PL81654B1 - - Google Patents

Description

Sposób ciaglego filtrowania cieczy oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób ciaglego filtrowania cieczy oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu, a takze sposób ciaglego regenerowania albo oczyszczania materialu filtracyjnego.Wiele znanych sposobów i urzadzen stosuje sie w procesach filtrowania cieczy, w tym takze urzadzenia pracujace przy ciaglym utrzymywaniu w ruchu materialu filtracyjnego.Miedzy urzadzeniami pracujacymi z nieruchomym i poruszajacym sie zlozem filtracyjnym a takze takimi, w których proces filtracji i regeneraqi materialu filtracyjnego odbywa sie w sposób ciagly i okresowy, wystepuja pewne róznice w zaleznosci od kierunku filtrowanej cieczy przez material filtracyjny.Znane sa takie sposoby filtracji, w których przepuszcza sie strumien zanieczyszczonej cieczy w kierunku prostopadlym do kierunku poruszania sie zloza filtracyjnego, przenosi material filtracyjny z zawartymi w nim zanieczyszczeniami przez przestrzen filtrujaca do górnej czesci aparatu filtracyjnego i tam wymywa z niego zanieczyszczenia ciecza plynaca w góre z przestrzeni filtrujacej, a oczyszczony material filtracyjny zawraca sie do przestrzeni filtrujacej, w której opada w kierunku przeciwnym do cieczy wyplywajacej z tej przestrzeni.Dotychczas znane urzadzenia wykazuja jednak wiele wad. Jedna z nich jest brak mozliwosci zapewnienia jednakowej szybkosci opadania calego materialu filtracyjnego w przestrzeni filtrujacej, co powoduje, ze czesc tego materialu filtracyjnego jest regenerowana, a zanieczyszczenia nie sa usuwane w wystarczajacym stopniu albo nawet wcale. Z kolei, zjawiska te powoduja zatkanie sie filtru, pogorszenie jakosci filtratu i obnizenie wydajnosci aparatu filtracyjnego.W znanych urzadzeniach filtracyjnych poruszajacy sie material filtracyjny nie opada z jednakowa szybkos¬ cia, wskutek czego nie tworzy sie jednolita warstwa filtrujaca o wystarczajacej grubosci, co utrudnia prawidlowy przebieg procesu filtracji.Inna wada znanych urzadzen, jest to, ze strumien cieczy, przemywajacej zanieczyszczony material filtracyjny, plynacy w góre z przestrzeni filtrujacej ujemnie wplywa na szybkosc opadania czastek materialu filtracyjnego. Proces regeneracji zloza filtracyjnego podczas jego osadzania sie wymaga duzego zuzycia cieczy przemywajacej (20-30%), a mimo to nie zapewnia sie odpowiedniego stopnia jego oczyszczania. Skutecznosc procesu oczyszczania zalezy od kazdorazowego obciazenia aparatu filtracyjnego.Szybkosc strumienia cieczy przemywajacej plynacej w góre wplywa wyraznie zarówno na wydajnosc aparatu filtracyjnego, jak i na opór warstwy filtrujacej. Ze wzrostem oporu warstwy filtrujacej powodowanego t-2 81654 wzrastajacym stopniem zanieczyszczenia materialu filtracyjnego wzrasta ilosc i szybkosc cieczy przemywajacej plynacej w przeciwpradzie w stosunku do opadajacych czastek materialu filtracyjnego, co utrudnia ich osadzanie sie.Strumien cieczy przemywajacej skierowany w góre w przestrzeni filtrujacej utrzymuje opadajace czastki materialu filtracyjnego w stanie rozpulchnionym, co utrudnia powstawanie jednorodnej warstwy filtrujacej.W znanych urzadzeniach filtracyjnych nie ma mozliwosci zmiany ilosci poddawanego regeneracji zloza filtracyjnego w zaleznosci od ilosci zanieczyszczen z zachowaniem stalej wydajnosci aparatu filtracyjnego.Oznacza to, ze przy zmianie obciazenia aparatu filtracyjnego, przez co rozumie sie ilosc cieczy filtrowanej wprowadzonej do aparatu filtracyjnego w jednostce czasu, zmieniaja sie ilosci wymywanych zanieczyszczen z materialu filtracyjnego. Wplywa to ujemnie na przebieg procesu filtracji, gdyz ze zmniejszaniem sie obciazenia aparatu filtracyjnego zmniejsza sie szybkosc strumienia cieczy plynacego w góre.Aparaty filtracyjne wypelnione ziarnistym zlozem filtracyjnym i w którym zmienia sie od czasu do czasu kierunek filtracji w celu jego zregenerowania, wykazuja te istotna wade, ze filtrat otrzymany bezposrednio po regeneracji warstwy filtrujacej nie osiaga odpowiedniego stopnia czystosci i nie nadaje sie do uzytku. Czas, w którym otrzymuje sie niezdatny do uzytku filtrat moze byc krótszy lub dluzszy w zaleznosci od wymagan stawianych filtratowi i stopnia zanieczyszczenia filtrowanej cieczy. Jakosc filtratu stale pogarsza sie równiez w koncowej fazie wysycania sie zanieczyszczeniami zloza filtracyjnego.W sposobie wedlug wynalazku uzyskuje sie korzystniejsze warunki przebiegu procesu filtracji cieczy wskutek usuniecia wad wyzej omawianych znanych sposobów.Sposób filtrowania cieczy wedlug wynalazku przebiega w sposób nastepujacy. W przestrzeni filtrujacej wypelnionej ziarnistym materialem filtracyjnym tworzacym warstwe filtrujaca o grubosci odpowiedniej do stopnia zanieczyszczenia filtrowanej cieczy, ustawiona prostopadle do kierunku opadania zloza filtracyjnego, odbywa sie proces filtracji przez spoiste poruszajace sie zloze filtracyjne o jednakowej grubosci. Szybkosc opadania zloza filtracyjnego reguluje sie kazdorazowo w zaleznosci od stopnia zanieczyszczenia i jakosci materialu filtracyjnego.Material filtracyjny o odpowiednim rozdziale wielkosci czastek dobiera sie w zaleznosci od wlasciwosci chemicznych i fizycznych filtrowanej cieczy oraz od wlasciwosci chemicznych i fizyko-chemicznych zanieczysz¬ czen, a takze od wymaganej jakosci filtratu. Czastki materialu filtracyjnego poruszajace sie w dól przez przestrzen filtrujaca zmusza sie do równomiernego opadania, nie dopuszczajac do tworzenia sie nieruchomych warstw materialu filtracyjnego w poblizu przegród, znajdujacych sie w przestrzeni filtrujacej, takich jak przeslony lub tkaniny sitowe. Czastki opadajacego zloza filtracyjnego poruszaja sie bowiem z niejednakowa szybkoscia, tym wieksza, im blizej srodka opadajacego zloza znajduje sie dana czastka. W znanych aparatach filtracyjnych wskutek tarcia czastek materialu filtracyjnego o scianki tworza sie nieruchome warstewki, które powoduja, ze wieksza czesc czastek materialu filtracyjnego z opadajacych warstewek wewnetrznych porusza sie ruchem toczacym. W tych miejscach zloza filtracyjnego zostaja przerwane kanaliki kapilarne i zostaje naruszona ciaglosc przestrzeni porowatej. Ruch toczacy czastek materialu filtracyjnego wplywa równiez ujemnie na tarcie strumienia cieczy, które jest koniecznym warunkiem prawidlowego przebiegu procesu filtracji.W celu unikniecia niepozadanych zjawisk w sposobie wedlug wynalazku w przestrzeni, do której doprowa¬ dza sie material filtracyjny, umieszcza sie odpowiednio wymodelowane i o odpowiednich wymiarach wkladki hamujace, zmieniajace kierunek przeplywu tak, aby zloze filtracyjne opadalo w przestrzeni filtrujacej z jednako¬ wa szybkoscia tworzac spoista, przewezona jednorodna mase, której czastki poruszaja sie z szybkoscia mieszcza¬ ca sie w zakresie szybkosci okreslonych nastepujacym wzorem: 0,9 Vsr» V2 - 1,1 Vsr, w którym Vsr oznacza srednia szybkosc opadajacego zloza filtracyjnego, a Vj oznacza szybkosc dowolnej czastki jednorodnej warstwy filtrujacej. Dzieki temu w sposobie wedlug wynalazku w przeciwienstwie do znanych sposobów nie tworza sie martweiPj;zjBstrzenj^i cale zloze filtracyjne bierze kolejno udzial w procesach filtracj*! regeneracji.Material filtracyjny odprowadzony dolem aparatu filtracyjnego poddaje sie procesowi regnerowania to znaczy usuwa sie z niego zanieczyszczenia i w stanie oczyszczonym zawraca do przestrzeni filtrujacej poprzez strefe formowania zloza filtracyjnego znajdujaca sie nad przestrzenia filtrujaca. Zloze filtracyjne przebywa w strefie formowania dostatecznie dlugi czas, aby utworzyly sie w nim pory o odpowiedniej objetosci. Strefa formowania spelnia jeszcze jedno zadanie, mianowicie uniemozliwia cieczy filtrowanej znalezienie dodatkowego ujscia o mniejszym oporze od warstwy filtrujacej i ominiecie tej warstwy.Zawracanie oczyszczonego materialu filtracyjnego moze odbywac sie za pomoca czesci filtrowanej cieczy, jak i filtratu. Pobierana z przestrzeni filtrujacej ciecz i ponownie tam zawracana nie narusza równowagi plynacych strumieni w aparacie filtracyjnym i w koncu opuszcza bez strat aparat filtracyjny jako filtrat.Urzadzenie do filtrowania cieczy wedlug wynalazku przedstawiono w przykladzie jego wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i 2 przedstawia schematyczny przekrój aparatu filtracyjnego z cylindrycznym81654 3 zbiornikiem lub przestrzenia filtrujaca o cylindrycznym przekroju, fig. 3 i 4 — aparat filtracyjny z czworokatnym zbiornikiem w rzucie bocznym i w przekroju pionowym fig. 5 i 6 — urzadzenie filtrujace zbudowane z pojedyn¬ czych czworokatnych aparatów filtracyjnych polaczonych szeregowo lub ustawionych obok siebie w przekroju podluznym ipoprzecznym. , Filtrowana ciecz wprowadza sie do dolnej czesci cylindrycznego zbiornika 1 przewodem rurowym 2, skad przedostaje sie ona do przestrzeni-4 pomiedzy scianka zbiornika i obracajaca sie zewnetrzna przeslona cylindryczna 3 albo scianka z otworem o innej konstrukcji i jest kierowana przez otwory w przeslonie lub sciance w kierunku dosrodkowym do przestrzeni filtrujacej 5. Ciecz plynaca w przestrzeni filtrujacej przeplywa przez otwory wewnetrznej przeslony cylindrycznej 6 lub scianki o innej konstrukcji albo sita w ksztalcie pierscienia kolowego i zamknieta przestrzenia 7, a nastepnie przez otwory 8 do wewnetrznego przewodu rurowego 9, po czym wyplywa przewodem rurowym 10. Przestrzen filtrujaca 5 jest wypelniona piaskiem filtracyjnym albo innym odpowiednim materialem filtracyjnym, który jest dostarczany do zbiornika w stanie czystym, nadajacym sie do zastosowania w procesie filtracji, przez przewezony przewód rurowy 11.Na dnie przestrzeni filtracyjnej umieszczona jest wkladka hamujaca 12, która lacznie ze stozkowymi powierzchniami 12a i 12b zapewnia w calym poprzecznym przekroju warstwy materialu filtracyjnego, znajduja¬ cego sie pomiedzy zewnetrzna i wewnetrzna przeslona albo zewnetrzna i wewnetrzna scianka z otworami o innej konstrukqi, równomierne opadanie czastek materialu filtracyjnego tak, ze tworza one ciagla, jednorodna mase w ksztalcie przewezonego w jednym miejscu cylindra, opadajaca w dól podczas gdy zanieczyszczona ciecz przeplyw przez nia w kierunku poziomym pozbawiajac sie swoich zanieczyszczen i jako filtrat dostaje sie do przestrzeni 7, a stamtad przez wewnetrzny przewód rurowy 9 i przewód rurowy odplywowy 10 do miejsca uzytkowania.Zmieniajac ksztalt wkladki 12 mozna regulowac jej dzialanie hamujace i modyfikujace przeplyw cieczy.Za wkladka hamujaca 12 znajduje sie dolna czesc zbiornika w ksztalcie lejka, co ulatwia swobodne zlewanie sie zloza filtracyjnego, które razem z woda zawarta w jego wolnych porach wydostaje sie z aparatu filtracyjnego przez otwór lub otwory wylotowe 15. Zloze filtracyjne poddaje sie procesowi regeneracji mechanicznej, korzystnie chemicznej, w przestrzeni oddzielonej konstrukcyjnie i technologicznie do przestrzeni filtrujacej.Proces regeneraqi moze odbywac sie np. .z wykorzystaniem róznicy w wielkosci czastek zanieczyszczen i materialu filtracyjnego na odpowiednich sitach, takich jak sito rezonansowe lub lukowe, z wykorzystaniem sil pola grawitacyjnego w wirówkach lub w hydrocyklonie, w specjalnych aparatach przeplywowych, takich jak aparat o przeplywie pionowym lub aparat Akinsa albo w aparatach do sortowania z wykorzystniem ciaglego przeplywucieczy. ^ Czastki materialu filtracyjnego pozbawione zanieczyszczen wprowadza sie przewodem rurowym 11 do urzadzenia filtracyjnego do strefy formowania zloza filtracyjnego 16 znajdujacej sie nad przestrzenia filtrujaca.Wprowadzanie to odbywa sie np. w sposób mechaniczny, hydrauliczny, lub hydropneumatyczny wykorzystujac do tego celu konieczne ilosci cieczy pobieranej ze zbiornika aparatu filtracyjnego i ponownie bez strat tam zawracanej lacznie z materialem filtracyjnym.Jak wynika z powyzszego opisu, ruch materialu filtracyjnego i praca urzadzenia filtracyjnego odbywa sie w sposób ciagly.W aparacie przedstawionym na fig. 2, na której zachowano oznaczenia podane na rysunku poprzednim, zanieczyszczana ciecz jest doprowadzana przewodem rurowym 2 do wewnetrznego przewodu rurowego 9.Nastepnie filtrowana ciecz przeplywa przez otwory 8 do przestrzeni 7 oraz przez otwory w przeslonie 6 do przestrzeni filtrujacej 5 i poruszana sila odsrodkowa przeplywa przez równomiernie opadajace zloze filtracyjne, gdzie zostaje oczyszczona z zanieczyszczen. Filtrat opuszcza aparat filtracyjny przez zewnetrzna przeslone 3 albo. scianke z otworami o innej konstrukcji, przez przewód rurowy 10 odprowadzony z przestrzeni 4.Regulowanie szybkosci opadania zloza filtracyjnego w przestrzeni 5, przenoszenie materialu filtracyjnego przez odplyw 15 do urzadzenia regenerujacego odbywa sie tak, jak pokazano na poprzednim rysunku.Zmiana kierunku strumienia filtrowanej cieczy podczas jego przechodzenia przez otwory 8 odgrywa w aparacie dodatkowa korzystna role, zwlaszcza w procesie filtracji wód przemyslowych o wysokim stopniu zanieczyszczenia. Mianowicie z filtrowanej cieczy plynacej do przestrzeni 9 wytraca sie wskutek zmiany kierunku przeplywu osad, taki jak piasek lub szlam, jeszcze przed przestrzenia filtrujaca w dolnym koncu rury w przestrzeni 13 i stad jest odprowadzany przez przewód rurowy 14. 1 Dla otrzymania filtratu o jakosci wody pitnej korzystnie zamyka sie czesc przestrzeni 9 pod otworami 8 w celu oddzielenia zastalej czesci wody, w której moga rozwijac sie bakterie.W aparacie filtracyjnym bedacym przedmiotem wynalazku podwyzsza sie stopien oczyszczenia filtratu w ten sposób, ze ciecz czesciowo przefiltrowana w poczatkowej strefie przestrzeni filtrujacej poddaje sie dodatkowemu procesowi filtracji. W tym celu w górnej czesci przestrzeni 4 oddziela sie czesc 4a, na przyklad za4 81654 pomoca kolnierza 17 zmontowanego na przeslonie 3 albo przedluzenia plyty, bedacej czlonem przeslony, w ksztalcie pierscienia kolowego, a wplywajacy z przestrzeni filtrujacej przez przeslone lub scianke z otworami filtrat wstepny zawraca sie przez przewód rurowy 18 do ponownego przefiltrowania, na przyklad do przewodu rurowego 2. Filtrat wstepny zawraca sie za pomoca zwezki Venturiego umieszczonej w przewodzie rurowym 2, wytwarzajacej podcisnienie albo za pomoca pompy.Urzadzenie filtracyjne dzialajace w sposób wedlug wynalazku mozna zbudowac' z kilku pojedynczych . czworokatnych aparatów filtracyjnych tak jak przedstawiono to na fig. 3 i 4. W urzadzeniu tym przez usuniecie wewnetrznej rury cala przestrzen wewnetrzna tworzy przestrzen filtrujaca przedzielona przy dwóch przeciwle¬ glych sciankach przeslonami 5 i 6. Filtrowana ciecz wplywa przewodem rurowym 2 do przestrzeni 4, po czym przeplywa przez przeslone 3 albo inna scianke z otworami, cala przestrzen wewnetrzna 5 wypelniona materialem filtracyjnym i druga przeslone 6 albo inna scianke z otworami do przestrzeni zbiorczej 7, skad odprowadza sie filtrat Czworokatny ksztalt pojedynczych aparatów filtracyjnych szczególnie ulatwia budowe szeregowych lub grupowych urzadzen filtracyjnych przedstawionych na fig. 5 i 6, korzystnie ze wspólna przestrzenia doprowadzania cieczy 6 pomiedzy sasiadujacymi ze soba aparatami jednostkowymi i ze wspólnymi przestrzeniami 7, w których zbiera sie i odprowadza filtrat. Równomierne opadanie materialu filtracyjnego reguluje sie we wszystkich aparatach wedlug wynalazku za pomoca wkladki 12 umieszczonej na dnie przestrzeni filtrujacej 5 w kierunku krócca odprowadzajacego 15.Urzadzenie do filtrowania cieczy i jego poszczególne czesci skladowe moga byc wykonane z tworzywa sztucznego o odpowiedniej wytrzymalosci, takiego jak PCW, korzystnie z tworzyw sztucznych wzmocnionych wlóknami szklanymi lub innymi wkladkami, takimi jak poliester. Wkladki 12 w aparatach przedstawionych na fig. 3 i 4 i 12a w aparacie przedstawionym na fig. 1 i 2, oprócz regulowania szybkosci opadania materialu filtracyjnego w przestrzeni filtrujacej, pozwalaja równiez na dozowanie cieczy rozcienczajacej zawiesine materia¬ lu filtracyjnego plynaca do krócca odprowadzajacego 15, co ulatwia i przyspiesza wyplywanie materialu filtracyjnego.W sposobie wedlug wynalazku zachowujac równomierne opadanie materialu filtracyjnego w przestrzeni filtrujacej mozna zmieniac czas przeplywu, a tym samym czas wykorzystywania materialu filtracyjnego w zaleznosci od stopnia zanieczyszczenia cieczy dla materialu filtracyjnego o okreslonej wielkosci ziaren i innych wlasciwosciach filtrujacych. PL PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób ciaglego filtrowania cieczy, znamienny tym, ze ziarniste zloze filtracyjne znajdujace sie w przestrzeni filtrujacej, ograniczonej przeslonami albo innymi sciankami zaopatrzonymi w otwory umozliwiaja- ¦' ce przeplyw cieczy, zmusza sie do równomiernego opadania, w praktycznie calym jego przekroju poprzecznym od srodka do scian aparatu, za pomoca wkladki umieszczonej na jego drodze opadania, podczas gdy filtrowana ciecz przeplywa w kierunku poprzecznym do opadajacego w ten sposób zloza filtracyjnego, pozbywajac sie swoich zanieczyszczen a zanieszczyszczony material filtracyjny odprowadzony z przestrzeni filtrujacej poddaje sie regeneracji i po oczyszczeniu zawraca sie w sposób ciagly poprzez znajdujaca sie w górnej czesci aparatu filtracyjnego strefe formowania zloza filtracyjnego do przestrzeni filtrujacej.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze poszczególne czastki materialu filtracyjnego tworzace zloze filtracyjne opadaja z szybkoscia vx,; której wartosc miesci sie w granicach okreslonych nastepujacym wzorem: 0,9* V*r = Vj = 1,1 • V$r, z tym ze V$r oznacza srednia szybkosc opadania zloza filtracyjnego.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze regenerowany material filtracyjny oczyszcza sie metoda chemiczna.

4. Urzadzenie do ciaglego filtrowania cieczy, znamienne tym, ze w celu wymuszenia równomierne¬ go opadania zloza filtracyjnego i wspólnego poruszania sie czastek zloza filtracyjnego w poszczególnych warstwach, zawiera przed przestrzenia filtrujaca jedna lub kilka wkladek regulujacych, które korzystnie sa wymienne.

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze ziarniste zloze filtracyjne opadajace w przes¬ trzeni ograniczonej przeslonami albo innymi sciankami z otworami, tworzy spoista kolumne o jednorodnej strukturze, a w srodku dna kolumny umieszczona jest wkladka hamujaca jej ruch.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, z n a m i e n n e t y m, ze we wnetrzu zloza filtracyjnego znajduje sie przestrzen zbiorcza szlamu, która tworzy przestrzen wewnetrzna rury o dnie stozkowym, przy czym w przestrze¬ ni tej jest umieszczona pierscieniowa wkladka wymuszajaca równomierne opadanie zloza filtracyjnego.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze jego zbiornik ma ksztalt graniastoslupa o 4 lub wiecej scianach.81654 5

8. Urzadzenie wedlug zastrz.4-7, znamienne tym, ze wkladka do regulowania szybkosci opadania zloza filtracyjnego jest wewnatrz pusta oraz moze wypelniac sie ciecza i ma otwory umozliwiajace odprowadzenie zanieczyszczonego materialu filtracyjnego.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 4, 5, 7 i 8, z n a m i e n n e t y m, ze jest zbudowane z pojedynczych aparatów filtracyjnych ustawionych szeregowo lub zgrupowanych obok siebie, w których przestrzenie do wprowadzania cieczy oraz zbierajace filtrat korzystnie sa polaczone lub wspólne pomiedzy sasiadujacymi ze soba aparatami.

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 4—9, znamienne t y m„ ze cale urzadzenie lub poszczególne jego czesci sa wykonane z tworzywa sztucznego, korzystnie wzmocnionego wkladkami z wlókna szklanego oodpo- wiedn iej wytrzymalosci.

11. Urzadzenie wedlug zastrz:4—10 , znamienne tym, ze przestrzen, w której odbywa sie regenera¬ cja materialu filtracyjnego jest oddzielona konstrukcyjnie i technologicznie od przestrzeni filtrujacej. Fig.l81654 Fig.Z81654 ¦& Fig.5 /^e PL PL