Фільтр для очистки води

Фільтр для очистки води, що містить корпус, розділений проміжним днищем на камеру брудної 3 34155 Облаштування у фільтрах підтримуючого шару, розташованого між завантаженням і проміжним днищем, не створює умов для рівномірного розподілу води і повітря під час промивання фільтра та відведення відфільтрованої води. Використання підтримуючого шар у призводить до подорожчання фільтра, а в деяких випадках, при недостатній втраті напору в щілинних ковпачках, підтримуючий шар є причиною порушення процесів фільтрування та промивання фільтра, що обумовлюється наявністю системи горизонтальної компенсації за висотою підтримуючого шару. Саме тому розподільну дренажну систему великого опору необхідно розміщати безпосередньо в зернистому завантаженні фільтра без облаштування підтримуючого шару, в цьому випадку може бути досягнутий рівномірний розподіл промивної води та відведення відфільтрованої води за робочою площею фільтра. Робота фільтра, оснащеного одношаровим крупнозернистим завантаженням, характеризується короткими фільтроциклами внаслідок невеликої гряземісткості, зазвичай не більше 5-8кг/м 2 робочої площі фільтра. Крім того, такий фільтр не може бути використаний для очищення стічних вод, які містять нафтопродукти у вигляді мастил. В останні роки перевага віддається фільтрам з дво- та багатошаровим завантаженнями, наприклад, фільтрам з крупнозернистим двошаровим завантаженням з шару дробленого антрациту з крупністю зернин 36мм і шару кварцового піску з крупністю зернин 1,6-2,5мм. Найбільш близьким до об'єкту, що заявляється, за технічною суттю та результатом, який може бути одержаний при його використанні, є обраний як прототип фільтр для очистки води [А.с. №710580, МПК2 В01D23/26, опубл. 25.01.1980, бюл. №3], що містить корпус, розділений проміжним днищем на камеру брудної води, заповнену крупнозернистим двошаровим завантаженням з шару дробленого антрациту з крупністю зернин 36мм і шару кварцового піску з крупністю зернин 1,6-2,5мм, і камеру відфільтрованої води, центральну вертикальну трубу з установленими в її верхній частині водозбірною лійкою і колосниковою решіткою, розподільну дренажну систему з щілинними ковпачками, патрубки для підведення та відведення оброблюваної води і промивної води та стисненого повітря. При цьому щілинні ковпачки, як правило, встановлюються за коридорною або шаховою схемами в кількості 35-50шт. на 1м 2 робочої площі фільтра. Оснащення прототипу вдосконаленою конструкцією верхньої розподільної системи, яка включає водозбірну лійку зі знімною колосниковою решіткою, дозволяє виключити потрапляння випадкових предметів у камеру брудної води під час фільтрування та винесення зернистого завантаження з фільтра під час промивання, що є істотною перевагою в порівнянні з аналогом та іншими конструкціями фільтрів. Однак конструкція розподільної дренажної системи з щілинними ковпачками за прототипом має такі ж недоліки, як і у аналогів, а саме: складність та недостатня надійність, що обумовлені необхідністю розміщення великої 4 кількості дренажних ковпачків (35-50 на 1м 2 робочої площі фільтра), а також схеми їхнього розміщення на проміжному днищі. До недоліків прототипу можна також віднести низькі технікоекономічні показники роботи прототипу та нетривалий строк його служби, обумовлені тим, що розподільна дренажна система прототипу не дозволяє забезпечити як рівномірне відведення відфільтрованої води, так і рівномірну подачу промивної води. Крім того, така розподільна дренажна система характеризується недостатньою надійністю в експлуатації. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена технічна задача створити такий фільтр для очистки води, який за рахунок удосконалення конструкції розподільної дренажної системи великого опору дозволить забезпечити досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні техніко-економічних показників роботи фільтра, а також у підвищенні надійності його експлуатації та у збільшенні терміну служби. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що фільтр для очистки води, який містить корпус, розділений проміжним днищем на камеру брудної води, заповнену двошаровим крупнозернистим завантаженням з шару дробленого антрациту з крупністю зернин 3-6мм та шару кварцового піску з крупністю зернин 1,6-2,5мм, і камеру відфільтрованої води, центральну вертикальну трубу зі встановленими в її верхній частині водозбірною лійкою і колосниковою решіткою, розподільну дренажну систему з щілинними ковпачками, патрубки для підведення та відведення оброблюваної і промивної води та стисненого повітря, згідно з корисною моделлю, обладнаний удосконаленою розподільною дренажною системою великого опору з щілинними ковпачками в кількості 20 штук на 1м 2 робочої площі фільтра, розташованими на проміжному днищі за концентричними колами з відстанню між щілинними ковпачками 180-220 мм, при цьому співвідношення ширини щілин у щілинному ковпачку до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцового піску становить 0,55-0,65. Обладнання фільтра, що заявляється, удосконаленою розподільною дренажною системою великого опору при установці 20 щілинних ковпачків на 1м 2 робочої площі фільтра та розміщення щілинних ковпачків на проміжному днищі за концентричними колами з відстанню між ними 180-220мм, а також дотримання співвідношення ширини щілин у щілинних ковпачках до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцового піску, яке становить 0,550,65, дозволяє використати крупнозернисте двошарове завантаження з шару дробленого антрациту фракцій 3-6мм та шару кварцового піску фракцій 1,6-2,5мм без облаштування підтримуючого шару при швидкості фільтрування 30-50м/год, розмістити розподільну дренажну систему великого опору з щілинними ковпачками безпосередньо в завантаженні фільтра, забезпечити рівномірний збір відфільтрованої води з робочої площі фільтра при фільтруванні, а також забезпечити рівномірний розподіл води та повітря за робочою площею фільтра при промиванні. Крім того, запобігається засмічення щілин ковпачків при фільтруванні та 5 34155 промиванні крупнозернистого двошарового завантаження, а також забезпечується гранична втрата напору у фільтрі, що заявляється, не більше 0,1МПа, збільшення терміну служби, підвищення надійності та техніко-економічних показників роботи фільтра. Розподільна дренажна система великого опору у фільтрі, що заявляється, під час фільтрування дозволяє забезпечити рівномірне відведення відфільтрованої води, а під час промивання рівномірний розподіл води та повітря за робочою площею фільтра. Гідравлічна нестійкість потоків відфільтрованої води під час фільтрування, а також потоків промивної води та повітря в завислому шарі під час промивання нейтралізується опором у щілинах ковпачків за напрямом руху ци х потоків. Визначальним параметром розподільної дренажної системи великого опору з щілинними ковпачками є втрата напору в ній. Тому відома формула (1) може бути представлена в такому виді: 2 2 h = n / 2g m , (2) де h - втрата напору, м вод. ст. n - швидкість руху води в щілинах ковпачків, м/с; g - прискорення сили ваги, м/с ; m - коефіцієнт витрат. Швидкість руху води в щілинах ковпачків розподільної дренажної системи великого опору під час фільтрування повинна бути не менше 2м/с, а під час промивання не менше 3-4м/с. Відмітною рисою розрахунку за цією формулою є те, що в ній прийнятий уточнений коефіцієнт витрат m , величина якого отримана в ході експериментальних досліджень. У процесі фільтрування в фільтрах без підтримуючого шару зернини завантаження прилягають до щілин ковпачків, тому втрата напору в таких ковпачках буде значно вищою, в порівнянні з чистими ковпачками, на які не впливає зернисте завантаження. За результатами експериментальних досліджень виявлені умови, при яких зернини завантаження, що прилягають до щілин ковпачків, впливають на опір. Під час промивання під впливом води, що витікає з щілин окремо взятого ковпачка, зернисте завантаження в районі його розташування переходить у завислий стан, і коефіцієнт m при розрахунку втрати напору необхідно приймати таким же, як для чистих ковпачків без впливу зернин завантаження. Таким чином, в результаті експериментальних досліджень величину коефіцієнта витрат m під час розрахунку втрати напору в процесі фільтрування рекомендується прийняти 0,25-0,3, а в процесі промивання 0,38-0,43. Однак, незважаючи на більш високу величину коефіцієнта витрат m для чистих щілинних ковпачків, розрахунок втрати напору в розподільній дренажній системі повинен здійснюватись, виходячи з умов забезпечення проведення ефективного промивання фільтра. Останнє пов'язане з тим, що швидкість промивної води в щілинах дренажних ковпачків приймається у 1,5-2,0 рази більшою, ніж у тій же дренажній системі під час роботи фільтра в режимі фільтрування. 6 Створення удосконаленої розподільної дренажної системи великого опору зі встановленням 20 щілинних ковпачків на 1 м 2 робочої площі фільтра та раціональної схеми їхнього розміщення на проміжному днищі фільтра за концентричними колами дозволяє збільшити відстань між сусідніми ковпачками в межах від 180мм до 220мм, а також виключити абразивне спрацьовування сусідніх ковпачків та внутрішні х ділянок корпусу фільтра, що прилягають до проміжного днища. Крім того, встановлення на проміжному днищі щілинних ковпачків на відстані 180-220мм один від одного в кількості 20 штук на 1м 2 робочої площі фільтра забезпечує проведення ефективного промивання фільтра при рівномірному розподілі промивної води за робочою площею фільтра. Встановлення більше 20 щілинних ковпачків на 1м 2 робочої площі фільтра обумовить створення умов для абразивного впливу на сусідні ковпачки потоків води, що виходять з щілинних ковпачків, та завислих зернин фільтруючого завантаження при промиванні фільтра, а встановлення менше 20 щілинних ковпачків на 1 м 2 робочої площі фільтра обумовить необхідність збільшення відстані між ними, при цьому в проміжках між ковпачками будуть утворюватися зони з зернистим завантаженням, яке недостатньо промивається. Розташування щілинних ковпачків фільтра на проміжному днищі за концентричними колами є більше раціональним технічним рішенням у порівнянні з коридорною або шаховою схемами. В схемі розміщення щілинних ковпачків за концентричними колами вони рівномірно розташовані за робочою площею фільтра, і особливо важливо те, що щілинні ковпачки, розміщені на більш віддаленій окружності від осі фільтра, будуть однаково віддалені від внутрішньої стінки корпусу. Однією з умов забезпечення надійної і сталої роботи фільтра в режимі фільтрування та промивання є запобігання засміченню щілин ковпачків розподільної дренажної системи, що досягається за рахунок дотримання співвідношення ширини щілин у ковпачку до діаметра нижньої межі фракції кварцового піску, яке прийняте на підставі експериментальних досліджень і складає 0,55-0,65. Співвідношення 0,55-0,65, що заявляється, є найбільш оптимальним для розподільної дренажної системи великого опору з щілинними ковпачками. При співвідношенні ширини щілин у ковпачку до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцового піску більшому, ніж 0,65, збільшується втрата напору в розподільній дренажній системі через перекриття щілин та їхнє забивання піщинами зернистого завантаження, а також виникають труднощі з видаленням цих піщин з щілин ковпачків під час експлуатації. При співвідношенні ширини щілин у ковпачку до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцового піску меншому, ніж 0,55, нераціонально використовується напір у режимі фільтрування, а також збільшується трудомісткість виготовлення щілинних ковпачків. У нашому випадку при використанні для нижнього шару завантаження крупнозернистого кварцового піску фракцій 1,6-2,5мм ширина щілин ковпачків складає 0,9-1,0мм. 7 34155 Суть фільтра для очистки води, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, де представлене на: Фіг.1 - загальний вид фільтра для очистки води; Фіг.2 - схема розташування щілинних ковпачків. Фільтр складається з корпусу 1, розташованого всередині корпусу 1 проміжного днища 2, яке розділяє корпус 1 на камеру 3 брудної води, заповнену крупнозернистим двошаровим завантаженням з шару дробленого антрациту 4 з крупністю зернин 3-6мм і шару кварцового піску 5 з крупністю зернин 1,6-2,5мм, та камеру 6 відфільтрованої води. До корпусу 1 приєднаний патрубок 7 для подачі вихідної забрудненої води в центральну вертикальну трубу 8 зі встановленими в її верхній частині водозбірною лійкою 9 та колосниковою решіткою 10, патрубок 11 для відведення відфільтрованої води, патрубок 12 для підведення промивної води та патр убок 13 для підведення стисненого повітря в камеру 6 відфільтрованої води. Відведення промивної води з фільтра здійснюється через патрубок 7. Проміжне днище 2 та щілинні ковпачки 14 являють собою розподільну дренажну систему великого опору фільтра. Щілинні ковпачки 14 встановлені на проміжному днищі 2 в кількості 20 штук на 1м 2 робочої площі фільтра за концентричними колами так, що відстань між щілинними ковпачками 14 становить 180-220мм, наприклад, 200мм. При використанні для нижнього шару за Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 8 вантаження крупнозернистого кварцового піску 5 з фракцією 1,6-2,5мм ширина щілин у ковпачках 14 розподільної дренажної системи великого опору становить 0,9-1,0мм, наприклад, 0,95мм. Фільтр, що заявляється, працює таким чином. Під час фільтрування вихідна забруднена вода патрубком 7 надходить у центральну вертикальну трубу 8 до водозбірної лійки 9 та через колосникову решітку 10 потрапляє всередину корпусу 1 фільтра, проходить через крупнозернисте двошарове завантаження, спочатку через шар дробленого антрациту 4, потім через шар кварцового піску 5, після чого надходить у розподільну дренажну систему, оснащену щілинними ковпачками 14, та видаляється з камери 6 відфільтрованої води через патрубок 11. Під час промивання промивна вода патрубком 12, а стиснене повітря патрубком 13 подаються в камеру 6 відфільтрованої води, проходять через щілинні ковпачки 14 розподільної дренажної системи, надходять у камеру 3 брудної води, проходять через крупнозернисте двошарове завантаження, спочатку через шар кварцового піску 5, потім через шар дробленого антрациту 4, спушуючи завантаження та вимиваючи з нього забруднення. Забруднена промивна вода і повітря через колосникову решітку 10 надходять у водозбірну лійку 9 та видаляються з фільтра через центральну вертикальну тр убу 8 і патрубок 7 на споруди для обробки промивної води. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601