Фільтр для очистки води

Изобретение относится к устройствам для очистки воды фильтрованием через зернистую загрузку и может быть использовано при очистке природных и доочистке сточных вод. Известен каркасно-засыпной фильтр, в корпусе которого расположен каркас в виде вертикально установленных перфорированных пластин, заглубленных в слой фильтрующего материала на всю его глубину (Авт.св. СССР №829136, кл. В 01 D 24/46, 1981 г.). Верхняя часть пластин над стационарным слоем фильтрующего материала - гофрированная. Под загрузкой фильтра из зернистого фильтрующего материала размещена дренажно-распределительная система, присоединенная к трубопроводу отвода фильтрата и подачи промывной воды, а также воздушная распределительная система, присоединенная к трубопроводу подачи воздуха. Над загрузкой расположены лотки, примыкающие к карману, к которому присоединены трубопроводы подачи очищаемой воды и отвода промывной воды. Очищаемая вода поступает в фильтр в пространство над каркасом и, проходя сверху вниз через зернистую фильтрующую загрузку, освобождается от взвешенных примесей, которые накапливаются в межзерновом пространстве, образуя отложения, следствием чего является рост потери напора в фильтре. Очищенная вода (фильтрат) собирается посредством дренажно-распределительной системы, расположенной под загрузкой, и отводится из фильтра. После того, как будет исчерпано защитное действие загрузки, обеспечивающее требуемое качество фильтрата, или исчерпан располагаемый напор, загрузку регенерируют. Регенерация загрузки осуществляется водовоздушной промывкой в восходящем потоке, который обеспечивает ее псевдоожижение и расширение слоя до верха каркаса. В результате контакта движущихся в псевдоожиженном слое зерен загрузки с неподвижными пластинами каркаса, особенно с их верхней гофрированной частью, обеспечивается эффективная отмывка загрузки и каркаса. Однако этот фильтр ненадежен в работе, поскольку при его промывке при переходе слоя фильтрующего материала из стационарного состояния в псевдоожиженное в узких каналах между пластинами создаются условия для возникновения поршневого режима, выноса фильтрующего материала из фильтра и нарушения его работы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является фильтр для очистки воды (Патент Украины №431, МКИ5 В 01 D 23/10 по заявке бывшего СССР №5002418). Фильтр состоит из корпуса, в котором размещена загрузка. Непосредственно над загрузкой установлены гофрированные перфорированные пластины переменной высоты. Под загрузкой размещена дренажнораспределительная система, соединенная с трубопроводом отвода фильтрата и подачи промывной воды, а также воздушная распределительная система, соединенная с трубопроводом подачи воздуха. Над пластинами размещены лотки, примыкающие к карману, к которому подведены трубопроводы подачи очищаемой и отвода промывной воды. Пластины установлены вертикально и образуют верхней своей частью зубчатый профиль, имеющий в сечении вид равнобедренных треугольников с углом при вершине 75-90°, при этом наибольшая и наименьшая высоты пластин составляют, соответственно, 0,5-1,0 и 0,5-0,6 расстояния от нижних кромок пластин до днища фильтра, в соседних пластинах вершины расположены напротив впадин гофр. Фильтр работает следующим образом. Очищаемая вода по трубопроводу подается в карман фильтра, откуда поступает сначала в пространство над загрузкой, а затем, проходя сверху вниз через зернистую фильтрующую загрузку, очищается от взвешенных примесей, которые, задерживаясь зернистым слоем, образуют отложения в его межзерновом пространстве, а очищенная вода (фильтрат) через дренажно-распределительную систему поступает в отводящий трубопровод. В процессе фильтрования задвижки на трубопроводах подачи и отвода промывной воды и подачи воздуха закрыты. Процесс фильтрования прекращается и фильтр регенерируют после исчерпания защитного действия загрузки или располагаемого напора. Регенерация осуществляется промывкой водой и может быть дополнена продувкой воздухом. При этом задвижки на трубопроводах подачи очищаемой воды и отвода фильтрата закрыты, а на трубопроводах подачи и отвода промывной воды и подачи воздуха открыты. Промывная вода через дренажно-распределительную систему поступает в загрузку, которая при этом переходит в псевдоожиженное состояние и регенерируется в процессе промывки. При промывке загрузки в псевдоожиженном слое будет происходить его перемешивание по вертикали ввиду переменной по площади фильтра интенсивности восходящего потока, обусловленной переменным по площади фильтра гидравлическим сопротивлением зернистого слоя: большим - в местах с большей и меньшим - в местах с меньшей высотой пластин, образующих каркас. Перемешивание по вертикали обеспечит контакт всей загрузки с неподвижным каркасом в процессе ее промывки, а также однородность гранулометрического состава загрузки во всем объеме зернистого слоя как в псевдоожиженном, так и в стационарном состоянии. Поскольку пластины каркаса гофрированы по вертикали и установлены со смещением гофр смежных пластин, будет обеспечиваться интенсивное трение о них движущихся в псевдоожиженном слое зерен загрузки и за счет этого высокое качество промывки загрузки и каркаса. Однако время работы такого фильтра между промывками невелико ввиду быстрого роста потери напора в нем, следствием чего является большой расход воды для промывки фильтра и в связи с этим его малая производительность, а также низкая надежность в работе вследствие возможности появления вакуума в зернистом слое, что приводит к нарушению процесса очистки воды фильтрованием. Это связано с тем, что в таком фильтре пористость зернистой загрузки во всем объеме зернистого слоя одинаковая при одинаковом гранулометрическом составе загрузки. В таком зернистом слое отложения, которые формируются из удаляемых из воды примесей, распределяются крайне неравномерно: большая часть удаленных примесей образуют отложения в верхних (первых по ходу движения очищаемой воды) слоях загрузки. Чем больше неравномерность распределения отложений по толщине зернистого слоя, тем быстрее растут потери напора в нем, меньше время его работы до исчерпания располагаемого напора, больше расход воды на промывку и за счет этого ниже производительность, а также ниже надежность в работе фильтра ввиду возможности кольматации и возникновения вакуума в таком слое. В свою очередь, чем лучше задерживаются примеси воды в процессе работы фильтра, тем более неравномерно распределение в нем отложений. В связи с этим неравномерность распределения отложений усиливается при использовании реагентов, обеспечивающих высокую активность удаляемых примесей в отношении задержания зернистым слоем (например, флокулянта в дополнение к коагулянту). Задачей изобретения является разработка конструкции каркасно-засыпного фильтра с зернистой загрузкой для очистки воды, который бы обеспечивал более равномерное распределение отложений по толщине зернистого слоя, за счет чего бы достигалось снижение роста потери напора в нем, и что также способствовало бы предотвращению возможности возникновения вакуума в зернистом слое. В свою очередь, это приведет к увеличению времени работы фильтра до исчерпания располагаемого напора, сокращению расхода воды на промывку и за счет этого к повышению производительности фильтра, а также к повышению надежности его работы. Такой результат достигается за счет переменной по толщине межзерновой пористости в верхних (первых по ходу движения очищаемой воды) слоях загрузки, что обеспечивается размещением внутри загрузки (в верхней ее части) каркаса из вертикальных гофрированных перфорированных пластин переменной высоты, образующих зубчатый профиль, обращенный вниз. Поставленная задача решается предложенной конструкцией фильтра для очистки воды, содержащего корпусе днищем, подводящими и отводящими патрубками, зернистую фильтрующую загрузку и установленные в корпусе гофрированные перфорированные пластины переменной высоты, образующие в сечении зубчатый профиль в виде равнобедренных треугольников с углом при вершине 60-90°, в котором согласно изобретению, пластины размещены в загрузке, верхние кромки пластин расположены в одной горизонтальной плоскости на уровне верха загрузки, при этом максимальная высота пластин составляет 0,30,5 расстояния от верхних кромок пластин до днища фильтра, и в соседних пластинах вершины гофр расположены напротив впадин гофр. Набор вертикально расположенных гофрированных перфорированных пластин переменной высоты, образующих зубчатый профиль, обращенный вниз, в виде равнобедренных треугольников в толще верхней части загрузки обеспечивает переменную по толщине межзерновую пористость зернистого слоя за счет, так называемого, "пристенного эффекта" - меньшей плотности упаковки зерен загрузки вблизи поверхности пластин. В связи с этим, с удалением от поверхности в глубь зернистого слоя в верхней его части межзерновая пористость дискретно снижается за счет уменьшения числа пластин в горизонтальных сечениях, более удаленных от поверхности слоя. Это обеспечивает фильтрование в направлении убывающей пористости, в результате чего распределение отложений, образованных задержанными примесями, по толщине зернистого слоя будет более равномерным, чем при фильтровании через загрузку с одинаковой во всем объеме пористостью. Результатом этого является увеличение времени работы фильтра до исчерпания располагаемого напора с 4 ч до 5-6 ч, сокращение числа промывок фильтра и, соответственно, расхода воды на их осуществление в 1,2-1,3 раза и повышение за счет этого производительности фильтра на 8-12%, а также повышение надежности работы фильтра за счет создания условий, способствующих предотвращению возможности кольматации и возникновения вакуума в зернистом слое, что нарушает процесс очистки воды фильтрованием. При промывке фильтра набор вертикально расположенных гофрированных перфорированных пластин переменной высоты образующих зубчатый профиль, обращенный вниз, в виде равнобедренных треугольников, в толще верхней части загрузки обеспечит переменное по пощади фильтра гидравлическое сопротивление зернистого слоя в состоянии псевдоожижения, что вызовет фонтанирование зерен в местах с меньшей высотой пластин и опускание - в местах с их большей высотой. За счет такого вертикального перемешивания будет достигнут контакт всей загрузки в процессе ее промывки в псевдоожиженном состоянии с неподвижным каркасом. Наличие этих пластин, гофрированных по вертикали и установленных со смещением гофр смежных пластин, в псевдоожиженном зернистом слое обеспечит высокое качество промывки фильтра за счет интенсивного трения движущихся зерен и неподвижного каркаса. На чертеже представлен общий вид фильтра в разрезе. Фильтр состоит из корпуса 1, в котором размещена загрузка 2. В толще верхней части загрузки установлены гофрированные перфорированные пластины переменной высоты 3. Под загрузкой 2 размещена дренажно-распределительная система 4, соединенная с трубопроводом отвода фильтрата 5 и подачи промывной воды 6, а также воздушная распределительная система 7, соединенная с трубопроводом подачи воздуха 8. Над загрузкой 2 размещены лотки 9, примыкающие к карману 10, к которому подведены трубопроводы подачи очищаемой воды 11 и отвода фильтрата 12. Верхние кромки пластин расположены в одной горизонтальной плоскости на уровне верха загрузки, а в сечении пластины образуют зубчатый профиль, обращенный вниз в виде равнобедренных треугольников с углом при вершине 60-90°, максимальная высота пластин составляет 0,3-0,5 расстояния от верхних кромок пластин до днища фильтра. Фильтр работает следующим образом. Очищаемая вода по трубопроводу 11 подается в карман фильтра 10, откуда поступает в пространство над загрузкой, а затем проходит вниз через зернистую загрузку 2, освобождаясь при этом от взвешенных примесей, которые, задерживаясь зернистым слоем, образуют в его межзерновом пространстве отложения. При этом в верхней части загрузки за счет пристенного эффекта, создаваемого пластинами переменной высоты, установленными в ней, процесс фильтрования будет осуществляться в направлении убывающей межзерновой пористости, что обеспечит более равномерное распределение отложений, образованных задержанными примесями, по толщине зернистого слоя и за счет этого меньший прирост потери напора в нем. Очищенная вода (фильтрат) через дренажно-распределительную систему 4 отводится из фильтра по трубопроводу 5. При этом задвижки на трубопроводах 5 и 11 открыты, а на трубопроводах 6, 8 и 12 закрыты. По исчерпанию защитного действия загрузки или располагаемого напора фильтр регенерируют. Для этого закрывают задвижки на трубопроводах 5 и 11 и открывают на трубопроводах 6, 8 и 12. Вода для промывки фильтра подается по трубопроводу 6, а затем через дренажно-распределительную систему 4 поступает в загрузку 2, которая при этом переходит в псевдоожиженное состояние. Промывка загрузки может быть дополнена продувкой воздухом, который подается по трубопроводу 8 в распределительную систему 7. При промывке происходит вертикальное перемешивание зернистого слоя и за счет этого контакт движущихся зерен всего слоя загрузки с неподвижным каркасом, что обеспечивает высокую эффективность промывки фильтра. Вода после промывки переливается в лотки 9, по которым поступает в карман 10, из которого отводится по трубопроводу 12. После промывки задвижки на трубопроводах 6, 8 и, 12 закрывают, а на трубопроводах 5 и 11 открывают. Фильтроцикл повторяется. По сравнению с известным каркасно-засыпным фильтром предлагаемый каркасно-засыпной фильтр обладает технико-экономическими преимуществами, состоящими в увеличении времени работы фильтра до исчерпания располагаемого напора в 1,2-1,5 раза, сокращении числа промывок фильтра и, соответственно, расхода воды на их осуществление в 1,2-1,3 раза и за счет этого в повышении производительности фильтра на 8-12%, а также в большей надежности в работе в результате создания условий, способствующих предотвращению возможности возникновения вакуума в зернистом слое.