PL233570B1 - Instalacja i sposób płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja i sposób płukania złóż w filtrach wykorzystywanych zwłaszcza w procesach uzdatniania wody.

Filtracja jest podstawowym procesem jednostkowym w technologii uzdatniania wody. Polega ona na oddzielaniu cząstek zawiesin od wody, podczas przepływu wody przez ośrodek porowaty, jakim jest złoże. Naturalnym efektem prawidłowej pracy złoża jest zatrzymywanie zawiesin/zanieczyszczeń w przestrzeniach międzyporowych/międzyziarnowych oraz na powierzchni ziaren. Zjawisko to powoduje wzrost oporów hydraulicznych i obserwowane jest jako wzrost różnicy ciśnień między wlotem, a wylotem z urządzenia filtrującego - filtra. Dłuższe utrzymywanie takiego stanu powoduje spadek wydajności filtra oraz konieczność zwiększania ciśnienia strumienia wlotowego. W konsekwencji prowadzi to do przedostawania się cząstek zanieczyszczeń do strumienia wylotowego i dochodzi do tzw. przebicia złoża. Metodą na przywrócenie początkowych własności złoża jest płukanie. Klasyczne płukanie realizowane jest poprzez wywołanie przepływu wody w kierunku przeciwnym do kierunku filtracji, co ma doprowadzić do usunięcia zdeponowanych w złożu zanieczyszczeń. W trakcie płukania na ziarna złoża filtracyjnego działa siła dynamiczna wywołana strumieniem wody lub wody i powietrza podawanego z układu drenażowego, umieszczonego w dolnej części filtra. Wzrost siły dynamicznej powoduje, że ciężar pozorny zmniejsza się, co wywołuje ekspansję złoża. Jeżeli złoże jest mocno skolmatowane lub w skrajnych przypadkach scementowane, w trakcie klasycznego płukania, należy zwiększać sukcesywnie prędkość przepływu mediów. Zjawisko to sprzyja oczyszczaniu złoża, przy czym może być prowadzone tylko do osiągnięcia granicy, którą jest zbliżanie się ziarenek złoża do krawędzi przelewowych. Przekroczenie tej granicy skutkuje ucieczką drobnych ziarenek złoża poza obręb filtra, co destabilizuje pracę filtra. Jeżeli złoże jest mocno scementowane, to przykładana siła dynamiczna, nie jest w stanie rozbić dużych skupisk scementowanych ziaren i w złożu wytwarzają się tzw. strefy martwe. Ocena efektywności płukania wielu filtrów doprowadziła do wniosku, że w niektórych przypadkach klasyczne płukanie z dołu do góry może być nieskuteczne, gdyż wewnątrz złoża tworzą się bryły zanieczyszczeń najczęściej o opływowym kształcie kulistym, których nie da się rozbić ani wodą, ani powietrzem, a zwiększanie siły dynamicznej od dołu w górę powoduje wynoszenie ziaren złoża poza obręb filtra. Po kilku płukaniach prowadzi to do zmniejszenia się miąższości złoża i w konsekwencji pogarsza się efekt filtracji.

Znana jest z opisu CN201192591 instalacja do płukania złóż zawierająca pionowy cylindryczny korpus pojemnika; rurę wlotową wody umieszczoną w górnej części korpusu pojemnika; rurę wylotową wody umieszczoną w dolnej części korpusu pojemnika; górny oddzielacz umieszczony w korpusie pojemnika; niższy separator umieszczony poniżej górnego separatora; wiele porów wodnych utworzonych na górnym i dolnym separatorze; oraz materiał filtrujący umieszczony pomiędzy górnym a dolnym oddzielaczem separatora w korpusie pojemnika. Rura do płukania jest umieszczona pionowo lub skośnie w dolnej części korpusu pojemnika. Rura do płukania rozciąga się pomiędzy górnym a dolnym separatorem. Rura do płukania posiada wiele otworów strumieni wodnych utworzonych na obwodzie ścianki rury do płukania. Otwory strumienia wody rozpraszają i rozpylają nośnik i wytwarzają przepływ obrotowy w korpusie pojemnika tak, aby oddzielić zanieczyszczenia przyklejone do materiału filtrującego. Koniec rury płukania wstecznego jest połączony z rurą strumienia wody.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej instalacji i sposobu płukania złóż w filtrach wykorzystywanych zwłaszcza w procesach uzdatniania wody, aby płukanie było bardziej skuteczne i efektywne.

Według wynalazku, instalacja płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody znajdująca się wewnątrz zbiornika, otoczona złożem filtracyjnym, połączona z króćcem wlotowym, a zbiornik u góry posiada króciec wylotowy, gdzie kierunek wpływu strumienia płuczącego przez instalację jest od dołu do góry. Instalacja posiada otwory stanowiące dysze dla strumienia płuczącego. Instalacja charakteryzuje się tym, że składa się z co najmniej trzech pionowych rur u góry i u dołu połączonych ze sobą, a dolne końce pionowych rur połączone są ze sobą poprzez rurowy pierścień, natomiast górne końce pionowych rur zakończone są rurowymi półłukami, które łączą się w górnym łączniku. Pionowe rury symetrycznie rozmieszczone są na rurowym pierścieniu, a pionowe rury wraz z rurowym pierścieniem, rurowymi półłukami i górnym łącznikiem tworzą zamkniętą konstrukcję. Pionowe rury wraz z rurowym pierścieniem i rurowymi półłukami posiadają na całej długości otwory, gdzie strumień płuczący rozchodzi się przez otwory pierścienia rurowego, otwory pionowych rur i otwory rurowych półłuków do złoża filtracyjnego.

Korzystnie jest, kiedy rurowy pierścień znajduje się w dole zbiornika i jest położony w połowie promienia zbiornika.

Korzystnie jest także, kiedy górny łącznik położony jest w osi zbiornika.

PL 233 570 B1

Korzystnie jest też, kiedy otwory rozmieszczone są względem siebie pod kątem nie więcej niż 90 stopni w przekroju poprzecznym przez pionowe rury, pierścień rurowy i rurowe półłuki.

Korzystnie jest również, kiedy otwory rozmieszczone są względem siebie pod kątem nie więcej niż 45 stopni w przekroju poprzecznym przez pionowe rury, pierścień rurowy i rurowe półłuki.

Według wynalazku, sposób płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody polega na tym, że strumień płuczący króćcem wlotowym wchodzi do instalacji, a po wypłukaniu strumień płuczący wraz z zanieczyszczeniami wychodzi króćcem wylotowym na zewnątrz zbiornika, gdzie kierunek wpływu strumienia płuczącego przez instalację jest od dołu do góry. Sposób charakteryzuje się tym, że poprzez króciec wlotowy strumień płuczący wchodzi do pierścienia rurowego, gdzie poprzez otwory w pierścieniu rurowym strumień rozchodzi się pionowo do góry i do dołu zbiornika przez złoże filtracyjne oraz poziomo do osi zbiornika i do ścianki zbiornika przez dolną partię złoża filtracyjnego. Następnie strumień płuczący przechodzi do pionowych rur, gdzie przez otwory w pionowych rurach strumień rozchodzi się poziomo do osi zbiornika i do ścianki zbiornika przez środkową partię złoża filtracyjnego, po czym strumień płuczący przechodzi do rurowych półłukami połączonych górnym łącznikiem, gdzie przez otwory w rurowych półłuków i strumień płuczący rozchodzi się pionowo do góry i do dołu zbiornika przez złoże filtracyjne oraz promieniście pod wieloma kątami do osi zbiornika i ścianek zbiornika przez złoże filtracyjne. Strumień płuczący wypływający z otworów instalacji poziomo w kierunku ścianek zbiornika odbija się od tych ścianek, powodując dobre wnikanie w przestrzenie między złożem filtracyjnym i jednocześnie ochrania ścianki przed nadmiernym wycieraniem, tarciem przez złoże filtracyjne, natomiast strumień płuczący wypływający z otworów instalacji poziomo w kierunku osi zbiornika miesza się gwałtownie ze strumieniem płuczącym wypływający z otworów instalacji pionowo na całej wysokości zbiornika, wnikając w przestrzenie między złożem filtracyjnym zapobiega powstawaniu zbrylin. Ponadto strumień płuczący wypływający z otworów rurowych półłuków promieniście pod wieloma kątami w górnej partii złoża filtracyjnego spowalnia ruch pozostałych strumieni wypływających do góry zbiornika, a strumień płuczący wypływający z otworów rurowych półłuków pionowo płynie w dół i miesza się z pozostałymi strumieniami w całym złożu filtracyjnym, powodując zdławienie i wyhamowywanie procesu wynoszenia drobin złoża na zewnątrz.

Taki układ instalacji płuczącej minimalizuje czas płukania, doskonale rozwarstwia, miesza złoże filtrujące w procesie płukania, a przenikające się siły to wielokierunkowy system płukania w pełnym tego słowa znaczeniu. Podczas płukania na złoże działa nie tylko siła dynamiczna skierowana od dołu do góry, ale również siła skierowana poziomo i skośnie, która pozwala na lepsze rozbicie powstałych w złożu zlepieńców, jednocześnie media płuczące docierają do miejsc, które do tej pory nie były we właściwy sposób oczyszczane, dodatkowo siła, która działa w płaszczyźnie poziomej nie pozwala na wynoszenie małych ziarnek złoża poza obręb filtra. Zastosowanie perforowanej konstrukcji pozwala na lepsze, bardziej intensywne wymieszanie złoża, co wpływa na skrócenie czasu płukania i zmniejszenie ilości wody wykorzystywanej do płukania. Efektem tego jest ograniczenie kosztów związanych nie tylko z kosztem wody, ale również kosztem energii niezbędnej do zasilania pomp płuczących. Strumień płuczący rozchodzący się skośnie, jest kierowany pod wieloma kątami w celu lepszego, bardziej efektywnego płukania złoża, zruszania go tak, aby przyłożona siła oswobodziła strukturę złoża czyli rozbryliła ją i rozlepiła. Ten proces powoduje wydłużenie żywotności złoża, jego efektywne działanie w czasie procesu filtracji, co przekłada się na oszczędność, a tym samym na efektywność.

Rozwiązanie to również powoduje, że złoże w czasie płukania nie unosi się tylko do góry i w dół, ale następuje również jego rozprężenie na boki, w płaszczyźnie poziomej, gdyż strumień płuczący jest kierowany w płaszczyźnie poziomej i skośnej na złoże i w ten sposób następuje proces płukania poprzeczny. Rozprężanie boczne, to ruch cieczy w płaszczyźnie poziomej, które powoduje przenikanie czynnika płuczącego do środka złoża filtracyjnego w całym jego przekroju.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia zbiornik z instalacją w widoku przodu, Fig. 2 przedstawia zbiornik z instalacją w widoku z góry a Fig. 3 przedstawia zbiornik z instalacją w widoku z góry, gdzie pierścień rurowy znajduje się w połowie promienia zbiornika.

P r z y k ł a d I. Instalacja płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody znajdująca się wewnątrz zbiornika 1 ze złożem filtracyjnym 2 składa się trzech pionowych rur 3 u góry i u dołu połączonych ze sobą. Dolne końce pionowych rur 3 połączone są ze sobą poprzez rurowy pierścień 4. Rurowy pierścień 4 znajduje się w dole 5 zbiornika 1 i jest położony w połowie promienia 6 zbiornika 1. Górne końce pionowych rur 3 zakończone są rurowymi półłukami 7, które łączą się w górnym łączniku 8. Górny łącznik 8 położony jest w osi 9 zbiornika 1. Pionowe rury 3 symetrycznie rozmieszczone są na rurowym pierścieniu 4. Pionowe rury 3 wraz z rurowym pierścieniem 4, rurowymi półłukami 7 i górnym łącznikiem 8 tworzą

PL 233 570 B1 zamkniętą konstrukcję, która w całości jest otoczona złożem filtracyjnym 2. Rurowy pierścień 4 jest podłączony z króćcem wlotowym 10 strumienia płuczącego. Pionowe rury 3 wraz z rurowym pierścieniem 4 i rurowymi półłukami 7 posiadają na całej długości otwory 11. W przekroju poprzecznym przez pionowe rury 3 otwory 11 rozmieszczone są względem siebie pod kątem 90°. Otwory 11 stanowią dysze dla strumienia płuczącego. Kierunek wpływu strumienia płuczącego przez instalację jest od dołu do góry, gdzie strumień płuczący rozchodzi się przez otwory 11 pierścienia rurowego 4, pionowych rur 3 i rurowych półłuków 7 do złoża filtracyjnego 2. Wpływający strumień płuczący przez otwory 11 pierścienia rurowego 4 rozchodzi się pionowo do góry 12 i do dołu 5 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2 oraz poziomo do osi 9 zbiornika 1 i do ścianki 13 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2. Zaś wpływający strumień płuczący przez otwory 11 pionowych rur 3 rozchodzi się poziomo do osi 9 zbiornika 1 i do ścianki 13 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2. Natomiast wpływający strumień płuczący przez otwory 11 rurowych półłuków 7 rozchodzi się pionowo do góry 12 i do dołu 5 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2 oraz promieniście pod wieloma kątami do osi 9 zbiornika 1 i ścianek 13 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2. U góry 12 zbiornika 1 znajduje się króciec wylotowy 14 strumienia płuczącego.

Sposób płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody polega na tym, że poprzez króciec wlotowy 10 strumień płuczący wchodzi do pierścienia rurowego 4, gdzie poprzez otwory 11 w pierścieniu rurowym 4 strumień rozchodzi się pionowo do góry 12 i do dołu 5 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2 oraz poziomo do osi 9 zbiornika 1 i do ścianki 13 zbiornika 1 przez dolną partię 15 złoża filtracyjnego 2, następnie strumień płuczący przechodzi do pionowych rur 3, gdzie przez otwory 11 w pionowych rurach 3 strumień rozchodzi się poziomo do osi 9 zbiornika 1 i do ścianki 13 zbiornika 1 przez środkową partię 16 złoża filtracyjnego 2, po czym strumień płuczący przechodzi do rurowych półłuków 7 połączonych górnym łącznikiem 8 gdzie przez otwory 11 w rurowych półłukach 7 strumień płuczący rozchodzi się pionowo do góry 12 i do dołu 5 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2 oraz promieniście pod wieloma kątami do osi 9 zbiornika 1 i ścianek 13 zbiornika 1 przez złoże filtracyjne 2. Po czym strumień płuczący wraz z zanieczyszczeniami wychodzi króćcem wylotowym 14 na zewnątrz zbiornika 1. Strumień płuczący wypływający z otworów 11 instalacji poziomo w kierunku ścianek 13 zbiornika 1 odbija się od tych ścianek 13, powodując dobre wnikanie w przestrzenie między złożem filtracyjnym 2 i jednocześnie ochrania ścianki 13 przed nadmiernym wycieraniem, tarciem, przez złoże filtracyjne 2. Natomiast strumień płuczący wypływający z otworów 11 instalacji poziomo w kierunku osi 9 zbiornika 1 miesza się gwałtownie ze strumieniem płuczącym wypływający z otworów 11 instalacji pionowo na całej wysokości zbiornika 1, wnikając w przestrzenie między złożem filtracyjnym 2 i zapobiega powstawaniu zbrylin. Strumień płuczący wypływający z otworów 11 rurowych półłuków 7 promieniście pod wieloma kątami w górnej partii 17 złoża filtracyjnego 2 spowalnia ruch pozostałych strumieni wypływających do góry 12 zbiornika. Ponadto strumień płuczący wypływający z otworów 11 rurowych półłuków 7 pionowo płynie w dół i miesza się z pozostałymi strumieniami w całym złożu filtracyjnym 2, powodując zdławienie i wyhamowywanie procesu wynoszenia drobin złoża na zewnątrz, zwiększając jego efektywność, wydłużając żywotność.

P r z y k ł a d II. Instalacja różni się od przykładu I tym, że rurowy pierścień 4 znajdujący się w dole 5 zbiornika jest położony w połowie promienia 6 zbiornika 1.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Instalacja płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody znajdująca się wewnątrz zbiornika otoczona złożem filtracyjnym, połączona z króćcem wlotowym, a zbiornik u góry posiada króciec wylotowy, gdzie kierunek wpływu strumienia płuczącego przez instalację jest od dołu do góry, ponadto instalacja posiada otwory stanowiące dysze dla strumienia płuczącego, znamienna tym, że składa się z co najmniej trzech pionowych rur (3) u góry i u dołu połączonych ze sobą, a dolne końce pionowych rur (3) połączone są ze sobą poprzez rurowy pierścień (4), natomiast górne końce pionowych rur (3) zakończone są rurowymi półłukami (7), które łączą się w górnym łączniku (8), przy czym pionowe rury (3) symetrycznie rozmieszczone są na rurowym pierścieniu (4), a pionowe rury (3) wraz z rurowym pierścieniem (4), rurowymi półłukami (7) i górnym łącznikiem (8) tworzą zamkniętą konstrukcję, ponadto pionowe rury (3) wraz z rurowym pierścieniem (4) i rurowymi półłukami (7) posiadają na całej długości otwory (11), gdzie strumień płuczący rozchodzi się przez otwory (11) pierścienia rurowego (4), otwory (11) pionowych rur (3) i otwory (11) rurowych półłuków (7) do złoża filtracyjnego (2).

PL 233 570 B1

2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że rurowy pierścień (4) znajduje się w dole (5) zbiornika (1) i jest położony w połowie promienia (6) zbiornika (1).

3. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że górny łącznik (8) położony jest w osi (9) zbiornika (1).

4. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory (11) rozmieszczone są względem siebie pod kątem nie więcej niż 90° w przekroju poprzecznym przez pionowe rury (3), pierścień rurowy (4) i rurowe półłuki (7).

5. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że otwory (11) rozmieszczone są względem siebie pod kątem nie więcej niż 45° w przekroju poprzecznym przez pionowe rury (3), pierścień rurowy (4) i rurowe półłuki (7).

6. Sposób płukania złóż w filtrach do uzdatniania wody polegający na tym, że strumień płuczący króćcem wlotowym wchodzi do instalacji, a po wypłukaniu strumień płuczący wraz z zanieczyszczeniami wychodzi króćcem wylotowym na zewnątrz zbiornika, gdzie kierunek wpływu strumienia płuczącego przez instalację jest od dołu do góry, znamienny tym, że poprzez króciec wlotowy (10) strumień płuczący wchodzi do pierścienia rurowego (4), gdzie poprzez otwory (11) w pierścieniu rurowym (4) strumień rozchodzi się pionowo do góry (12) i do dołu (5) zbiornika (1) przez złoże filtracyjne oraz poziomo do osi (9) zbiornika (1) i do ścianki (13) zbiornika (1) przez dolną partię (15) złoża filtracyjnego (2), a następnie strumień płuczący przechodzi do pionowych rur (3), gdzie przez otwory (11) w pionowych rurach (3) strumień rozchodzi się poziomo do osi (9) zbiornika (1) i do ścianki (13) zbiornika (1) przez środkową partię (16) złoża filtracyjnego (2), po czym strumień płuczący przechodzi do rurowych półłuków (7) połączonych górnym łącznikiem (8), gdzie przez otwory (11) w rurowych półłukach (7) strumień płuczący rozchodzi się pionowo do góry (12) i do dołu (5) zbiornika (1) przez złoże filtracyjne (2) oraz promieniście pod wieloma kątami do osi (9) zbiornika (1) i ścianek (13) zbiornika (1) przez złoże filtracyjne (2), zaś strumień płuczący wypływający z otworów (11) instalacji poziomo w kierunku ścianek (13) zbiornika (1) odbija się od tych ścianek (13), powodując dobre wnikanie w przestrzenie między złożem filtracyjnym (2) i jednocześnie ochrania ścianki (13) przed nadmiernym wycieraniem, tarciem przez złoże filtracyjne (2), natomiast strumień płuczący wypływający z otworów (11) instalacji poziomo w kierunku osi (9) zbiornika (1) miesza się gwałtownie ze strumieniem płuczącym wypływający z otworów (11) instalacji pionowo na całej wysokości zbiornika (1), wnikając w przestrzenie między złożem filtracyjnym (2) i zapobiega powstawaniu zbrylin, ponadto strumień płuczący wypływający z otworów (11) rurowych półłuków (7) promieniście pod wieloma kątami w górnej partii (17) złoża filtracyjnego (2) spowalnia ruch pozostałych strumieni wypływających do góry (12) zbiornika, a strumień płuczący wypływający z otworów (11) rurowych półłuków (7) pionowo płynie w dół i miesza się z pozostałymi strumieniami w całym złożu filtracyjnym (2), powodując zdławienie i wyhamowywanie procesu wynoszenia drobin złoża filtracyjnego (2) na zewnątrz.