Фільтр для очистки води

Фільтр для очистки води, що містить корпус, розділений проміжним днищем на камеру брудної води, заповнену двошаровим крупнозернистим завантаженням з шару дробленого антрациту та шару кварцового піску, і камеру відфільтрованої води, центральну вертикальну трубу з водозбірною лійкою і колосниковою решіткою, розподільну дренажну систему зі щілинними ковпачками, патрубки для підведення та відведення оброблюваної і промивної води та стисненого повітря, який відрізняється тим, що розподільна дренажна система обладнана щілинними ковпачками в кількості 20 штук на 1 м2 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. Винахід, що заявляється, відноситься до очищення природних і промислових стічних вод та може бути використаний в системах оборотного водопостачання металургійної, хімічної, теплоенергетичної та інших галузей промисловості. Відомий фільтр для очистки води (СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. - М., 1985. - С. 34-36, пп. 6.107, 6.108, 6.115, 6.119, 6.121), що містить корпус, розділений проміжним днищем на камеру брудної води, заповнену одношаровим крупнозернистим завантаженням з кварцового піску з крупністю зернин 1,6-2,5мм висотою 2,5-3м, і камеру відфільтрованої води, розподільну дренажну систему з щілинними ковпачками в кількості 35-50 на 1м2 робочої площі фільтра, патрубки для підведення та відведення оброблюваної і промивної води та стисненого повітря. У розподільній дренажній системі щілинні ковпачки, як правило, встановлюються за коридорною або шаховою схемами, а втрата напору в зернистому завантаженні та щілинних ковпачках не повинна перевищувати 0,15МПа. Втрата напору в розподільній дренажній системі з щілинними ковпачками визначається за формулою: (11) де z - коефіцієнт гідравлічного опору, рекомендується прийняти рівним 4; n - швидкість води або водоповітряної суміші в щілинах ковпачка, не менше 1,5м/с. g - прискорення сили ваги, м/с2. До недоліків такого фільтра можна віднести складну та недостатньо надійну конструкцію розподільної дренажної системи, що обумовлюється необхідністю розміщення на проміжному днищі великої кількості щілинних ковпачків (35-50шт. на 1м2 робочої площі фільтра). Використання формули (1) для розрахунку втрати напору в розподільній дренажній системі з щілинними ковпачками можливе тільки для фільтрів, в яких застосовуються підтримуючі шари, тому що коефіцієнт опору z не враховує збільшення UA (1) (19) h=z·n2/2g 89426 (13) (21) a200803804 (22) 26.03.2008 (24) 25.01.2010 (46) 25.01.2010, Бюл.№ 2, 2010 р. (72) СТАЛІНСЬКИЙ ДМИТРО ВІТАЛІЙОВИЧ, ЄРОХІН ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ, БОТШТЕЙН ВОЛОДИМИР АБРАМОВИЧ, ПІРОГОВ ОЛЕКСАНДР ЮРІЙОВИЧ, МАНТУЛА ВАДИМ ДМИТРОВИЧ, СТАСЕВСЬКИЙ СТАНІСЛАВ ЛЕОНІДОВИЧ, СЕМЕНОВ ДМИТРО ВАДИМОВИЧ (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВОТЕХНІЧНИЙ ЦЕНТР З ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ, ОБРОБКИ МЕТАЛІВ, ЗАХИСТУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ВИКОРИСТАННЯ ВТОРИННИХ РЕСУРСІВ ДЛЯ МЕТАЛУРГІЇ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ "ЕНЕРГОСТАЛЬ" (56) SU 710580, 25.01.1980 SU 1541601 A1, 28.02.1990 SU 1282385 A1, 27.02.1995 RU 2147456 C1, 20.04.2000 GB 1286638 A, 23.08.1972 C2 1 3 89426 4 втрати напору за рахунок прилягання зернин загів, а саме: складність та недостатня надійність, вантаження до щілин ковпачків у режимі фільтрущо обумовлені необхідністю розміщення великої вання. кількості дренажних ковпачків (35-50 на 1м2 робоОблаштування у фільтрах підтримуючого шачої площі фільтра), а також схеми їхнього розміру, розташованого між завантаженням і проміжним щення на проміжному днищі. До недоліків протоднищем, не створює умов для рівномірного розпотипу можна також віднести низькі технікоділу води і повітря під час промивання фільтра та економічні показники роботи прототипу та нетривідведення відфільтрованої води. Використання валий строк його служби, обумовлені тим, що розпідтримуючого шару призводить до подорожчання подільна дренажна система прототипу не дозвофільтра, а в деяких випадках, при недостатній ляє забезпечити як рівномірне відведення втраті напору в щілинних ковпачках, підтримуючий відфільтрованої води, так і рівномірну подачу прошар є причиною порушення процесів фільтруванмивної води. Крім того, така розподільна дренажна ня та промивання фільтра, що обумовлюється система характеризується недостатньою надійніснаявністю системи горизонтальної компенсації за тю в експлуатації. висотою підтримуючого шару. Саме тому розподіВ основу винаходу, що заявляється, поставльну дренажну систему великого опору необхідно лена технічна задача створити такий фільтр для розміщати безпосередньо в зернистому завантаочистки води, який за рахунок удосконалення женні фільтра без облаштування підтримуючого конструкції розподільної дренажної системи велишару, в цьому випадку може бути досягнутий рівкого опору дозволить забезпечити досягнення номірний розподіл промивної води та відведення технічного результату, який полягає у підвищенні відфільтрованої води за робочою площею фільттехніко-економічних показників роботи фільтра, а ра. також у підвищенні надійності його експлуатації та Робота фільтра, оснащеного одношаровим у збільшенні терміну служби. крупнозернистим завантаженням, характеризуєтьПоставлена задача вирішується за рахунок тося короткими фільтроциклами внаслідок невеликої го, що фільтр для очистки води, який містить коргряземісткості, зазвичай не більше 5-8кг/м2 робочої пус, розділений проміжним днищем на камеру площі фільтра. Крім того, такий фільтр не може брудної води, заповнену двошаровим крупнозербути використаний для очищення стічних вод, які нистим завантаженням з шару дробленого антрамістять нафтопродукти у вигляді мастил. В останні циту з крупністю зернин 3-6мм та шару кварцового роки перевага віддається фільтрам з дво- та багапіску з крупністю зернин 1,6-2,5мм, і камеру відфітошаровим завантаженнями, наприклад, фільтрам льтрованої води, центральну вертикальну трубу зі з крупнозернистим двошаровим завантаженням з встановленими в її верхній частині водозбірною шару дробленого антрациту з крупністю зернин 3лійкою і колосниковою решіткою, розподільну дре6мм і шару кварцового піску з крупністю зернин нажну систему з щілинними ковпачками, патрубки 1,6-2,5мм. для підведення та відведення оброблюваної і Найбільш близьким до об'єкту, що заявляєтьпромивної води та стисненого повітря, згідно з ся, за технічною суттю та результатом, який може винаходом, обладнаний удосконаленою розподібути одержаний при його використанні, є обраний льною дренажною системою великого опору з щіяк прототип фільтр для очистки води (А.с. линними ковпачками в кількості 20 штук на 1м2 №710580, МПК2 В01D23/26, опубл. 25.01.1980, робочої площі фільтра, розташованими на промібюл. №3), що містить корпус, розділений проміжжному днищі за концентричними колами з відстанним днищем на камеру брудної води, заповнену ню між щілинними ковпачками 180-220мм, при крупнозернистим двошаровим завантаженням з цьому співвідношення ширини щілин у щілинному шару дробленого антрациту з крупністю зернин 3ковпачку до діаметра зернин нижньої межі фракції 6мм і шару кварцового піску з крупністю зернин кварцового піску становить 0,55-0,65. 1,6-2,5мм, і камеру відфільтрованої води, центраОбладнання фільтра, що заявляється, удоскольну вертикальну трубу з установленими в її верхналеною розподільною дренажною системою веній частині водозбірною лійкою і колосниковою ликого опору при установці 20 щілинних ковпачків решіткою, розподільну дренажну систему з щілинна 1м2 робочої площі фільтра та розміщення щіними ковпачками, патрубки для підведення та відлинних ковпачків на проміжному днищі за конценведення оброблюваної води і промивної води та тричними колами з відстанню між ними 180-220мм, стисненого повітря. При цьому щілинні ковпачки, а також дотримання співвідношення ширини щілин як правило, встановлюються за коридорною або у щілинних ковпачках до діаметра зернин нижньої шаховою схемами в кількості 35-50шт. на 1м2 ромежі фракції кварцового піску, яке становить 0,55бочої площі фільтра. 0,65, дозволяє використати крупнозернисте двоОснащення прототипу вдосконаленою консшарове завантаження з шару дробленого антратрукцією верхньої розподільної системи, яка вклюциту фракцій 3-6мм та шару кварцового піску фрачає водозбірну лійку зі знімною колосниковою рекцій 1,6-2,5мм без облаштування підтримуючого шіткою, дозволяє виключити потрапляння шару при швидкості фільтрування 30-50м/год, випадкових предметів у камеру брудної води під розмістити розподільну дренажну систему великочас фільтрування та винесення зернистого заванго опору з щілинними ковпачками безпосередньо в таження з фільтра під час промивання, що є істотзавантаженні фільтра, забезпечити рівномірний ною перевагою в порівнянні з аналогом та іншими збір відфільтрованої води з робочої площі фільтра конструкціями фільтрів. Однак конструкція розпопри фільтруванні, а також забезпечити рівномірдільної дренажної системи з щілинними ковпачканий розподілводи та повітря за робочою площею ми за прототипом має такі ж недоліки, як і у аналофільтра при промиванні. Крім того, запобігається 5 89426 6 Створення удосконаленої розподільної дрезасмічення щілин ковпачків при фільтруванні та нажної системи великого опору зі встановленням промиванні крупнозернистого двошарового заван20 щілинних ковпачків на 1м2 робочої площі фільтаження, а також забезпечується гранична втрата тра та раціональної схеми їхнього розміщення на напору у фільтрі, що заявляється, не більше проміжному днищі фільтра за концентричними 0,1МПа, збільшення терміну служби, підвищення колами дозволяє збільшити відстань між сусідніми надійності та техніко-економічних показників робоковпачками в межах від 180мм до 220мм, а також ти фільтра. виключити абразивне спрацьовування сусідніх Розподільна дренажна система великого опоковпачків та внутрішніх ділянок корпусу фільтра, ру у фільтрі, що заявляється, під час фільтрування що прилягають до проміжного днища. Крім того, дозволяє забезпечити рівномірне відведення відвстановлення на проміжному днищі щілинних ковфільтрованої води, а під час промивання рівномірпачків на відстані 180-220мм один від одного в ний розподіл води та повітря за робочою площею кількості 20 штук на 1м2 робочої площі фільтра фільтра. Гідравлічна нестійкість потоків відфільтзабезпечує проведення ефективного промивання рованої води під час фільтрування, а також потоків фільтра при рівномірному розподілі промивної промивної води та повітря в завислому шарі під води за робочою площею фільтра. час промивання нейтралізується опором у щілинах Встановлення більше 20 щілинних ковпачків ковпачків за напрямом руху цих потоків. на 1м2 робочої площі фільтра обумовить створенВизначальним параметром розподільної дреня умов для абразивного впливу на сусідні ковпачнажної системи великого опору з щілинними ковки потоків води, що виходять з щілинних ковпачків, пачками є втрата напору в ній. Тому відома форта завислих зернин фільтруючого завантаження мула (1) може бути представлена в такому виді: при промиванні фільтра, а встановлення менше 20 щілинних ковпачків на 1м2 робочої площі фільтра (2) h=n2/2gm2 обумовить необхідність збільшення відстані між ними, при цьому в проміжках між ковпачками буде h - втрата напору, м вод. ст. дуть утворюватися зони з зернистим завантаженn - швидкість руху води в щілинах ковпачків, ням, яке недостатньо промивається. м/с; Розташування щілинних ковпачків фільтра на g - прискорення сили ваги, м/с2; проміжному днищі за концентричними колами є m - коефіцієнт витрат. більше раціональним технічним рішенням у порівШвидкість руху води в щілинах ковпачків рознянні з коридорною або шаховою схемами. В схемі подільної дренажної системи великого опору під розміщення щілинних ковпачків за концентричничас фільтрування повинна бути не менше 2м/с, а ми колами вони рівномірно розташовані за робопід час промивання не менше 3-4м/с. чою площею фільтра, і особливо важливо те, що Відмітною рисою розрахунку за цією формущілинні ковпачки, розміщені на більш віддаленій лою є те, що в ній прийнятий уточнений коефіцієнт окружності від осі фільтра, будуть однаково віддавитрат m, величина якого отримана в ході експелені від внутрішньої стінки корпусу. риментальних досліджень. У процесі фільтрування Однією з умов забезпечення надійної і сталої в фільтрах без підтримуючого шару зернини завароботи фільтра в режимі фільтрування та проминтаження прилягають до щілин ковпачків, тому вання є запобігання засміченню щілин ковпачків втрата напору в таких ковпачках буде значно вирозподільної дренажної системи, що досягається щою, в порівнянні з чистими ковпачками, на які не за рахунок дотримання співвідношення ширини впливає зернисте завантаження. За результатами щілин у ковпачку до діаметра нижньої межі фракції експериментальних досліджень виявлені умови, кварцового піску, яке прийняте на підставі експепри яких зернини завантаження, що прилягають до риментальних досліджень і складає 0,55-0,65. щілин ковпачків, впливають на опір. Під час проСпіввідношення 0,55-0,65, що заявляється, є наймивання під впливом води, що витікає з щілин більш оптимальним для розподільної дренажної окремо взятого ковпачка, зернисте завантаження в системи великого опору з щілинними ковпачками. районі його розташування переходить у завислий При співвідношенні ширини щілин у ковпачку стан, і коефіцієнт m при розрахунку втрати напору до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцонеобхідно приймати таким же, як для чистих коввого піску більшому, ніж 0,65, збільшується втрата пачків без впливу зернин завантаження. Таким напору в розподільній дренажній системі через чином, в результаті експериментальних досліперекриття щілин та їхнє забивання піщинами зеджень величину коефіцієнта витрат m під час розрнистого завантаження, а також виникають трудрахунку втрати напору в процесі фільтрування нощі з видаленням цих піщин з щілин ковпачків під рекомендується прийняти 0,25-0,3, а в процесі час експлуатації. промивання 0,38-0,43. Однак, незважаючи на При співвідношенні ширини щілин у ковпачку більш високу величину коефіцієнта витрат m для до діаметра зернин нижньої межі фракції кварцочистих щілинних ковпачків, розрахунок втрати навого піску меншому, ніж 0,55, нераціонально викопору в розподільній дренажній системі повинен ристовується напір у режимі фільтрування, а таздійснюватись, виходячи з умов забезпечення кож збільшується трудомісткість виготовлення проведення ефективного промивання фільтра. щілинних ковпачків. У нашому випадку при викоОстаннє пов'язане з тим, що швидкість промивної ристанні для нижнього шару завантаження крупводи в щілинах дренажних ковпачків приймається нозернистого кварцового піску фракцій 1,6-2,5мм у 1,5-2,0 рази більшою, ніж у тій же дренажній сисширина щілин ковпачків складає 0,9-1,0мм. темі під час роботи фільтра в режимі фільтрування. 7 89426 8 Суть фільтра для очистки води, що заявляєтьвантаження крупнозернистого кварцового піску 5 з ся, пояснюється графічним матеріалом, де предфракцією 1,6-2,5мм ширина щілин у ковпачках 14 ставлене на: розподільної дренажної системи великого опору - Фіг.1 - загальний вид фільтра для очистки становить 0,9-1,0мм, наприклад, 0,95мм. води; Фільтр, що заявляється, працює таким чином. - Фіг.2 - схема розташування щілинних ковпачПід час фільтрування вихідна забруднена воків. да патрубком 7 надходить у центральну вертикаФільтр складається з корпусу 1, розташованольну трубу 8 до водозбірної лійки 9 та через колого всередині корпусу 1 проміжного днища 2, яке сникову решітку 10 потрапляє всередину корпусу 1 розділяє корпус 1 на камеру 3 брудної води, запофільтра, проходить через крупнозернисте двошавнену крупнозернистим двошаровим завантаженрове завантаження, спочатку через шар дробленоням з шару дробленого антрациту 4 з крупністю го антрациту 4, потім через шар кварцового піску зернин 3-6мм і шару кварцового піску 5 з крупністю 5, після чого надходить у розподільну дренажну зернин 1,6-2,5мм, та камеру 6 відфільтрованої систему, оснащену щілинними ковпачками 14, та води. До корпусу 1 приєднаний патрубок 7 для видаляється з камери 6 відфільтрованої води чеподачі вихідної забрудненої води в центральну рез патрубок 11. вертикальну трубу 8 зі встановленими в її верхній Під час промивання промивна вода патрубком частині водозбірною лійкою 9 та колосниковою 12, а стиснене повітря патрубком 13 подаються в решіткою 10, патрубок 11 для відведення відфількамеру 6 відфільтрованої води, проходять через трованої води, патрубок 12 для підведення промищілинні ковпачки 14 розподільної дренажної сисвної води та патрубок 13 для підведення стисненотеми, надходять у камеру 3 брудної води, прохого повітря в камеру 6 відфільтрованої води. дять через крупнозернисте двошарове завантаВідведення промивної води з фільтра здійснюєтьження, спочатку через шар кварцового піску 5, ся через патрубок 7. Проміжне днище 2 та щілинні потім через шар дробленого антрациту 4, спушуюковпачки 14 являють собою розподільну дренажну чи завантаження та вимиваючи з нього забрудсистему великого опору фільтра. Щілинні ковпачки нення. Забруднена промивна вода і повітря через 14 встановлені на проміжному днищі 2 в кількості колосникову решітку 10 надходять у водозбірну 20 штук на 1м2 робочої площі фільтра за концентлійку 9 та видаляються з фільтра через центральричними колами так, що відстань між щілинними ну вертикальну трубу 8 і патрубок 7 на споруди ковпачками 14 становить 180-220мм, наприклад, для обробки промивної води. 200мм. При використанні для нижнього шару за 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 89426 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601