RU215789U1

RU215789U1 - Liquid purification device

Info

Publication number: RU215789U1
Application number: RU2021117534U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Маркелов; Юрий Павлович Осадчий; Никита Евгеньевич Пахотин; Алексей Владимирович Долганов; Аркадий Викторович Постников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "УЛЬТРАПОР"
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-12-27

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей от примесей и других отходов с помощью мембранного процесса разделения и может быть использована в различных отраслях промышленности. Предлагаемое устройство для очистки жидкости выполнено в виде резервуара для исходной жидкости, трубопроводов с запорной арматурой, насосов, промежуточного резервуара с мешалкой, нагревательным элементом, дозатором для коагулянта, центробежной центрифуги и ультрафильтрационного модуля, состоящего из ресивера, мембранных трубчатых фильтров и ультразвукового генератора, причем ресивер посредством трубопроводов и насоса соединен с резервуаром хранения очищенной жидкости. Данная полезная модель повышает эффективность работы мембранных трубчатых фильтров, а пульсирующее действие ультразвукового генератора позволяет снизить расходы на электроэнергию.

The utility model relates to devices for cleaning liquids from impurities and other wastes using a membrane separation process and can be used in various industries. The proposed liquid purification device is made in the form of a reservoir for the initial liquid, pipelines with shutoff valves, pumps, an intermediate reservoir with a stirrer, a heating element, a coagulant dispenser, a centrifugal centrifuge and an ultrafiltration module consisting of a receiver, membrane tubular filters and an ultrasonic generator, moreover the receiver is connected to the treated liquid storage tank by means of pipelines and a pump. This utility model improves the efficiency of membrane tubular filters, and the pulsating action of the ultrasonic generator can reduce energy costs.

Description

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей от примесей и других отходов с помощью мембранного процесса разделения и может быть использована в различных отраслях промышленности.The claimed utility model relates to devices for cleaning liquids from impurities and other wastes using a membrane separation process and can be used in various industries.

На уровне технических решений по разделению и очистке растворов известно изобретение (пат. №2228788 Российская Федерация МПК B01D 61/14, 61/18. Способ ультрафильтрации и устройство для его реализации. / Заявители: Кудрявцев В.А., Яцун С.Ф., Кудрявцева Л.Е., Кувардина Е.М., Чеховский И.Р., Сокол И.И.; Патентообладатель Курский технический университет, - №2002120179/12 заявл. 24.07.2002. Опубл. 20.05.2004), содержащее мембранный аппарат с фильтрующими элементами, линию подачи исходной жидкости с вибрирующим устройством, линию отвода концентрата и фильтрата с запорными органами и средство для промывки мембран фильтрующих элементов, выполненное в виде гидропневматического аккумулятора, присоединенного к линии отвода фильтрата трубопроводом с обратным клапаном и вибрационного прерывателя.At the level of technical solutions for the separation and purification of solutions, the invention is known (US Pat. No. 2228788 Russian Federation IPC B01D 61/14, 61/18. Ultrafiltration method and device for its implementation. / Applicants: Kudryavtsev V.A., Yatsun S.F. , Kudryavtseva L.E., Kuvardina E.M., Chekhovskiy I.R., Sokol I.I. Patent owner Kursk Technical University, - No. 2002120179/12 application 24.07.2002. Published 20.05.2004), containing a membrane an apparatus with filter elements, a source liquid supply line with a vibrating device, a concentrate and filtrate outlet line with shut-off devices, and a means for washing the filter element membranes, made in the form of a hydropneumatic accumulator connected to the filtrate outlet line by a pipeline with a check valve and a vibration interrupter.

При снижении производительности мембран из-за накопления отложений предусмотрена обратноточная промывка. Линию отвода фильтрата перекрывают, давление фильтрата возрастает, воздух в гидроаккумуляторе сжимается фильтратом. После остановки рабочего насоса сжатый воздух через прерыватель воздействует на фильтрат, оставшийся на линии зоны мембранного аппарата, и выталкивает его порциями в обратном рабочему направлению.When the performance of the membranes decreases due to the accumulation of deposits, backwash is provided. The filtrate discharge line is blocked, the filtrate pressure increases, the air in the accumulator is compressed by the filtrate. After stopping the working pump, compressed air through the interrupter acts on the filtrate remaining on the zone line of the membrane apparatus, and pushes it in portions in the opposite working direction.

Недостатком устройства является сложность конструкции, ограниченное количество остаточного фильтрата и толкающего его сжатого воздуха в мембранном аппарате, что не обеспечивает эффективности удаления отложений.The disadvantage of the device is the complexity of the design, the limited amount of residual filtrate and compressed air pushing it in the membrane apparatus, which does not ensure the efficiency of removing deposits.

Известна, принятая в качестве прототипа, установка для разделения и очистки отработанных моторных масел (патент на полезную модель №191308 U1 Российская федерация, МПК В01 36/00, С10М 175/06, Установка для разделения и очистки отработанных моторных масел / Авторы: Маркелов А.В., Осадчий Ю.П., Постников А.В., Масленников В.А.; Патентообладатель ФГБОУ ВО "Ивановский политехнический университет" Заявка 2019114039 от 06.05.2019. Опубл. 01.08.2019. Бюл. №22), содержащая трубопроводы с запорной арматурой, резервуар для отработанного масла, подогреватель проточного типа, вакуумный испаритель воды, центробежную центрифугу, шестеренчатые насосы, промежуточный резервуар с магнитными пробками, мешалкой, нагревательным элементом и дозатором для коагулянта, ультрафильтрационный модуль, который жестко соединен с вибрационной платформой.Known, adopted as a prototype, installation for the separation and purification of used motor oils (utility model patent No. 191308 U1 Russian Federation, IPC B01 36/00, C10M 175/06, Installation for the separation and purification of used motor oils / Authors: Markelov A V., Osadchiy Yu.P., Postnikov A.V., Maslennikov V.A. Patentee FGBOU VO "Ivanovo Polytechnic University" Application 2019114039 dated 06.05.2019. Published 01.08.2019. Bull. No. 22), containing pipelines with shut-off valves, a waste oil tank, a flow type heater, a vacuum water evaporator, a centrifugal centrifuge, gear pumps, an intermediate tank with magnetic plugs, a stirrer, a heating element and a coagulant dispenser, an ultrafiltration module, which is rigidly connected to the vibrating platform.

Конструкция такой установки не устраняет склонности к отложению загрязнений, но позволяет интенсифицировать процесс регенерации.The design of such an installation does not eliminate the tendency to deposition of contaminants, but allows intensifying the regeneration process.

Основным недостатком прототипа является необходимость периодичности останавливать процесс очистки для удаления отложений, обладающих способностью к адгезии на фильтрующем материале, а повышенная энергоемкость ограничивает применение установки.The main disadvantage of the prototype is the need to periodically stop the cleaning process to remove deposits that have the ability to adhere to the filter material, and increased power consumption limits the use of the installation.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение активности мембранных устройств для очистки жидкостей и, как следствие, увеличение производительности самого устройства.The technical result of the claimed utility model is an increase in the activity of membrane devices for cleaning liquids and, as a result, an increase in the performance of the device itself.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для очистки жидкостей, содержащем трубопроводы с запорной арматурой, резервуар с загрязненной жидкой средой, промежуточный резервуар с магнитными пробками, мешалкой, нагревательным элементом и дозатором для коагулянта, насосы, центробежную центрифугу, ультрафильтрационный модуль для очистки жидкости, в ультрафильтрационном модуле на основании, где закреплены мембранные трубчатые фильтры, установлен ультразвуковой генератор, а корпус для поступления и сбора очищенной жидкости выполнен как ресивер. В верхней части ресивера размещен клапан для перемещения воздушной атмосферной массы, а нижняя часть сообщается с резервуаром для хранения жидкости через отдельные трубопроводы, один из которых снабжен краном, другой насосом.This result is achieved by the fact that in a device for cleaning liquids containing pipelines with shutoff valves, a tank with a contaminated liquid medium, an intermediate tank with magnetic plugs, a stirrer, a heating element and a coagulant dispenser, pumps, a centrifugal centrifuge, an ultrafiltration module for cleaning liquids, in the ultrafiltration module, on the base, where the membrane tubular filters are fixed, an ultrasonic generator is installed, and the housing for receiving and collecting the purified liquid is made as a receiver. In the upper part of the receiver there is a valve for moving the atmospheric air mass, and the lower part communicates with the liquid storage tank through separate pipelines, one of which is equipped with a tap, the other with a pump.

Требуемый технический результат достигается обратноточной промывкой фильтрующего материала мембранных трубок очищенной жидкостью, поступающей из ресивера за счет разности давлений между загрязненной и очищенной жидкостями, которая возникает, когда дополнительно прокаченная насосом часть очищенной жидкости из резервуара хранения создаст повышенное давление на внешнюю поверхность мембран, а это заставит аморфные загрязненные частицы выделится из пор фильтрующего материала в обратном направлении во внутреннее пространство мембранных трубок, что позволит очистить их рабочую поверхность.The required technical result is achieved by backwashing the filtering material of the membrane tubes with purified liquid coming from the receiver due to the pressure difference between the contaminated and purified liquids, which occurs when the part of the purified liquid additionally pumped from the storage tank will create an increased pressure on the outer surface of the membranes, and this will force amorphous contaminated particles will be released from the pores of the filter material in the opposite direction into the interior of the membrane tubes, which will clean their working surface.

Такое воздействие проводится периодически, а не постоянно, и восстанавливает рабочую производительность устройства без демонтажа ультрафильтрационного модуля, что значительно упрощает техническое обслуживание.Such exposure is carried out periodically, and not constantly, and restores the operating performance of the device without dismantling the ultrafiltration module, which greatly simplifies maintenance.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где The essence of the proposed device is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 представлена блок-схема устройства; in fig. 1 shows a block diagram of the device;

на фиг. 2 - разрез ультрафильтрующего модуля и резервуара хранения очищенной жидкости.in fig. 2 - section of the ultrafiltration module and the treated liquid storage tank.

Устройство для очистки жидкости состоит из резервуара 1 для исходной загрязненной жидкости, системы трубопроводов 2 с запорной арматурой и перекачивающих насосов 3. В промежуточном резервуаре 4 располагаются мешалка 5, дозатор 6 с коагулянтом. Для повышения эффективности слипания загрязненных частиц, жидкость в резервуаре 4 нагревается подогревателем 7. Полученный раствор перекачивается в центробежную центрифугу 8, которая при работе перемещает укрупненные взвеси в отстойник 9. Частично очищенный раствор перемещается в ультрафильтрационный модуль 10 (фиг. 1).The liquid purification device consists of a tank 1 for the source contaminated liquid, a piping system 2 with shutoff valves and transfer pumps 3. An agitator 5 and a dispenser 6 with a coagulant are located in the intermediate tank 4. To increase the efficiency of coalescence of contaminated particles, the liquid in the tank 4 is heated by a heater 7. The resulting solution is pumped into a centrifugal centrifuge 8, which, during operation, moves the coarsened suspensions to the settling tank 9. The partially purified solution is transferred to the ultrafiltration module 10 (Fig. 1).

Сам модуль содержит ресивер 11, установлен на основании 12, на котором закреплены мембранные трубчатые фильтры 13 и ультразвуковой генератор 14. В верхней части ресивера 11 установлен клапан 15 для стравливания воздушной массы по мере заполнения очищенной жидкостью. Электромагнитный клапан 16 через трубопровод 17 обеспечивает перетекание очищенной жидкости в резервуар 18 для ее сохранения. В резервуаре 18 есть клапан 19, который обеспечивает запуск и выпуск воздушной массы, аналогично, как клапан 15.The module itself contains a receiver 11, mounted on a base 12, on which membrane tubular filters 13 and an ultrasonic generator 14 are fixed. A valve 15 is installed in the upper part of the receiver 11 to bleed the air mass as it is filled with purified liquid. The solenoid valve 16 through the pipeline 17 ensures the flow of the purified liquid into the tank 18 to store it. The tank 18 has a valve 19, which allows the launch and release of the air mass, in the same way as valve 15.

Дополнительный объем очищенной жидкости необходимой для восстановления работоспособности фильтрующего материала мембранных трубчатых фильтров 13 поступает в ресивер 11 из резервуара 18 через трубопровод 20 насосом 21.An additional volume of purified liquid necessary to restore the efficiency of the filter material of the membrane tubular filters 13 enters the receiver 11 from the reservoir 18 through the pipeline 20 by the pump 21.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Загрязненная жидкая среда посредством насоса 3 поступает из резервуара 1 и трубопровода 2 в промежуточный резервуар 4, где смешивается мешалкой 5 с коагулянтом, поступающим из дозатора 6. Для повышения эффективности смешивания полученная жидкая смесь нагревается подогревателем 7 в пределах 50-60°С, после чего перекачивается в центробежную центрифугу 8, где от действия вращающихся конических тарелок слипшиеся укрупненные примеси выделяются в отстойник 9.Contaminated liquid medium through pump 3 comes from tank 1 and pipeline 2 to intermediate tank 4, where it is mixed with a mixer 5 with a coagulant coming from a dispenser 6. To increase the mixing efficiency, the resulting liquid mixture is heated by a heater 7 within 50-60 ° C, after which is pumped into a centrifugal centrifuge 8, where, due to the action of rotating conical plates, lumped coarse impurities are released into the sump 9.

В последующем, в зависимости от режима перемешивания насос 3 перекачивает раствор в ультрафильтрационный модуль 10, а именно в мембранные трубчатые фильтры 13. Внутри мембранных трубчатых фильтров 13 создается избыточное давление Pi, что заставит жидкость просачиваться через поры фильтрующего материала и перетекать во внутреннее пространство ресивера 11. По мере его заполнения клапан 15 выпускает воздух, а когда объем очищенной жидкости достигнет заданного уровня по сигналу от датчика уровня (не приведен на чертеже) электромагнитный кран 16 осуществит слив в резервуар 18 хранения очищенной жидкости. Объем слива ограничен, и значительная часть жидкости останется в ресивере 11. Клапан 15 работает в обратном режиме, а клапан 19 выпускает воздух из резервуара 18, где хранится очищенная жидкость.Subsequently, depending on the mixing mode, the pump 3 pumps the solution into the ultrafiltration module 10, namely, into the membrane tubular filters 13. Excessive pressure Pi is created inside the membrane tubular filters 13, which will cause the liquid to seep through the pores of the filter material and flow into the internal space of the receiver 11 As it is filled, the valve 15 releases air, and when the volume of purified liquid reaches a predetermined level by a signal from a level sensor (not shown in the drawing), the electromagnetic valve 16 will drain into the storage tank 18 of the purified liquid. The drain volume is limited, and a significant part of the liquid will remain in the receiver 11. The valve 15 works in reverse mode, and the valve 19 releases air from the reservoir 18, where the purified liquid is stored.

В ходе процесса, поры мембранных трубчатых фильтров 13 будут постепенно закупориваться мелкими аморфными взвесями (адгезия), что приведет к возрастанию давления внутри трубок на определенную величину ΔР, а сам процесс значительно затрудняется (фиг 2).During the process, the pores of the membrane tubular filters 13 will gradually become clogged with small amorphous suspensions (adhesion), which will lead to an increase in pressure inside the tubes by a certain value ΔР, and the process itself will become much more difficult (Fig. 2).

Для очистки фильтрующего материала датчик контроля (на чертеже не показан) подаст сигнал для включения ультразвукового генератора 14, который будет создавать ультразвуковые колебания с последующей кавитацией и сигнал для включения насоса 21 для подачи дополнительной дозы очищенной жидкости из резервуара 18 через трубопровод 20 в ресивер 11. При этом клапан 15 будет отключен, чтобы очищенная жидкость в ресивере 11 получила повышенное давление Р₂ по сравнению с давлением внутри мембранных трубчатых фильтров 13, что вызовет ее обратное переливание (фиг. 3).To clean the filter material, the control sensor (not shown in the drawing) will give a signal to turn on the ultrasonic generator 14, which will create ultrasonic vibrations with subsequent cavitation and a signal to turn on the pump 21 to supply an additional dose of purified liquid from the tank 18 through the pipeline 20 to the receiver 11. In this case, the valve 15 will be turned off so that the purified liquid in the receiver 11 will receive an increased pressure P ₂ compared to the pressure inside the membrane tubular filters 13, which will cause it to overflow (Fig. 3).

В результате совместных физических воздействий аморфные частицы отслаиваются от фильтрующего материала, и будут перемещаться потоком загрязненной жидкости по обратному трубопроводу 22 в резервуар 1.As a result of joint physical influences, amorphous particles are peeled off from the filter material, and will be moved by a stream of contaminated liquid through the return pipeline 22 to tank 1.

Проверочные испытания на различных режимах очистки выявили, что время обратноточной промывки фильтрующего материала составляет от 1-4% общего времени работы устройства.Verification tests on various cleaning modes revealed that the backwash time of the filter material is from 1-4% of the total operating time of the device.

Это кратковременное пульсирующее действие восстанавливает рабочую производительность устройства, позволяет повысить эффективность его использования, а расход электроэнергии от работы ультразвукового генератора будет значительно ниже, чем у вибрационной платформы прототипа. This short-term pulsating action restores the working performance of the device, makes it possible to increase the efficiency of its use, and the power consumption from the operation of the ultrasonic generator will be significantly lower than that of the vibration platform of the prototype.

Claims

A liquid purification device containing an ultrafiltration module configured to be connected via pipelines with shutoff valves and pumps to a reservoir with a stirrer, a heating element and a coagulant dispenser and a centrifugal centrifuge, characterized in that membrane tubular filters are fixed in the ultrafiltration module on the base and installed an ultrasonic generator interacting with them, while the housing of the ultrafiltration module is made as a receiver with the possibility of connection through a pipeline and a pump with a storage tank of the purified liquid.