Спосіб очищення фільтрувального матеріалу безнапірного пісочного фільтра та фільтрувальна система

Реферат: Винахід належить до галузі очищення води і стосується способу очищення фільтрувального матеріалу безнапірного пісочного фільтра та фільтрувальної системи. Фільтрувальний матеріал розташований на перегородці, під яку подають стиснуте повітря, яке крізь отвори в перегородці проникає у фільтрувальний матеріал, а потім підіймається до його поверхні і виштовхує мул в шар води над фільтрувальним матеріалом. Після цього мул разом з водою відкачують. Стиснуте повітря, підведене під перегородку, виштовхує відфільтровану воду з порожнини під перегородкою в резервуар для відфільтрованої води. Об'єм стиснутого повітря, що подається за одиницю часу, є більшим, ніж об'єм витічної відфільтрованої води, витиснутої в резервуар для відфільтрованої води. Термін, необхідний для початкового руйнування мулу в фільтрувальному матеріалі і для подальшого зниження тиску під перегородкою цього фільтра, є меншим за термін, необхідний для того, щоб з порожнини під перегородкою була витиснена кількість води, достатня для того, щоб це привело до попадання повітря із зони під перегородкою в резервуар для відфільтрованої води. Фільтрувальна система містить UA 111938 C2 (12) UA 111938 C2 контейнер (3) для фільтра з проникною для води перегородкою (8), фільтрувальний матеріал (7), розташований на перегородці (8), а також відвідну трубку (6), яка проходить від порожнини (9) для відфільтрованої води під перегородкою (8) в резервуар (12) насоса для відфільтрованої води, насос (13) для відфільтрованої води і посудину (20) для забрудненої води, насос (21) для забрудненої води і пристрій (15) подачі стиснутого повітря, який проходить до порожнини (9) для відфільтрованої води під перегородкою (8). Відвідна трубка (6) переважно має вхідний отвір (11), розташований біля дна (10) контейнера (3) для пісочного фільтра, і вихідний отвір (5) до резервуара (12) для відфільтрованої води на рівні значення мінімального рівня (4) води в контейнері (3) для пісочного фільтра. Зливний отвір (19) для забрудненої води, що веде в посудину (20) для забрудненої води, розташований вище поверхні фільтрувального матеріалу (7) і нижче мінімального рівня 4 води в контейнері (3) для пісочного фільтра. Відвідна трубка (6) має пропускну спроможність, нижчу за пропускну спроможність пристрою (15) подачі стиснутого повітря. Винахід характеризується простотою конструкції, високою надійністю очищення фільтрувального матеріалу при низькій вартості. UA 111938 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до біологічного очищення стічних вод очисними установками домашнього типу, а саме третинного очищення, задачею якого є збільшення нерозчинених речовин на виході очисної установки, тим самим покращуючи якість очищеної води. Залежно від розміру очисної установки, передбачуваного потоку, що проходить через очисну установку, а також вимог до якості фільтрації, використовуються різні типи фільтрувальних систем. Відомі три типи фільтрування. Пісочне безнапірне або напірне фільтрування, тканинне фільтрування, де використовуються барабанні фільтри, і фільтрування через мембранний фільтр. Найдорожчим і найякіснішим є фільтрування через мембранний фільтр, яке підходить для очисних установок усіх розмірів і яке забезпечує затримання практично усіх нерозчинених речовин, у тому числі і бактерій. Але цей спосіб не завжди підходить для очищення стічних вод, оскільки він є вимогливим при використанні і таким типом фільтрування, що потребує інвестицій. Тканинне фільтрування, виходячи з малих розмірів цієї 3 системи, є вигідним для очисних установок з продуктивністю вище 100 м на добу. Напірнопісочне фільтрування може бути використане для різних очисних установок з різною продуктивністю і типами фільтрів з різним ступенем ефективності. Для найменших розмірів з 3 продуктивністю, рівній приблизно 3 м на годину і вище, використовуються стандартні басейні системи фільтрації. Не дивлячись на те, що її первинна вартість є низькою, встановлення є складним процесом, оскільки використовується накопичувальний резервуар, також такі фільтри потребують регулярного обслуговування. Безнапірні пісочні фільтри є підземного або водопостачального типу. Простота підземних фільтрів дозволяє використовувати їх в роботі очисних установок малого об'єму. Недоліком таких фільтрів є те, що вони займають багато 2 місця, потребуючи приблизно 5 м на одну особу; крім того, вони є дорогими, і їх неможливо відновити зворотним очищенням при забрудненні відходами. Безнапірні водопостачальні пісочні фільтри мають резервуар для води і проникну перегородку, на якій лежить шар відкласифікованого піску, зернистість якого зазвичай складає 1-3 мм. Вода потрапляє на поверхню піску, який постійно знаходиться під шаром води. Вода проходить через шар піску, за допомогою чого відбувається процес фільтрації. Цей фільтр потребує очищення, яке проводять або періодично або у разі індикації зниження швидкості потоку. Очищення полягає в тому, що в зону перегородки подають по черзі стиснуте повітря і воду. Накопичений мул в шарі піску, таким чином, звільняється і потрапляє у воду, що знаходиться над шаром піску, з цією водою мул і виводиться. Безнапірний пісочний фільтр, який для своєї роботи використовує електричні клапани, манометри, датчики рівня, блоки управління і так далі, практично не використовується для очищення стічних вод в малих очисних установках, зважаючи на складність управління таким фільтром. В патенті ФРН № 963417 С (опубл. 09.05.1957) розкрито фільтр для рідини, дренажне днище якого має рівномірно розташовані заглибні трубки, що висуваються усередину порожнини, яка влаштована під дренажним днищем фільтра та у яку може подаватися стиснуте повітря. Між дренажним днищем фільтра і фільтрувальним матеріалом розташований принаймні один шар гравійної подушки, причому розмір зерен гравію є більшим за розмір зерен фільтрувального матеріалу і за внутрішній діаметр заглибних трубок. Вищенаведені недоліки можуть бути усунуті способом очистки фільтрувального матеріалу безнапірного пісочного фільтра згідно з винаходом, в якому фільтрувальний матеріал розташований на перегородці, під яку подають стиснуте повітря. Стиснуте повітря крізь отвори у перегородці проникає у фільтрувальний матеріал, а потім підіймаючись до поверхні, виштовхує мул в шар води над фільтрувальним матеріалом. Потім мул та воду відкачують. Основа цього винаходу полягає в тому, що стиснутим повітрям, підведеним під перегородку, виштовхують відфільтровану воду з порожнини під перегородкою в резервуар для відфільтрованої води, причому стиснуте повітря подають в об'ємі за одиницю часу більшому, ніж об'єм витічної відфільтрованої води, витиснутої в резервуар для відфільтрованої води. Термін, необхідний для початкового руйнування мулу в фільтрувальному матеріалі і для подальшого зниження тиску під перегородкою, має бути меншим за термін, необхідний для того, щоб з порожнини під перегородкою була витиснена кількість води, достатня для того, щоб це привело до попадання повітря в резервуар для відфільтрованої води. Термін, необхідний для витиснення усього об'єму відфільтрованої води з порожнини під перегородкою, є довшим, ніж термін, за який рівень води в резервуарі для відфільтрованої води підніметься на рівень, вищий за поточний рівень води над фільтрувальним матеріалом в контейнері для пісочного фільтра. Об'єм порожнини для відфільтрованої води під перегородкою є принаймні таким же, що й об'єм резервуара для відфільтрованої води між мінімальним рівнем і рівнем впускного отвору до контейнера для пісочного фільтра, а переважно такий же, як і об'єм усього резервуара для 1 UA 111938 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 відфільтрованої води, або більший. Резервуар для відфільтрованої води в своїй найвищій точці закритий кришкою. Фільтрувальна система містить контейнер для фільтра з проникною для води перегородкою, фільтрувальний матеріал, розташований на перегородці, відвідну трубку від порожнини для відфільтрованої води під перегородкою до резервуара для відфільтрованої води, насос для відфільтрованої води і посудину для забрудненої води, насос для забрудненої води і пристрій подачі стиснутого повітря, який проходить до порожнини для відфільтрованої води. Відвідна трубка переважно має вхідний отвір біля дна контейнера для пісочного фільтра і вихідний отвір до резервуара для відфільтрованої води на рівні значення мінімального рівня в контейнері для пісочного фільтра. Зливний отвір для забрудненої води, що веде в посудину для забрудненої води, розташований вище поверхні фільтрувального матеріалу і нижче мінімального рівня води в контейнері для пісочного фільтра. Відвідна трубка має пропускну спроможність нижчу за пропускну спроможність пристрою подачі стиснутого повітря. Як відфільтровану, так і забруднену воду переважно відкачують насосами-ерліфтами. Перевага запропонованого винаходом рішення полягає в простоті конструкції, відсутності необхідності в електричних або механічних запірних клапанах. Внаслідок чого досягається висока надійність при очищенні фільтрувального матеріалу при низькій вартості. Принцип третинного очищення можна застосовувати і в найменших очисних установках, призначених для використання в будинках, де до цього часу було можливим застосування тільки підземних пісочних фільтрів або дорогих і складних в експлуатації мембранних фільтрів. Також третинне очищення згідно з винаходом є складовою частиною малих домашніх очисних установок, від яких можна одержати очищену стічну воду з якістю, яка дозволяє її подальше широке використання. На фіг. 1 проілюстровано процес фільтрації заздалегідь очищених стічних вод, а на фіг. 2 процес очищення безнапірного наскрізно прохідного пісочного фільтра згідно з винаходом. Заздалегідь очищена стічна вода надходить через впускний отвір 1 в контейнер 3 для пісочного фільтра до поточного рівня 2 води. Залежно від величини притоку в контейнер 3 для пісочного фільтра і від ступеня забруднення піску фільтрувального матеріалу 7, поточний рівень 2 води під час фільтрації коливається від рівня впускного отвору 1 до мінімального рівня 4, який визначається висотою розташування вихідного отвору 5 відвідної трубки 6 для відфільтрованої води в резервуарі 12 для відфільтрованої води. Відфільтрована вода просочується через фільтрувальний матеріал 7, який складається, наприклад, з відкласифікованого піску із зернистістю біля 1-4 мм, через проникну перегородку 8 в порожнину 9 для відфільтрованої води, межі якої визначаються дном 10 контейнера 3 для пісочного фільтра і перегородкою 8, тоді як мул залишається накопичуватися на поверхні та у верхньому шарі фільтрувального матеріалу 7. З порожнини 9 для відфільтрованої води вода виштовхується гідростатичним тиском, створеним різницею рівнів 2 і 4, у відвідну трубку 6. Відвідна трубка 6 має вхідний отвір 11, розташований поблизу дна 10 контейнера 3 для пісочного фільтра так, щоб об'єм порожнини 9 для відфільтрованої води над вхідним отвором 11 був якомога великим. За допомогою відвідної трубки 6 відфільтрована вода витікає з порожнини 9 для відфільтрованої води в резервуар 12 для відфільтрованої води. Залежно від зміни гідравлічного стану пісочного фільтра, рівень 14 води в резервуарі 12 для відфільтрованої води змінюється або вище, або нижче мінімального рівня 4, але завжди тільки нижче поточного рівня 2 води в контейнері 3 для пісочного фільтра. Під час фільтрації в фільтрувальному матеріалі 7 накопичується мул, знижуючи його пропускну спроможність. Результатом цього є також збільшення різниці рівнів води між поточним рівнем 2 води над фільтрувальним матеріалом 7 і рівнем 14 в резервуарі 12 для відфільтрованої води. Тому згодом необхідно провести очищення фільтрувального матеріалу 7. Цей процес, який називається дефекацією, здійснюється або за регулярно встановленими інтервалами, або залежно від технологічного процесу біологічної очистки в очисних установках. Оскільки стиснуте повітря звичайно є доступним в очисних установках, то здійснюють переважно зворотне очищення фільтрувального матеріалу 7 за допомогою стиснутого повітря, яке подають під перегородку 8 в порожнину 9 для відфільтрованої води. На початку зворотного очищення, коли фільтрувальний матеріал 7 забитий мулом, необхідно підвищувати тиск стиснутого повітря під перегородкою 8 для того, щоб проникнути всередину менш проникного шару піску і накопиченого мулу. Щоб під перегородкою 8 в порожнині 9 для відфільтрованої води міг виникнути і існувати протягом необхідного терміну достатній підвищений тиск, необхідний для рівномірного проникнення стиснутого повітря через усі отвори перегородки 8 в шар фільтрувального матеріалу 7, слід запобігти витоку повітря через відвідну трубку 6. Це досягається тим, що 2 UA 111938 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 відфільтрована вода втікає у відвідну трубку 6 біля дна порожнини 9 для відфільтрованої води, а стиснуте повітря навпаки подається прямо під перегородку 8, де згодом створюється шар повітря, який поступово виштовхує відфільтровану воду з порожнини 9 для відфільтрованої води в відвідну трубку 6. Пропускна спроможність відвідної трубки 6 обмежена відкаліброваним отвором 24 так, щоб звільнити фільтрувальний матеріал 7 з накопиченим мулом швидше, ніж стиснуте повітря виштовхне крізь відвідну трубку 6 усю воду з порожнини 9 для відфільтрованої води. Відповідним чином підібраний профіль відвідної трубки 6 обмежує витік води з порожнини 9 для відфільтрованої води навіть без відкаліброваного отвору 24. Після вивільнення накопиченого мулу тиск в порожнині 9 для відфільтрованої води знижується, і усе стиснуте повітря потрапляє через перегородку 8 в фільтрувальний матеріал 7, і, таким чином, витік води з порожнини 9 для відфільтрованої води в резервуар 12 для відфільтрованої води також припиняється. Якщо опір накопиченого в фільтрувальному матеріалі 7 мулу буде настільки великим, що це приведе до виштовхування всієї води, що містилася в порожнині 9 для відфільтрованої води, в резервуар 12 для відфільтрованої води, то треба, щоб цей об'єм води був достатнім для підйому рівня води в резервуарі 12 для відфільтрованої води над поточним рівнем 2 води в контейнері 3 для пісочного фільтра. Це означає, що об'єм порожнини 9 для відфільтрованої води мінімально має бути таким же, що і об'єм резервуара 12 для відфільтрованої води, або більшим. Таким чином, надлишковий гідростатичний тиск водяного стовпа в резервуарі 12 для відфільтрованої води запобігає витоку води, а потім і стиснутого повітря з порожнини 9 для відфільтрованої води через відвідну трубку 6 навіть у разі виштовхування усього об'єму води з порожнини 9 для відфільтрованої води. Отже, щоб запобігти припиненню процесу аерації фільтрувального матеріалу 7 в ситуації, коли піщинки не вивільнилися перед тим, як повітряний шар 16 досягне вхідного отвору відвідної трубки 6, необхідно, щоб відфільтрована вода, витиснена з порожнини 9 для відфільтрованої води в резервуар 12 для відфільтрованої води, досягла безпечного рівня 23, який має бути протягом і в кінці процесу очищення завжди вищим за поточний рівень 2 води в контейнері 3 для пісочного фільтру. Закриття верхньої частини резервуара 12 для відфільтрованої води кришкою 17 надаватиме ще додаткового часу, необхідного для проникнення усередину забрудненого фільтрувального матеріалу 7, завдяки тому, що спочатку увесь вміст резервуара 12 для відфільтрованої води повинен бути виштовхнутий з очисної установки через трубку насосаерліфта 13 для відфільтрованої води, і тільки потім повітря зможе вийти з порожнини 9 для відфільтрованої води. Перед початком процесу очищення фільтрувального матеріалу 7 від мулу припиняється процес відкачування відфільтрованої води насосом 13 для відфільтрованої води. Пристрій 15 подачі стиснутого повітря подає стиснуте повітря в порожнину 9 для відфільтрованої води під перегородку 8, де повітря утворює безперервний повітряний шар 16 під усією площею перегородки 8, і через отвори або спеціальні форсунки перегородки 8 повітряні бульбашки піднімаються угору через фільтрувальний матеріал 7. Цим досягається переміщення частинок піску і звільнення їх від мулу, який накопичується у шарі води над поверхнею 18 фільтрувального матеріалу 7. Забруднена вода витікає через зливний отвір 19, розташований на рівні між поверхнею 18 фільтрувального матеріалу 7 і мінімальним рівнем 4, в посудину 20 для забрудненої води, в якій розташований насос 21 для забрудненої води. Ця забруднена вода перекачується назад до входу очисної установки. Насос 13 для відфільтрованої води і насос 21 для забрудненої води переважно є насосами-ерліфтами. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Фільтрувальна система, яка містить контейнер (3) для пісочного фільтра з проникною для води перегородкою (8), фільтрувальний матеріал (7), розташований на перегородці (8), відвідну трубку (6), яка проходить від порожнини (9) для відфільтрованої води під перегородкою (8) в резервуар (12) для відфільтрованої води, насос (13) для відфільтрованої води і пристрій (15) подачі стиснутого повітря, який проходить під перегородку (8), яка відрізняється тим, що ввід пристрою (15) подачі стиснутого повітря розташований прямо під перегородкою (8), відвідна трубка (6) має вхідний отвір (11) біля дна (10) контейнера (3) для пісочного фільтра і вихідний отвір (5) до резервуара (12) для відфільтрованої води, розташований на висоті, яка визначає мінімальний рівень (4) води, причому відвідна трубка (6) має або підібраний профіль, або відкалібрований отвір (24), щоб обмежити потік води з порожнини (9) для відфільтрованої води так, щоб витрата потоку через відвідну трубку (6) була меншою за витрату потоку через пристрій (15) подачі стиснутого повітря, об'єм порожнини (9) для відфільтрованої води є принаймні рівним об'єму резервуара (12) для відфільтрованої води, зливний отвір (19) для 3 UA 111938 C2 5 10 15 забрудненої води, що веде в посудину (20) для забрудненої води, розташований вище поверхні фільтрувального матеріалу (7) і нижче мінімального рівня (4) води в контейнері (3) для пісочного фільтра. 2. Фільтрувальна система за п. 1, яка відрізняється тим, що насос (13) для відфільтрованої води є ерліфтом. 3. Спосіб очищення фільтрувального матеріалу (7) фільтрувальної системи за п. 1 або 2, в якому фільтрувальний матеріал (7) розташований в контейнері (3) для пісочного фільтра на перегородці (8), під яку подають стиснуте повітря, яке крізь отвори в перегородці (8) спрямовують у фільтрувальний матеріал (7) і на шляху просування до його поверхні цим повітрям вивільняють мул в шар води над фільтрувальним матеріалом (7), а потім мул разом з водою відкачують, який відрізняється тим, що стиснуте повітря підводять прямо під перегородку (8) і ним виштовхують відфільтровану воду з порожнини під перегородкою (8) в резервуар (12) для відфільтрованої води, при цьому стиснуте повітря подають в об'ємі за одиницю часу, більшому, ніж об'єм витічної відфільтрованої води, витиснутої в резервуар (12) для відфільтрованої води, причому, коли з порожнини під перегородкою (8) виштовхують усю воду, рівень води в резервуарі (12) для відфільтрованої води є вищим за рівень води в контейнері (3) для пісочного фільтра. 4 UA 111938 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5