Маммут-фільтр

Винахід відноситься до технології вилучення домішкових включень з рідин шляхом їх фільтрування і може бути використаний для очищення води та інших рідких технологічних середовищ. Відомий фільтр для очистки рідини, конструкція якого складається з корпусу, заповненого плаваючим гранульованим матеріалом, наприклад, дробленим керамзитом, або спіненим полістиролом, трубопроводів підводу води на очистку та відводу очищеної води, пристрою для збору і відведення промивної води, розташованого в нижній частині корпусу [1]. Недоліком фільтра є нестабільність швидкості фільтрування і зменшення продуктивності пристрою за рахунок суттєвого зростання гідравлічного опору фільтруванню рідини, при осадженні на гранулах фільтруючого завантаження забруднень і зашаровування (зменшення порового) простору насадки. Найбільш близьким до технічного рішення, що пропонується, є відомий фільтр для очистки рідини, який складається з корпусу, заповненого фільтруючим завантаженням, трубопроводу подачі води на очистку з розподільчою мережею, патрубків відводу очищеної води, та відводу промивної води [2]. Очищення води від домішкових включень фільтром-прототипом також відбувається за рахунок осадження домішкових включень на гранулах завантаження, що призводить до зменшення об'єму порового простору (пористості) насадки. Інтенсивність зменшення пропорційна кількості осаджених домішок. Найбільш інтенсивно цей процес проходить на початкових шарах фільтруючого завантаження і приводить до поступового їх закупорювання, в той час як значний об'єм залишається незаповнений домішками (до 50%), а наслідком є суцільне зашарування пор, в той час як значно більший об'єм завантаження залишається незаповненим домішками тільки тому, що вони не можуть пройти в незаповнений об'єм. Гідравлічний режим протікання води не сприяє рівномірному розподілу частинок осаду по довжині фільтруючого завантаження, а призводить тільки до зростання гідравлічного опору, наслідком чого є зменшення швидкості фільтрування, а це негативно впливає на весь технологічний процес очищення. Швидкість фільтрування, відповідно і продуктивність, в пристрої-прототипі змінюється від номінального її значення до 0 саме за рахунок зростання втрат напору початкового шару фільтруючого завантаження. Ця обставина змушує проводити передчасну регенерацію насадки фільтра, що суттєво скорочує час фільтрувального циклу, коли весь об'єм насадки ще не використав ресурс ємкості поглинання, а відтак знижує ефективність роботи фільтруючої установки, економічні показники її експлуатації за рахунок скорочення часу фільтрування, збільшення витрат регенераційної води, у тому числі від збільшення загальної тривалості регенераційних періодів. Необхідно також відзначити те, що пристрій не призначений для вилучення широкого спектру домішок, наприклад, для видалення розчинених домішкових включень необхідні додаткові пристрої, що забезпечують переведення їх в дисперсний стан (флотації, біологічного очищення). В основу винаходу поставлена задача в маммут-фільтрі для очищення води шляхом додаткового обладнання ерліфтним стояком, приєднаним до трубопроводу подачі води на очистку і гідравлічне з'єднаного перетоками із розподільчими трубопроводами, а також системою газонасичення, яка приєднана до ерліфтного стояка, забезпечити збільшення частоти коливань швидкості фільтрування води, а також редокс-потенціалу води, що подається на очищення. Поставлена задача досягається за рахунок того, що маммут-фільтр, який складається із корпусу з фільтруючим завантаженням, патрубка подачі води на очистку з системою розподільчих трубопроводів, які розташовані в корпусі, патрубків відводу очищеної води, та відводу промивної води додатково обладнаний ерліфтним стояком, приєднаним до трубопроводу подачі води на очистку і гідравлічне з'єднаного перетоками із розподільчими трубопроводами, а також системою газонасичення, яка приєднана до ерліфтного стояка. Поставлена задача досягається за рахунок того, що система газонасичення маммут-фільтра, яка включає трубопроводи подачі стиснутого газу, додатково обладнана пристроєм підготовки газового середовища, наприклад, іонізатором, а також клапаном-регулятором. Завдяки запропонованому обладнанню маммут-фільтра ерліфтним стояком, приєднаним до трубопроводу подачі води на очистку і гідравлічне з'єднаного перетоками із розподільчими трубопроводами забезпечується почергово введення води в різні шари (зони) фільтруючого завантаження, а у поєднанні із системою газонасичення досягається ефект пульсації швидкості протікання води крізь фільтруюче завантаження, проходження частинок (котрі осіли) у віддалені шари і рівномірне заповнення домішками порового простору всього фільтруючого завантаження. Але функціонування системи газонасичення, яка приєднана до ерліфтного стояка, дозволяє збільшити вміст газу (наприклад, повітря), за рахунок чого підвищується редокс-потенціал середовище, що підводиться на очищення. Високі значення цього параметру дозволяють досягти ефекту окислення частини розчинених домішкових включень і є необхідною умовою для розвитку та оптимальної життєдіяльності біоактивного мулу, наявність якого є необхідною умовою вилучення із води азотмістких, фторорганічних та інших розчинених домішкових включень органічного походження. Завдяки високим значенням редокспотенціалу розвивається біоплівка на поверхні фільтруючого завантаження, за рахунок чого воно (завантаження) набуває комплексних сорбційних властивостей, стає здатним вловлювати не тільки дисперсні домішки, але й сорбувати на своїй поверхні забруднення, які були розчиненими. Обладнання системи газонасичення пристроєм підготовки газового середовища, наприклад, іонізатором, а також клапаном-регулятором дозволяє інтенсифікувати корегування редокс-потенціалу, за рахунок чого прискорюються процеси окислення, та значно підвищується ефект біологічного очищення. Клапан-регулятор призначений для дозування та створення пульсуючого режиму подачі води на очистку в різні шари фільтруючого завантаження. На фіг. 1 зображена принципова схема маммут-фільтра. Конструкція маммут-фільтра складається із корпуса 1, в якому розміщене фільтруюче завантаження 2 (наприклад, спінений пінополістирол), патрубка підводу води на очищення 3, ерліфтного стояка 4 з перетоками 5 і 6, які з'єднані відповідно з розподільчими трубопроводами 7 і 8, патрубків відведення очищеної води 9, а також відведення регенераційної води 10, газопровода подачі стиснутого повітря 11, пристрою підготовки газового середовища (наприклад, іонізатора) 12, клапана-регулятора подачі 13, штуцера вводу газового середовища 14 в ерліфтний стояк. Маммут-фільтр працює слідуючим чином. При включенні маммут-фільтра в роботу вода на очищення подається через патрубок 3 в ерліфтний стояк 4, далі по перетоку 5 і розподільчому трубопроводі 7 потрапляє в корпус 1, заповнюючи його. При цьому зернисте фільтруюче завантаження 2 піднімається наверх до утримуючої сітки. По газопроводу 11 подається стиснуте повітря в пристрій підготовки газового середовища 12 (далі іонізатор повітря, хоча може бути терморегулятор повітря, дозатор, в якому готується комплексне газове середовище, та ін.), проходить іонізацію і через клапан-регулятор 13 і далі штуцер 14 надходить в ерліфтний стояк 4, де збагачує повітрям воду, що надходить на очищення, за рахунок чого підвищується редокс-потенціал води. Високі значення цього показника створюють необхідні умови життєдіяльності біоактивного мулу, який покриває плівкою фільтруюче завантаження, а також створює умови окислення ряду розчинених домішкових включень, переводячи їх у зважену, дисперсну форму. В початковий період роботи для протоку рідини крізь завантаження з необхідною швидкістю, вода з ерліфтного стояка 4 надходить по перетоку 5 в розподільчий трубопровід 7, проходить крізь завантаження 2, в якому очищається від зважених домішок за рахунок їх осадження на гранулах завантаження та захоплюються розчинені азотмісткі та інші домішки біоплівкою, що покриває завантаження і відводиться через патрубок 9. Очистка води від забруднень, осадженні їх на елементах фільтруючого завантаження, супроводжується зменшенням пористості, за рахунок чого зростає гідравлічний опір, з поступовим закупорюванням початкового фільтруючого шару, на який припадає основне сорбційне навантаження. Завдяки наявності ерліфтного стояка у поєднанні з системою газонасичення, вода, що надходить на очищення, піднімається до перетоку 6 і потрапляє в розподільчий трубопровід 8, який знаходиться в товщі фільтруючого завантаження. Це створює різку зміну (імпульсну) швидкості від чого домішки, що закупорили поровий простір, проходять в глибші шари завантаження, зменшуючи його загальний гідравлічний опір. Частота та амплітуда коливань залежить від гідростатичного тиску, тиску газонасичуючої системи і може встановлюватись клапаном-регулятором 13. Таким чином, зростання гідравлічного тиску компенсується відповідним узгодженим підняттям рівня води в ерліфтному стояку газонасичуючою системою. Відводиться вода також через патрубок 9. Маммут-фільтр працює в режимі очистки до часу вичерпання сорбційних можливостей всього фільтруючого завантаження. Далі припиняється подача води через патрубок 3, відкривається вентиль на патрубку 10, що переводить маммут-фільтр в режим регенерації фільтруючого завантаження, яке розріджується, активно перемішується потоком води з верхньої частини корпуса 1, відмиває гранули завантаження від осаджених домішок. Промивна вода відводиться по трубопроводу 10. Після промивки цикл фільтрування повторюється. Наведена схема маммут-фільтра розкриває принцип реалізації технічного рішення, що пропонується, але реальне виконання, залежно від умов очищення, може включати більшу кількість розподільчих мереж, які обслуговують фільтруюче завантаження, узгоджують умови надходження води на очищення пропорційно кількості осаджених домішок, а конкретне конструктивне їх виконання та з'єднання перетоками із ерліфтним стояком, може забезпечувати фільтрування у будь-якому напрямі, як зверху-вниз, так і горизонтальне її пропускання крізь фільтруючий шар. Застосування запропонованого технічного рішення дозволяє створити пристрій комплексного очищення за рахунок надання біоактивних властивостей поверхні фільтруючого завантаження, цим забезпечити вилучення розчинених до-мішкових включень, чого неможливо досягти використанням відомих пристроїв. Одночасно система газонасичення не тільки дозволяє створити умови біосорб-ційного вилучення домішок, але за рахунок поєднання із ерліфтним стояком досягається рівномірне заповнення порового простору фільтруючого завантаження. За рахунок останнього досягається максимальне використання сорбційного потенціалу фільтруючого завантаження, продовжується фільтроцикл. Особливістю запропонованого технічного рішення є можливість корегування сорбційних властивостей елементів фільтруючого завантаження шляхом корегування редокс-потенціалу води, а також реалізація зв'язку явища гідростатичного тиску подачі води із запропонованими особливостями технології очищення, коли використовуються пружні властивості газового середовища, що підводиться для створення імпульсного режиму протікання середовища, що очищається. Перевагою є те, що очищення провадиться в автоматичному режимі без додаткового обладнання та обслуговуючого персоналу. Економічний ефект від впровадження одного такого фільтра на очисних станціях знезалізнення питної води продуктивністю 1000...1500 м3 на добу може складати 135...150 тис. грн. на рік за рахунок зменшення капітальних витрат на будівництво резервних фільтрів, необхідних для експлуатації в період регенераційного періоду основних фільтрів. Екологічний ефект розробки полягає в тому, що в 2...3 рази зменшується об'єм промивних вод (за рахунок збільшення грязеємкості фільтру Технічне рішення, що закладені в маммут-фільтрі, можуть бути реалізовані на вже діючих об'єктах, провівши їх незначну реконструкцію і забезпечити комплексне очищення води.