Фільтр-гідроробот aquarobot-1

Реферат: Фільтр-гідроробот AQUAROBOT-1 містить корпус з сипучим фільтруючим завантаженням, розподільну і дренажну системи, пристрій для переключення режиму роботи фільтра. Додатково обладнаний пристроєм-поршнем регулювання пористості фільтруючого завантаження, який виконаний у вигляді рухомих жалюзійних перфорованих перегородок, закріплених на пересувній рамі, котра зв'язана з приводом переміщення. UA 100148 U (12) UA 100148 U UA 100148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фільтраційного очищення води від широкого спектру забруднень шляхом комплексної фільтрації і може бути використаний для комунального та промислового призначення, створення мобільних очисних станцій при надзвичайних ситуаціях, а також тренінгово-дослідницьких водоочисних центрів, при ремонті і модернізації очисних споруд природних і стічних вод, також призначений для великих і малих комплексів очисних споруд, в блоці фіто доочищення і знезаражування прісної і солонуватої води з поверхневих і підземних джерел водопостачання, а також очищення стічних вод для отримання води технічної якості, очищення промислових, комунальних і зливових стоків, кондиціювання води для бальнеологічних комплексів і в системах зрошення і водного господарства рибних ферм, для екологічного самовідновлення малих річок, створення гідророботизованих систем очищення води, створення надійних само відновлювальних станцій очищення води для питних цілей, доочищення води від пестицидів, біогенних сполук азоту, фосфору з поверхневих і закритих джерел водопостачання, для активації води в теплицях, або перед мембранною очисткою води. Відомий фільтр для фільтраційної очистки рідини, що складається з корпусу, який заповнений в середній частині плаваючим гранульованим матеріалом, наприклад, дробленим керамзитом, або спіненим полістиролом, розподілюючого пристрою, встановленого в пласті завантаження, з колектором для відводу фільтрату і пристрою збору промивної води з колектором, що розміщений в нижній частині корпусу. Недоліком фільтру є низькі значення редокс-потенціалу води до і після фільтрування і, як наслідок те, що при очищенні води від високодисперсних забруднень відбувається проходження їх крізь завантаження в фільтрат, що значно знижує ефективність очищення і призводить до скорочення фільтроциклу. Причиною є те, що гранули фільтруючого завантаження не здатні утворювати дрібнопористе середовище, в результаті чого розміри порового простору значно більші габаритних розмірів високодисперсних частинок, які необхідно вилучати. Конструкція фільтруючого пристрою не здатна забезпечити ущільнення гранул фільтруючого завантаження, а в процесі роботи, що супроводжується налипанням на них частинок забруднень, питома вага їх (гранул) відчутно збільшується і це призводить до ще більшого розрідження гранул і збільшення пористості завантаження в цілому. Відомий фільтр для очистки рідини, який складається з корпусу з фільтруючим завантаженням, розподільної і дренажної системи, пристрою для переключення режиму роботи фільтру [2] (прототип). Недоліком вказаного технічного рішення є низькі значення градієнту редокс-потенціалу води до і після фільтрування і, як наслідок те, що через розміщення фільтруючого завантаження (із спіненого полістиролу) в вільному плаваючому стані. Його поровий простір формується за рахунок стискання тільки виштовхуючої сили (сили Архімеда). Розміри пор, як і в пристроїаналогу, значно більші розмірів високодисперсних частинок, а при налипанні осаду і, як наслідок, зростанні питомої ваги гранул завантаження відбувається їх розшарування із подальшим збільшенням розмірів порового простору, а то і пошарове відривання нижнього об'єму насадки. Ефективність вилучення домішкових включень і низькі значення Градієнту редокс-потенціалу води до і після фільтрування різко зменшуються в результаті дії факторів: - збільшення пористості сприяє проходженню дисперсних частинок; - відшарування нижніх об'ємів насадки зменшує робочу довжину фільтрування; - пошарове відривання нижніх гранул призводить до зриву вже осаджених забруднень. Саме тому часткова компенсація вказаних негативних процесів, що притаманні існуючим нині фільтрам, вимагає суттєвого скорочення часу фільтрувального циклу. Вказані негативні процеси (відривання гранул насадки з їх перемішуванням) посилюються тим, що осадження більш інтенсивне в центральній зоні насадки, а в периферійних (пристінних, кутових) менш інтенсивне, завдяки нерівномірності швидкостей протікання рідини у відповідних зонах, що обумовлює низькі значення градієнту редокс-потенціалу води до і після фільтрування. Технічне рішення, яке покладене в основу фільтра аналога не дає повної можливості впливати на пористість фільтруючого завантаження, як і будь-якого впливу на нього під час фільтрування, особливо на збільшення значення градієнту редокс-потенціалу води до і після фільтрування. В основу корисної моделі поставлена задача у фільтрі - гідророботі AQUAROBOT-1 містить корпус з сипучим фільтруючим завантаженням, розподільну і дренажну системи, пристрій для переключення режиму роботи фільтру, який додатково обладнаний пристроєм-поршнем регулювання пористості фільтруючого завантаження, який виконаний у вигляді рухомих жалюзійних перфорованих перегородок, закріплених на пересувній рамі, котра зв'язана з приводом переміщення, забезпечити збільшення значення градієнту редокс-потенціалу води до і після фільтрування. 1 UA 100148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується у фільтрі - гідророботі AQUAROBOT-1 містить корпус з сипучим фільтруючим завантаженням, розподільну і дренажну системи, пристрій для переключення режиму роботи фільтру шляхом того, що фільтр додатково обладнаний пристроєм-поршнем регулювання пористості фільтруючого завантаження, який виконаний у вигляді рухомих жалюзійних перфорованих перегородок, закріплених на пересувній рамі, котра зв'язана з приводом переміщення. Самі жалюзі виготовлені водо проникливим шляхом виконання в них перфорації, або виготовлення їх із пористого матеріалу, що утворюють діафрагму, при цьому розмір отворів перфорації або діафрагми менший розміру гранул нижнього шару фільтруючого завантаження. Фільтр - гідроробот AQUAROBOT-1, наприклад, також може бути додатково обладнаний приладом для встановлення пористості фільтруючого завантаження, який зв'язаний із приводом переміщення пристрою регулювання пористості фільтруючого завантаження. Він дозволяє визначати величину пористості зернистого завантаження і впливати на нього, використовуючи привід переміщення, котрий є складовою частиною додаткового пристрою регулювання пористості. Особливістю роботи фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 є чергування періодів фільтрування (очищення середовища) з періодами регенерації завантаження від осаджених домішок. Для ефективного очищення необхідна стабільність шару фільтруючого завантаження, а для проведення регенерації - активне його перемішування. Цим вимогам відповідає запропоноване конструктивне виконання вказаного фільтругідроробота AQUAROBOT-1, в якому пристрій-поршень виконаний у вигляді рухомих жалюзійних перегородок, закріплених на пересувні рамі, котра розташована під шаром фільтруючого завантаження і зв'язана з приводом переміщення забезпечити оптимальну величину пористості завантаження як в період фільтрування, шляхом його стискання до необхідного розмірів пор, перетворюючи її в квазісуцільну матрицю, так і в період регенерації, звільняючи насадку від зовнішнього впливу. Виконання жалюзі перфорованим, або з пористого матеріалу, який утворює діафрагму дозволяє не тільки оптимізувати гідравлічні втрати при входженні потоку води в насадку, але й вирівняти профіль її швидкості в поперечному перетині корпусу фільтра. Це виключає ефект "перевантаження" домішками центральної області насадки з одночасним "недовантаженням" периферійних її зон, разом з тим вказане конструктивне виконання здатно запобігати проходженню крізь отвори гранул завантаження завдяки тому, що віддаль між елементами жалюзі лінійні розміри перфорації та розмір отворів діафрагми жалюзійних перегородок менші лінійних розмірів гранул нижнього шару фільтруючого завантаження. Додаткове обладнання фільтра, наприклад, приладом для визначення пористості фільтруючого завантаження, який зв'язаний з приводом переміщення пристрою-поршня регулювання пористості фільтруючого завантаження, дозволяє автоматично змінювати пористість насадки (розмір пористого простору) під час фільтрування, що забезпечує не тільки підвищення ефективності в процесі накопичення на гранулах осаду домішкових включень, продовжуючи час фільтроциклу, але й враховувати специфіку середовища, що очищується (дисперсність частинок). Суть корисної моделі поставлена задача. На фіг. 1 зображено схему поперечного розрізу запропонованого фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 в режимі очищення води; На фіг. 2, наведена розріз-схема фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 в режимі регенерації насадки. Конструкція фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 складається з корпусу 1, в якому розміщене фільтруюче завантаження 2 (наприклад, спіненого полістиролу), патрубків підводу води на очищення 3, та відведення очищеної води 4, а також відведення регенераційної води 5, запірно-регулюючої арматури 6, пристрою-поршня регулювання структури фільтруючого завантаження 7 із рухомими жалюзійними перегородками 8 і приводу переміщення 9, приладу для визначення пористості фільтруючого завантаження 10, котрий функціонально зв'язаний приводом переміщення 9. Самі перегородки 8 можуть бути виконані перфорованими, лінійні розміри якої менші габаритних розмірів гранул нижнього шару фільтруючого завантаження 2, або жалюзійні перегородки 8 можуть додатково обладнуватись пористою діафрагмою (наприклад, хлориновою тканиною, або типу БЕЛЬТИНГ), або виготовлені з чарункового матеріалу за принципом нутчфільтрів. Фільтр - гідроробот AQUAROBOT-1 працює наступним чином. 2 UA 100148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вода на очищення подається через патрубок 3 в корпус 1, заповнюючи його. При цьому зернисте фільтруюче завантаження 2 піднімається (випливає) наверх, проходячи крізь простір між вертикально встановленими жалюзійними перегородками 8, які зв'язані з приводом переміщення 9. Товщина само спливаючого фільтруючого завантаження Н 1 (наведена пунктирною лінією). При цьому розмір пор між гранулами матеріалу завантаження виставиться в залежності від ступеня шорсткості завантаження, його диспергованості, питомої ваги і швидкості руху потоку води, який фільтрується через завантаження. За допомогою приводу переміщення 9 повертаються жалюзі 7, утворюючи квазісуцільну площину (вода проходить крізь їх перфорацію, або пори матеріалу, з якого може бути виготовлені жалюзі) і піднімається вся конструкція пристрою регулювання пористості фільтруючого завантаження 7 до нижнього шару насадки 2, стискає її до товщини Н2, що забезпечує зменшення пористості, а також нерухомість насадки, що виключає розрідження фільтруючого завантаження при налипанні забруднень і збільшенні ваги. При цьому величина пористості контролюється приладом 10. Вода фільтрується крізь пори насадки, очищається від домішкових включень і відводиться через патрубок 4. При вичерпанні сорбційних можливостей фільтруючого завантаження (коли наступає момент імовірного "проскоку" забруднень через фільтруюче завантаження) пристрій-поршень 7 опускають вниз приводом 9 в крайнє положення з переведенням перегородок 8 в вертикальне положення. Припиняється подача води через патрубок 3 і відкривається вентиль 6 на патрубку 5, що переводить фільтр в режим відмивки фільтруючого завантаження. Фільтруюче завантаження в режимі відмивки (регенерації) розріджується (до Н3) та активно перемішується потоком води з верхнього об'єму корпуса 1, відмиваючи гранули завантаження від домішок, що були осаджені. Промивна вода відводиться по трубопроводу 5. Після промивки перекривають вентиль 6 на трубопроводі 5 і подається вода на очистку. Фільтруюче завантаження спливає і цикл фільтрування повторюється. Для регулювання пористості фільтруючого завантаження, регулювання розмірів пор між гранулами фільтруючого завантаження (особливо між пружними гранулами спіненого полістиролу) фільтр обладнують приладом 10 для визначення стиснутості фільтруючого завантаження, який включає датчик та сам прилад, за допомогою якого визначають залежність оптимальної пористості від ступеня стиснення завантаження і ефективності очистки води. Останнє дозволяє регулювати процес очистки води на відстані (з віддаленого диспетчерського пульту) і автоматизувати роботу водоочисного обладнання, функціонально зв'язавши пристрій 10 з приводом переміщення 9, що особливо важливо для станцій великої продуктивності. Самі датчики можуть фіксувати переміщення елементів пристрою регулювання пористості (ω) фільтруючого завантаження 7, або інші параметри, наприклад, втрати напору в завантаженні, для яких пористість є найбільш впливовим параметром. Останній параметр дозволяє підтримувати сталими розміри порового простору в процесі налипання на гранулах домішок. Таким чином, прилад 10 може слугувати датчиком зусилля для приводу 9. В технологічному плані остання обставина призводить не тільки до підвищення ефективності в роботі, але й сприяє суттєвому зростанню ємкості поглинання насадкою домішок та продовження фільтроциклу. Технічні рішення, що закладені в запропонованій конструкції фільтр - гідроробот AQUAROBOT-1 можуть бути використані для модернізації вже діючих фільтрувальних станцій і фільтрів, при цьому, їх реконструкція не вимагатиме значних капіталовкладень, а впровадження суттєво покращить як технологічні параметри очистки природних і стічних вод, так і економічні показники експлуатації очисної споруди любої продуктивності. Особливою відмінністю фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 від об'єктів аналогічного призначення, є застосування керованого фільтраційного очищення води із зміною пористості фільтруючого завантаження, що максимально наближує фільтраційні процеси до таких, що проходять в природних умовах. У результаті чого одержується високоякісна вода, корисна для споживання із збільшеними показниками градієнту редокс-потенціалу. Фільтр - гідроробот AQUAROBOT-1 має і інші суттєві відмінності від споруд аналогічного призначення, адже поєднання, послідовність кожного з елементів пристрою з введенням додаткових елементів дозволяють підвищити градієнт редокс-потенціалу води до і після очищення, а також збільшити коефіцієнт утилізації вилучених забруднень, досягти якісних результатів, котрі базуються на використання природних механізмів активації води і відновлення речовин із отриманням супутніх корисних речовин і елементів замість баластного осаду забруднень, котрий потребує додаткової обробки, утилізації або безпечного зберігання, що реалізується відомими технічними рішеннями. 3 UA 100148 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Конструкцією і технологічними рішеннями використання активованої води в фільтрі гідророботі AQUAROBOT-1 у вигляді, наприклад, закритого самокерованого боксу, забезпечується збільшення градієнту редокс-потенціалу води і екологічно чисте вилучення солей і іонів важких металів, а також вилучення забруднень із отриманням утилізатора двоокису вуглецю і генератора кисню, аерозолів корисної водяної пари. Робота фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 базується, в першу чергу, на збільшенні градієнту редокс-потенціалу води і використанні, наприклад, для цього активованої води (католіту), а також природних явищ мікробіологічного, фіто масообміну і мікробіологічного перетворення речовин, включаючи іони важких металів, і таким чином, що створює замкнутий цикл отримання чистої, придатної для споживання води і речовин, котрі необхідні для використання, як то паливо, біогумус, білкову масу активного мулу та збагачення атмосфери киснем, створює безвідходну технологію, котра безпечна у використанні і гарантує підвищення градієнту редокс-потенціал Eh води до і після очищення, а також збільшення коефіцієнту утилізації вилучених забруднень. При цьому, в фільтрі-гідророботі AQUAROBOT-1 досягається значне зниження енергетичних витрат на проведення очищення, а також майже повне скорочення витрат хімічних реагентів на очищення води від іонів важких металів, що присутні в воді. Відмінністю в фільтрі-гідророботі AQUAROBOT-1 є екологічна і технологічна безпечність технології і простота експлуатації основного обладнання з гарантованим забезпеченням підвищення Градієнту редокс-потенціалу води, а також, як наслідок, збільшенням коефіцієнту утилізації вилучених забруднень і іонів важких металів, сполук азоту і фосфору. Експлуатація фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 відрізняється простотою і низькими експлуатаційними витратами, що впливає на надійність процесу і собівартість водопідготовки питної води, а також переробки стічної води в технічну воду для її повторного використання, очищення і опріснення солонуватої води з відкритих джерел водопостачання і шахтних кар'єрів, поєднаного фільтраційно-сорбційного очищення води з суспензією бруситу, і/або цеоліту, і/або шунгіту, і/або кизельгуру, і/або кліноптилоліту. Річний прогнозований економічний ефект від впровадження комплексу фільтрів-гідророботів 3 AQUAROBOT-1 продуктивністю, наприклад, 350000,0…440000,0 м /добу може складати 580000,0…670000,0 тис. грн. за рахунок значної економії реагентів при очищенні води від біогенних сполук азоту і фосфору (зменшення витрат на 94…99 %), порівняно з типовими рішеннями і прототипом, при цьому, буде економитися чиста вода, створяться оптимальні умови повторного використання зворотних і промивних вод, а також глибокого очищення і активації літо матеріалами питних вод з поверхневих джерел водопостачання і глибокого доочищення зворотних і технічних вод для зрошення. Впровадження фільтра-гідроробота AQUAROBOT-1 може забезпечити природну активацію води для фермерських потреб, вирощування зернових, рису, для тваринницьких і рибних ферм, для птахофабрик, мисливських господарств і бальнеологічних комплексів. Створюються природні умови впровадження повністю автоматизованих комплексів очищення води, забезпечення природного очищення і опріснення солонуватої і поверхневої води від пестицидів, добрив і біогенних сполук азоту і фосфору, доочищення води з відкритих водойм від присутніх там гомеопатичних залишків ліків, гормонів, антибіотиків, ПАР, нафтопродуктів, присадок до палива і інших домішок техногенного походження, включаючи радіоактивні елементи і меркаптани, якщо останні присутні в воді. Використана інформація: 1. А.с. СРСР № 682246, BO1D23/26; 1975 р. 2. Журба М.Г. "Фільтри з плаваючим завантаженням для сільгоспводопостачання". М. Колос, 1971, с. 83 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Фільтр-гідроробот, що містить корпус з сипучим фільтруючим завантаженням, розподільну і дренажну системи, пристрій для переключення режиму роботи фільтра, який відрізняється тим, що додатково обладнаний пристроєм-поршнем регулювання пористості фільтруючого завантаження, який виконаний у вигляді рухомих жалюзійних перфорованих перегородок, закріплених на пересувній рамі, котра зв'язана з приводом переміщення. 4 UA 100148 U 5 UA 100148 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 6