико-хімічної деструкції складних органічних і неорганічних молекул, а також колоїдних часток в забрудненій рідині, що надходить. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення фільтра для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах шляхом модифікації складових його конструкції, що за рахунок проведення процесу стерилізації і швидкої фізико-хімічної деструкції складних органічних і неорганічних молекул, а також колоїдних часток в забрудненій рідині, що надходить, забезпечує покращення якості фільтрації рідини. Поставлена задача вирішується тим, що високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, що складається із корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами, та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпусу вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та лабіринтним каналом, нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, відповідно до корисної моделі, додатково фільтр оснащений реактором з патрубками для введення і виведення рідини, що очищається і яка під тиском, і який забезпечений двома електродами для подачі високої напруги, а також патрубками для введення і виведення в реактор повітря, продуковане забруднене повітря реактора використовується в ерліфтному насосі високорозрядного фільтра. Використання реактора з патрубками для введення і виведення рідини, що очищається, забезпечує подачу забрудненої рідини під тиском. Використання реактора, який забезпечений двома електродами для подачі високої напруги, забезпечує проведення процесу стерилізації і швидкої фізико-хімічної деструкції складних органічних і неорганічних молекул, а також колоїдних часток, що забезпечує покращення якості фільтрації рідини. Використання продукованого забрудненого повітря в ерліфтному насосі високорозрядного фільтра забезпечує очищення цього повітря а також забезпечується покращення якості фільтрації рідини. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється кресленнями. На фіг. 1 наведена загальна схема конструкції високорозрядного фільтра для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах. На фіг. 2 наведено виконання периферійної частини звужуючого пристрою-шлюзу. На фіг. 3 наведений вигляд перегородок з отворами в лабіринтному каналі. На фіг. 4 наведено виконання колектора подачі забрудненої рідини і реагентного колектора. На фіг. 5 наведено виконання цілісного реактора, який забезпечений двома електродами для подачі високої напруги. На фіг. 6 наведена схема конструкції високорозрядного фільтра для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах без цілісного реактора. Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах складається з корпусу 1 з кришкою, який встановлений на опорі 2. В корпусі 1 встановлений колектор 3 подачі забрудненої рідини. Забруднена рідина надходить патрубком 4, який розміщений у верхній частині корпусу 1, очищена рідина виходить зливним патрубком 5, який розміщений нижче патрубка 4. Над колектором 3 подачі забрудненої рідини знаходиться шар фільтруючого матеріалу 6. В нижній частині корпусу 1 знаходиться забруднений після фільтрації шар фільтруючого матеріалу 7 та реагентний колектор 8. Колектор 3 подачі забрудненої рідини і реагентний колектор 8 виконані з щілястою боковою поверхнею куполоподібної форми без дна (фіг. 4). Між колектором 3 подачі забрудненої рідини і реагентним колектором 8 розміщений звужуючий пристрій-шлюз 9 з зубчастою периферійною частиною 10 (фіг. 2). Через колектор 3 подачі забрудненої рідини та шар фільтруючого 2 UA 107024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 матеріалу 6, реагентний колектор 8 і звужуючий пристрій-шлюз 9 проходить ерліфт 11 з повітропроводом 12 подачі стисненого повітря для підйому забрудненого фільтруючого матеріалу до вузла 13 відмивання. Вузол 13 відмивання фільтруючого матеріалу містить встановлений в ньому дренажний стакан 14 з отворами 15 у його дні. Всередині дренажного стакана розміщений елемент 16 відокремлення дренажної рідини від механічних домішок, який виконаний з щілястою поверхнею куполоподібної форми, що створює замкнену порожнину. До елемента 16 відокремлення дренажної рідини від механічних домішок приєднаний патрубок 17 для видалення дренажної рідини. У вузлі 13 відмивання фільтруючого матеріалу нижче дренажного стакана 14 встановлений лабіринтний канал 18, вхід до якого виконаний у вигляді лійки. У звуженій частині лабіринтного каналу 18 перпендикулярно до його осі встановлено одну або декілька перегородок 19 з отворами 20 (фіг. 3). Вузол 13 відмивання фільтруючого матеріалу обладнаний патрубком видалення дренажної води 21. В нижній частині ерліфта 11 розміщений генератор ультразвукових коливань 22. Нижня частина корпусу 1 обладнана зливним дренажним патрубком 23. Реагентний коллектор 8 трубопроводом з'єднаний з патрубком 24 подачі реагенту. Патрубок 4 подачі забрудненої рідини та патрубок 24 обладнані зворотними клапанами 25. Регулюючими вентилями 26 обладнані всі патрубки 4, 24, 21, 17, 5 і зливний дренажний патрубок 23. Цілісний реактор складається з корпусу 27, вхідного патрубка забрудненої рідини 28, вихідного патрубка очищеної рідини 29, вхідного повітряного патрубка 30, вихідного повітряного патрубка 31. Вхідний патрубок 28 має розподільний пристрій 32, виконаний у вигляді дзвона 33 і отворів 34. Висока напруга, що генерується електричним пристроєм 35, подається на електрод 36 і електрод 37. Вихідний повітряний патрубок 31 забезпечений регулювальними вентилями 38, 39 і фільтром 40. Вхідний повітряний патрубок 30 забезпечений регулювальним вентилем 41. Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах працює наступним чином. У високорозрядному фільтрі для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, що заявляється, як фільтруючий матеріал можна використовувати пісок, при цьому очищувальна рідина проходить крізь пісок і забруднення затримуються на поверхні його зерен у вигляді нашарувань, або як фільтруючий матеріал можна використовувати сорбент, при цьому здійснюється поглинання забруднень і при очищуванні сорбенту, наприклад, відбувається зміна хімічного складу рідині, що очищується, видаляються солі заліза, а механічні домішки накопичуються у дренажній рідині. Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах в режимі очищення рідини від механічних і хімічних домішок працює наступним чином (як фільтруючий матеріал взятий пісок або сорбент). Забруднена рідина подається на вхідний патрубок 4 високорозрядного фільтра, потім рідина надходить на вхідний патрубок 28 корпусу 27 реактора, після чого рідина розподіляється за допомогою пристрою 32 і розділяється на два потоки, перший потік (основний) проходить між дзвоном 33 і корпусом 27 і стікає у вигляді плівки 42 по внутрішній стінці корпусу 27 реактора, другий потік (невеликий) проходить через отвори 34 і у вигляді невеликого струменя 43 стікає вниз по електроду 36. На електроди 36, 37 подається висока напруга, в результаті чого генерується елетрогідравлічний розряд 44, результатом якого відбувається утворення в струмені 43 гідроудару з утворенням озону, УФ-випромінювання, забруднена рідина, яка стікає по внутрішній стінці 42, піддається впливу дії даних чинників, в результаті відбувається дезінфекція рідини і під дією озону відбувається хімічна деструкція органічних і неорганічних молекул, а також колоїдних частинок. Оброблена рідина за допомогою вихідного патрубка 29 направляється на розподільний колектор 13 фільтра. Для підтримки необхідного рівня рідини в корпусі 27 реактора за допомогою вхідного повітряного патрубка 30 подається стиснене повітря, надлишок повітря за допомогою вихідного повітряного патрубка подається на повітропровід 12 фільтра. За допомогою повітряних вентилів 38, 39, 45 і 41 виконується відповідне регулювання продуктивності ерліфта 11. Фільтр 40 здійснює очищення надлишкового озону в надлишковим повітрі. Озон в повітрі спрямовується на ерліфт 11, де він витрачається на обробку фільтруючого матеріалу фільтра, виробляючи додаткову стерилізаційну і деструкційну операцію. Так як при розряді відбувається періодичний розрив струменя 43, відбувається автоматичне регулювання періодичних високовольтних розрядів. Як уже було сказано вище, оброблена рідина за допомогою вихідного патрубка 29 направляється на розподільний колектор 3 висорозрядного фільтра, далі відбувається наступне. Протитечією забруднена вода проходить через шар фільтруючого піску 6 і через зливний патрубок 5 очищена вода подається за призначенням. Пісок опускається до 3 UA 107024 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 звужуючого пристрою-шлюзу 9 і через його зубчасту периферійну частину 10 рівномірно надходить до реагентного колектора 8, де для відокремлення від домішок здійснюється обробка його реагентом, який подається через патрубок 24, і ультразвуковим випромінюванням ультразвукового генератора 22. В повітропровід 12 подається стиснене повітря і через ерліфт 11 пісок після його обробки піднімається до вузла 13 його відмивання і надходить до дренажного стакана 14. Через щілясту поверхню елемента 16 відокремлюється дренажна рідина, яка видаляється через патрубок 17. Очищений пісок через отвори 15 у дні дренажного стакана 14 надходить до лабіринтного каналу 18 і через отвори 20 перегородок 19 рівномірно надходить у шар піску 6, підпирає вихід з лабіринтного каналу 18, створюючи гідротаран. Дренажна рідина з вузла 13 відмивання фільтруючого матеріалу виводиться через патрубок 21. Дренажним патрубком 23 здійснюється видалення забрудненого піску при виконанні ремонтнопрофілактичних робіт. Обладнання патрубка подачі реагенту 24 і патрубка подачі забрудненої води 4 зворотними клапанами 25 забезпечує усунення зворотного руху піску, а обладнання патрубків 4, 24, 21, 17, 5 і 23 регулюючими вентилями 26 дозволяє виконувати експлуатаційні і ремонтно-профілактичні роботи. Приклади конкретного використання: Приклад 1. Високорозрядний фільтр, корпус якого має діаметр 0,145 м; висота робочого фільтруючого шару піску - 1 м; висота нижнього шару піску - 0,8 м; ширина звужуючого каналу 0,01 м; фракція зерен піску - 0,8-1,0 мм. Подається напруга 10 кВ, потужність розряду 0,1 Вт. 3 Через фільтр пропускається вода із свердловини, загальним обсягом 100 дм /годину; вода 3 3 містить 150 мг/дм механічних домішок, концентрація двовалентного заліза - 10 мг/дм . Через 3 трубопровід ерліфта подається повітря потужністю 1-2 дм /хв.; потужність ерліфта для піску 3 складає 10 см /с, що обумовлює рух піску в корпусі фільтра зі швидкістю 0,15 мм/с; рух піску скрізь пристрій-шлюз складає 1,1 мм/с. У реагентний колектор подається 5 %-ий розчин соляної кислоти для видалення кольматаційної форми гідроксиду заліза, що накопичуються на зернах піску. Високовольтними розрядами генерується озон і УФ-випромінювання. Одночасно в нижній частині фільтра за допомогою ультразвукового генератора з загальною потужністю 200 Втздійснюється обробка піску ультразвуковим випромінюванням: В результаті комбінованої дії хімічного і фізичного факторів здійснюється повне відшарування кольматаційних відкладень на зернах піску. Отриманий розчин хлориду заліза і пісок надходять за допомогою ерліфта у дренажний стакан; рідина просочується крізь елемент відокремлення дренажної рідини від механічних домішок і видаляється дренажним патрубком; пісок опускається в лабіринтний канал і повертається у верхній робочий шар піску. Одночасно відбувається процес фільтрації води крізь верхній робочий шар піску, двовалентне залізо окислюється до тривалентного і осаджується у вигляді гідроксиду заліза на зернах піску; очищена від механічних домішок (до 10 3 3 3 мг/дм ) та заліза (менше 0,1 мг/дм ) вода у кількості 99 дм /годину подається за призначенням. Приклад 2. Геометричні розміри високо розрядного фільтра, фракція піску, а також витрати повітря аналогічні прикладу 1. Через фільтр пропускається стічна вода у кількості 100 3 3 дм /годину; вміст механічних домішок - 100-150 мг/дм ; біологічне споживання кисню БСК5 3 дорівнює величині 10000 мгО/дм . Стічна вода містить інфекційні бактерії і феноли в кількості 3 до 2 мг/дм . Механічні домішки затримуються у верхньому шарі піску. При надходженні піску із забрудненнями у нижню зону піску відбувається розчинення сполук за рахунок обробки піску 3 реагентом: 20 %-им розчином соляної кислоти. Витрати реагенту - до 1 дм /годину. Одночасно в нижній частині фільтра за допомогою ультразвукового генератора загальною потужністью 300 Вт здійснюється обробка піску ультразвуковим випромінюванням. В результаті комбінованої дії хімічного і фізичного факторів здійснюється повне відшарування нерозчинних і інших його сполучень на зернах піску. Високовольтними розрядами знищуються інфекційні бактерії і відбувається хімічна деструкція фенолів. Пісок з механічними домішками відмивається в лабіринтному каналі і надходить у верхню робочу зону фільтра, тим самим у результаті фільтрації і розчинення із стічної води безперервно видаляються феноли і бактерії, тобто 3 здійснюється процес очищення стічної води у кількості 99 дм /годину. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Високорозрядний фільтр для відокремлення механічних і хімічних домішок у рідинах, що складається із корпусу, в якому встановлені колектор подачі забрудненої рідини з розміщеним над ним шаром фільтруючого матеріалу, реагентний колектор, встановлений нижче колектора подачі забрудненої рідини, звужуючий пристрій-шлюз, розміщений між колекторами, та ерліфт підйому фільтруючого матеріалу до встановленого у верхній частині корпусу вузла його відмивання з елементом відокремлення дренажної рідини від механічних домішок та 4 UA 107024 U 5 лабіринтним каналом, нижче реагентного колектора встановлений ультразвуковий генератор, який відрізняється тим, що фільтр оснащений реактором з патрубками для введення і виведення рідини, що очищається і знаходиться під тиском, і який забезпечений двома електродами для подачі високої напруги, а також патрубками для введення і виведення в реактор повітря, продуковане забруднене повітря реактора використовується в ерліфтному насосі високорозрядного фільтра. 5 UA 107024 U 6 UA 107024 U 7 UA 107024 U 8 UA 107024 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9