CZ2011468A3 - Zpusob cistení filtracní náplne gravitacního pískového filtru a filtracní zarízení - Google Patents

Abstract

Resení se týká zpusobu cistení filtracní náplne gravitacního pískového filtru a filtracního zarízení. Filtracní nápln je ulozena na mezidnu, pod které se privádí tlakový vzduch, který proniká otvory v mezidnu do filtracní náplne a cestou k jejímu povrchu uvolnuje zákal do vrstvy vody nad filtracní náplní, který se spolu s vodou následne odcerpává. Tlakový vzduch privádený pod mezidno vytlacuje prefiltrovanou vodu z prostoru pod mezidnem do nádrze prefiltrované vody. Objem privádeného tlakového vzduchu za jednotku casu je vetsí nezli objem odtékající vody vytlacené do nádrze prefiltrované vody. Doba potrebná k pocátecnímu rozrusení zákalu ve filtracní náplni a následnému poklesu tlaku pod mezidnem filtru, je kratsí nez doba potrebná pro vytesnení takového mnozství vody z prostoru pod mezidnem, ze dojde k úniku vzduchu z prostoru mezidna do nádrze prefiltrované vody. Dále je popsáno filtracní zarízení.

Description

Vynález se týká biologického čištění odpadních vod v domovních čistírnách odpadních vod a to zejména terciálního dočištění, které má za úkol zachytit nerozpuštěné látky na výstupu z čistírny a tím zlepšit kvalitu vyčištěné vody.

Dosavadní stav techniky

Podle velikosti čistírny, návrhového průtoku čistírnou a požadavků na stupeň filtrace se používají různá filtrační zařízení. Známé jsou tři druhy filtrace. Je to písková, gravitační nebo tlaková filtrace, textilní filtrace využívající bubnové filtry a membránová filtrace. Nejdražší a nejkvalitnější je membránová filtrace, která je použitelná pro všechny velikosti čistíren a prakticky zachycuje všechny nerozpuštěné látky včetně bakterií. Ne vždy je však třeba odpadní vody čistit tak provozně a investičně nákladným způsobem. Filtrace textilní je vzhledem k minimálním velikostem strojního zařízení použitelná pro čistírny s kapacitou nad 100 m3/den. Tlaková písková filtrace se používá pro různé kapacity čistíren a typy filtru s různou účinností. Pro nejmenší velikosti s výkonem cca 3 m3/h a výše se používají běžná bazénová filtrační zařízení. Pořizovací cena je nízká, ale složitá je instalace s předřazenou akumulační nádrží a kromě toho tyto filtry vyžadují pravidelnou obsluhu. Gravitační pískové filtry jsou zemní, nebo vodárenského typu. Zemní filtry jsou jednoduché a je možné je použít i pro nejmenší čistírny. Jejich nevýhodou jsou značné požadavky na prostor, vyžadující plochu cca 5 m2/ 1 obyvatele, dále nákladnost a při zanesení kalem neumožňují regeneraci zpětným čištěním. Gravitační vodárenské pískové filtry jsou tvořeny nádrží s vodou a prostupným mezidnem, na kterém leží vrstva tříděného písku, obvykle o zrnitost 1 - 3 mm. Voda je přiváděna na povrch písku, který je trvale pod hladinou vody. Voda prosakuje přes vrstvu písku, čímž se filtruje. Tento filtr se čistí v pravidelných intervalech, nebo při indikaci snížené průtočnosti. Čištění spočívá v tom, že se do prostoru mezidna přivádí střídavě tlakový vzduch a voda. Tím dochází k uvolnění zákalu, zachyceného ve vrstvě písku, do vody nad pískovým filtrem a s touto vodou se zákal odčerpá. S ohledem na složitost řízení tohoto gravitačního pískového filtru, který pro svou činnost vyžaduje použití elektrických ventilů, manometrů, hladinových snímačů, řídící jednotky a podobně, se tento filtr pro dočištění odpadních vod z malých čistíren prakticky nevyužívá.

-2Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob čištění filtrační náplně gravitačního pískového filtru podle vynálezu, kde filtrační náplň je uložena na mezidnu, pod které se přivádí tlakový vzduch. Ten proniká otvory v mezidnu do filtrační náplně a cestou k jejímu povrchu uvolňuje zákal do vrstvy vody nad filtrační náplní, který se spolu s vodou následně odčerpává. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tlakový vzduch přiváděný pod mezidno vytlačuje přefiltrovanou vodu z prostoru pod mezidnem do nádrže přefiltrované vody, přičemž objem přiváděného tlakového vzduchu za jednotku času je větší nežli objem odtékající vody vytlačené do nádrže přefiltrované vody. Doba potřebná k počátečnímu rozrušení zákalu ve filtrační náplni a následnému poklesu tlaku pod mezidnem musí být kratší než doba za kterou je z prostoru pod mezidnem vytěsněno takové množství vody, že dojde k úniku vzduchu do nádrže přefiltrované vody, respektive k úniku vzduchu z nádrže přefiltrované vody. Doba potřebná pro vytlačení celého objemu přefiltrované vody z prostoru pod mezidnem je delší než doba za kterou vystoupá hladina vody v nádrži přefiltrované vody na úroveň vyšší, nežli je úroveň aktuální hladiny vody nad filtrační náplní v nádobě filtru. Objem prostoru přefiltrované vody pod mezidnem je nejméně tak velký, jako je objem nádrže přefiltrované vody mezi úrovněmi minimální hladiny a přítoku 1 do nádoby pískového filtru a s výhodou stejně velký nebo větší nežli objem celé nádrže přefiltrované vody. Nádrž přefiltrované vody je na své horní části uzavřena uzávěrem.

Filtrační zařízení je tvořené nádobou filtru s mezidnem prostupným pro vodu, filtračním náplní uloženou na mezidnu, z prostoru přefiltrované vody pod mezidnem vedoucí odtokovou trubkou do nádrže přefiltrované vody, čerpadlem přefiltrované vody a nádrží zakalené vody, čerpadlem zakalené vody a přívodem tlakového vzduchu ústícího do prostoru přefiltrované vody. Odtoková trubka má s výhodou nátok u dna nádoby filtru a výtok do nádrže přefiltrované vody na úrovni minimální hladiny v nádobě filtru. Nátok zakalené vody do nádrže zakalené vody je umístěn nad povrchem filtrační náplně a pod úrovní minimální hladiny vody v nádobě pískového filtru. Odtoková trubka má větší průtok nežli je návrhový průtok filtračním zařízením a menší průtok nežli je průtok přívodu tlakového vzduchu. Přefiltrované i zakalené vody jsou s výhodou odčerpávány vzduchovými čerpadly.

Výhodou řešení podle vynálezu je především jednoduchost konstrukce bez potřeby elektrických či manuálních uzavíracích armatur. Je zde dosaženo vysoké

-3spolehlivosti čištění filtrační náplně při nízké ceně. Toto řešení terciálního dočištění tak lze použít i na nejmenších domovních čistírnách, kde bylo dosud možné použití jen zemních pískových filtrů nebo drahých a na provoz náročných membránových filtrů. Terciální dočištění podle vynálezu tvoří přímou součást i malých domovních čistíren, z nichž lze levně získat vyčištěné odpadní vody v kvalitě umožňující její další široké využití.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených výkresech je na obr. 1 je znázorněn proces filtrace předčištěných odpadních vod a na obr. 2 proces čištění gravitačně protékaného pískového filtru podle vynálezu.

Příklad provedení vynálezu

Předčištěné odpadní vody přitékají přítokem 1 do nádoby 3 pískového filtru na aktuální hladinu 2 vody. Aktuální hladina 2 vody se během filtrace pohybuje v závislosti na velikosti přítoku do nádoby 3 pískového filtru a na stupni zakalení písku filtrační náplně 7, od úrovně přítoku 1 až po minimální filtrační hladinu 4, která je dána výškou vyústění 5 odtokové trubky 6 přefiltrované vody do nádrže 12 přefiltrované vody. Filtrovaná voda prosakuje filtrační náplní 7, tvořenou například tříděným vodárenským pískem o zrnitosti cca 1 - 4 mm, přes propustné mezidno 8 do prostoru 9 přefiltrované vody, který je ohraničen dnem 10 nádoby 3 pískového filtru a mezidnem 8, zatímco zákal zůstává zachycen na povrchu a v podpovrchové vrstvě filtrační náplně 7. Z prostoru 9 přefiltrované vody je voda vytlačována hydrostatickým přetlakem, tvořeným rozdílem hladin 2 a 4 do odtokové trubky 4. Odtoková trubka 6 má vtok 11 umístěný v blízkosti dna 10 nádoby 3 pískového filtru tak, aby objem prostoru 9 přefiltrované vody nad vtokem 11 byl co největší. Přefiltrovaná voda odtéká z prostoru 9 přefiltrované vody odtokovou trubkou 6 do nádrže 12 přefiltrované vody. Hladina 14 v nádrži 12 přefiltrované vody se v závislosti na měnící se hydraulice pískového filtru pohybuje pod nebo nad minimální filtrační hladinou 4, ale vždy jen pod aktuální hladinou 2 vody v nádobě 3 pískového filtru. Během filtrace se ve filtrační náplni 7 akumuluje kal a tím se snižuje jeho průtočnost. Zvyšuje se tak i rozdíl hladin vody mezi aktuální hladinou 2 vody nad filtrační náplní 7 a hladinou 14 v nádrži 12 přefiltrované vody. Proto je pak nezbytné provést vyčištění filtrační náplně 7. Tento proces, který se nazývá odkalením, je řízen bud v pravidelně nastavených intervalech, nebo nastává v návaznosti na technologický proces biologického čištění v čistírně.

-4Protože na čistírnách odpadních vod bývá k dispozici tlakový vzduch, provádí se zpětné praní filtrační náplně 7 s výhodou pomocí tlakového vzduchu, který se přivádí do prostoru 9 přefiltrované vody pod mezídno 8. Na počátku zpětného praní, kdy filtrační náplň 7 je slepena kalem, je třeba zajistit zvýšený přetlak vzduchu pod mezidnem 8, aby došlo k proražení hůře propustné vrstvy písku a usazeného kalu.

Aby v prostoru 9 pod mezidnem 8 mohl vzniknout, a po požadovanou dobu se udržel, dostatečný přetlak, který je nezbytný pro rovnoměrné pronikání tlakového vzduchu po celé ploše děrovaného mezidna 8 do vrstvy filtrační náplně 7, je třeba zamezit úniku vzduchu odtokovou trubkou 6. Toho se dosáhne tím, že přefiltrovaná voda vtéká do odtokové trubky 6 u dna prostoru 9 přefiltrované vody a tlakový vzduch je naopak přiváděn přímo pod mezídno 8, kde se pak vytvoří vzduchová vrstva, která postupně vytláčí přefiltrovanou vodu z prostoru 9 přefiltrované vody do odtokové trubky 6. Průtočnost odtokové trubky 6 je kalibrována tak, aby došlo k uvolnění filtrační náplně 7 s usazeným kalem dříve nežli tlakový vzduch vytlačí odtokovou trubkou 6 celý objem vody z prostoru 9 přefiltrované vody. Vhodný průtočný profil odtokové trubky 6 je možné rovněž nastavit osazením regulačního kohoutu 22. Po uvolnění usazeného kalu se tlak v prostoru 9 přečištěné vody sníží a všechen tlakový vzduch odchází mezidnem 8 do filtrační náplně 7, a tak ustane i odtok vody z prostoru 9 přefiltrované vody do nádrže 12 přefiltrované vody. V případě, že odpor usazeného kalu ve filtrační náplni 7 je tak velký, že dojde k vytlačení celého obsahu vody z prostoru 9 přefiltrované vody do nádrže 12 přefiltrované vody, pak je nezbytné, aby tento objem vody stačil k vystoupání hladiny vody v nádrži 12 přefiltrované vody nad úroveň aktuální hladiny 2 vody v nádobě 3 pískového filtru. To znamená, že objem prostoru 9 přefiltrované vody musí být nejméně tak velký jako objem nádrže 12 přefiltrované vody mezi úrovněmi minimální hladiny 4 a přítoku 1 do nádoby 3 pískového filtru a s výhodou stejně velký nebo větší, nežli je objem nádrže 12 přefiltrované vody. Hydrostatický přetlak sloupce vody v nádrži 12 přefiltrované vody tak působí proti úniku vody a následně tlakového vzduchu z prostoru 9 přefiltrované vody odtokovou trubkou 6, a to i v případě vytěsnění celého objemu vody z prostoru 9 přefiltrované vody. Tudíž, aby nebyl proces provzdušňování filtrační náplně 7 zastaven v případě, že by nedošlo k uvolnění zrn písku 7 dříve, než dosáhne vzduchová vrstva 16 ke vtoku do odtokové trubky 6, je nutné aby přefiltrovaná voda vytlačená z prostoru 9 do nádoby 12 přefiltrované vody dosáhla bezpečné úrovně 23, která musí být v průběhu a na konci odkalování vždy vyšší nežli aktuální

-5hladina 2 vody v nádobě 3 pískového filtru. Uzavřením horní části nádrže 12 přefiltrované vody uzávěrem 17 se získá další čas pro proražení zakalené filtrační náplně 7. Pň uzavření horní části nádrže 12 dojde k úniku tlakového vzduchu trubkou vzduchového čerpadla 13 přefiltrované vody a tim i k neuskutečnění odkalovacího procesu prakticky až po vytlačení celého objemu přefiltrované vody z nádrže 12 trubkou vzduchového čerpadla 13 a naplněním celé nádrže 12 přefiltrované vody vzduchem.

Před procesem odkalení filtrační náplně 7 se zastaví odčerpávání přefiltrované vody čerpadlem 13 přefiltrované vody. Přívodem 15 tlakového vzduchu se přivede tlakový vzduch do prostoru 9 přefiltrované vody pod mezidno 8, kde vzduch vytvoří souvislou vzduchovou vrstvu 16 pod celou plochou mezidna 8 a otvory, nebo specielními tryskami v mezidně 8 bubliny vzduchu prostupují vzhůru filtrační náplní 7. Tím dojde k pohybu zrnek písku a k uvolnění kalu, který se akumuluje do vrstvy vody nad povrchem 18 filtrační náplně 7. Zakalená voda odtéká otvorem 19, který je umístěn v úrovni mezi povrchem 18 filtrační náplně 7 a minimální filtrační hladinou 4, do nádrže 20 zakalené vody, ve které je umístěno čerpadlo 21 zakalené vody. Tato zakalena voda je přečerpávána zpět k přítoku do čistírny. Čerpadlo 13 přefiltrované vody a čerpadlo 21 zakalené vody jsou s výhodou tvořena vzduchovými čerpadly.

-6Patentové nároky

Claims (8)

1. Patentové nároky

   1. Způsob čištění filtrační náplně gravitačního pískového filtru, kde filtrační náplň je uložena na mezidnu, pod které se přivádí tlakový vzduch, který proniká otvory v mezidnu do filtrační náplně a cestou k jejímu povrchu uvolňuje zákal do vrstvy vody nad filtrační náplní, který se spolu s vodou následně odčerpává, vyznačující se tím, že tlakový vzduch přiváděný pod mezidno vytlačuje přefiltrovanou vodu z prostoru pod mezidnem do nádrže přefiltrované vody, přičemž objem přiváděného tlakového vzduchu za jednotku času je větší nežli objem odtékající vody vytlačené do nádrže přefiltrované vody.
2. 2. Způsob čištění filtrační náplně gravitačního pískového filtru podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba potřebná k počátečnímu rozrušení zákalu ve filtrační náplni a následnému poklesu tlaku pod mezidnem filtru, je kratší než doba potřebná pro vytěsnění takového množství vody z prostoru pod mezidnem, že dojde k úniku vzduchu z prostoru mezidna do nádrže přefiltrované vody.
3. 3. Způsob čištění filtrační náplně gravitačního pískového filtru podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že doba potřebná pro vytlačení celého objemu přefiltrované vody z prostoru pod mezidnem je delší než doba za kterou vystoupá hladina vody v nádrži přefiltrované vody na úroveň vyšší, než je aktuální hladina vody nad filtrační náplní.
4. 4. Způsob čištění filtrační náplně gravitačního pískového filtru podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba potřebná k počátečnímu rozrušení zákalu ve filtrační náplni a následnému poklesu tlaku pod mezidnem je kratší nežli doba potřebná pro zaplnění nádrže přefiltrované vody vzduchem.
5. 5. Filtrační zařízení tvořené nádobou filtru s mezidnem prostupným pro vodu, filtrační náplní uloženou na mezidnu, z prostoru pod mezidnem vedoucí odtokovou trubkou do nádrže čerpadla přefiltrované vody, čerpadlem přefiltrované vody a nádrží čerpadla zakalené vody, čerpadlem zakalené vody a přívodem tlakového vzduchu ústícího pod mezidno, vyznačující se tím, že odtoková trubka (6), má s výhodou nátok (11) u dna (10) nádoby (3) pískového filtru a výtok (5) do nádrže (12) přefiltrované vody na úrovni minimální hladiny (4), přičemž nátok (19) zakalené vody do nádrže (20) zakalené vody je umístěn nad povrchem filtrační náplně a pod minimální hladinou (4) vody v nádobě (3) pískového filtru, přičemž odtoková

   -7trubka (6) má větší průtok nežli je návrhový průtok filtrační náplně (7) a menší průtok nežli je průtok přívodu (15) tlakového vzduchu.
6. 6. Filtrační zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že objem prostoru (9) přefiltrované vody je nejméně tak velký jako objem nádrže (12) přefiltrované vody mezi úrovněmi minimální hladiny (4) a přítoku (1) do nádoby (3) pískového filtru.
7. 7. Filtrační zařízení podle nároku 5 a 6, vyznačující se tím, že nádrž (12) přefiltrované vody je na své horní části uzavřena uzávěrem (17).
8. 8. Filtrační zařízení podle nároku 5 až 7, vyznačující se tím, že přefiltrované a zakalené vody jsou odčerpávány vzduchovými čerpadly.