RU2310496C1

RU2310496C1 - Pressure filter

Info

Publication number: RU2310496C1
Application number: RU2006118766/15A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Дзюбо (RU); Владимир Васильевич Дзюбо; Лариса Ивановна Алферова (RU); Лариса Ивановна Алферова
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-11-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; cleaning of natural and sewage waters.

SUBSTANCE: invention is designed for cleaning waters by filtering. It can be used for cleaning waters from colloid, nonsoluble suspended organic and mineral substances. Cylindrical-conical shells are installed inside filter housing for vertical displacement relative to each other. Cylindrical perforated tube is placed in center of shells. Said tube is made telescopic and detachable, its upper end is secured on conical part of upper shell and is connected, through central hole and shell and bellows, with unit to supply influent water and let out wash water. Lower end of perforated tube is rigidly secured on conical part of lower shell. Filtering charge with density smaller than density of water is located between perforated tube and side cylindrical surfaces also made perforated. Use of proposed design of pressure filter improves efficiency of cleaning of natural and sewage waters owing to directed formation of integranular porosity of granulated foamed polysterene over radius of filter in direction of filtration of water of water flow by cylindrical and conical shells movable in vertical direction relative to housing and relative to each and pressed to each other.

EFFECT: improved cleaning of water.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области очистки природных и сточных вод фильтрованием от коллоидных, нерастворенных взвешенных органических и минеральных веществ и может использоваться для очистки природных и различных категорий производственных и бытовых сточных вод.The present invention relates to the field of purification of natural and wastewater by filtration from colloidal, undissolved suspended organic and mineral substances and can be used to purify natural and various categories of industrial and domestic wastewater.

Известен напорный фильтр (Фрог Б.Н. Водоподготовка. - М.: МГУ, 2001. - С.279), содержащий цилиндрический корпус с прикрепленными к нему верхней и нижней сферическими крышками и загруженный гранулированным пенополистиролом, узлы подвода исходной и отвода очищенной воды, узлы подвода промывной и отвода загрязненной промывной воды.Known pressure filter (Frog BN Water treatment. - M.: Moscow State University, 2001. - P.279), containing a cylindrical body with attached upper and lower spherical covers and loaded with granular polystyrene foam, nodes for supplying the source and discharge of purified water, nodes for supplying washing and discharge of contaminated washing water.

Недостатком данной конструкции напорного фильтра является невысокая эффективность очистки природных и сточных вод, обусловленная тем, что скорость фильтрования в фильтре является постоянной, межзерновая пористость пенополистирола, как фильтрующего материала, уложенного в фильтре в свободном состоянии, зависит от скорости потока, т.к. материал является достаточно легким и уплотняется потоком фильтруемой воды. Увеличение скорости потока воды не уменьшает межзерновой пористости материала, но способствует выносу задержанных загрязнений, что в конечном итоге снижает эффективность очистки.The disadvantage of this pressure filter design is the low efficiency of purification of natural and waste water, due to the fact that the filtration rate in the filter is constant, the intergranular porosity of polystyrene foam, as the filter material placed in the filter in a free state, depends on the flow rate, because the material is light enough and is compacted by a stream of filtered water. An increase in the water flow rate does not reduce the intergranular porosity of the material, but contributes to the removal of trapped contaminants, which ultimately reduces the cleaning efficiency.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является напорный фильтр (Журба М.Г. Пенополистирольные фильтры. - М.: Стройиздат, 1992. - С.58-61), содержащий цилиндрический корпус с центрально расположенной перфорированной трубой и прикрепленными к нему верхней и нижней крышками и загруженный фильтрующей загрузкой из гранул с плотностью меньше плотности воды, узлы подвода исходной и отвода очищенной воды, подвода промывной и отвода загрязненной промывной воды. Узел подвода выполнен в виде раструба в верхней части перфорированной трубы, перекрытого козырьком с наклонной сеткой. Фильтрующая загрузка размещена в перфорированной трубе и в корпусе в свободном плавающем состоянии, при этом в корпусе загрузка рециркулируется эрлифтами. Фильтрующая загрузка, через которую осуществляется фильтрование воды, имеет одинаковую межзерновую пористость в объеме.The closest technical solution to the proposed invention is a pressure filter (Zhurba MG Polystyrene foam filters. - M .: Stroyizdat, 1992. - P.58-61), containing a cylindrical body with a centrally located perforated pipe and attached to it the upper and lower lids and loaded with a filtering load of granules with a density lower than the density of water, nodes for supplying the source and removal of purified water, supply of washing and removal of contaminated washing water. The supply unit is made in the form of a bell in the upper part of the perforated pipe, blocked by a visor with an inclined mesh. The filter load is placed in the perforated tube and in the housing in a free floating state, while in the housing the load is recycled by airlifts. The filter load through which the water is filtered has the same intergranular porosity in volume.

Недостатком данной конструкции напорного фильтра является невысокая эффективность очистки природных и сточных вод, обусловленная тем, что фильтрующий материал имеет одинаковую межзерновую пористость в направлении фильтрования очищаемой воды, что в условиях фильтрования с переменной скоростью по радиусу фильтра - от максимальной в центральной части фильтра до минимальной на его периферии, не позволяет максимально использовать грязеемкость фильтрующей загрузки, т.к. первые слои по ходу фильтрования воды загрязняются задержанными загрязнениями быстрее, чем последние, сопротивление загрузки возрастает, что требует перевода фильтра в режим регенерации и не позволяет в полной мере использовать грязеемкость загрузки.The disadvantage of this design of the pressure filter is the low efficiency of purification of natural and waste water, due to the fact that the filter material has the same intergranular porosity in the direction of filtering the water to be purified, which under conditions of filtering at a variable speed along the filter radius - from the maximum in the central part of the filter to the minimum its periphery, does not allow the maximum use of the dirt capacity of the filter load, because the first layers in the course of water filtration are contaminated with delayed contaminants faster than the last ones, the loading resistance increases, which requires the filter to be put into regeneration mode and does not allow full utilization of the loading capacity.

Задача изобретения - повышение эффективности очистки природных и сточных вод. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении грязеемкости фильтрующего материала путем направленного формирования его межзерновой пористости в условиях фильтрования воды в режиме нестационарных скоростей.The objective of the invention is to increase the efficiency of purification of natural and waste water. The technical result to which the invention is directed is to increase the dirt capacity of the filter material by directed formation of its intergranular porosity under conditions of water filtration in the mode of unsteady speeds.

Технический результат достигается тем, что известный напорный фильтр, содержащий закрытый цилиндрический корпус, установленную внутри корпуса центральную перфорированную трубу, верхний конец которой соединен с узлом подачи исходной воды, закрепленным на крышке корпуса, фильтрующую загрузку с плотностью меньше плотности воды, трубопроводы для подачи промывной воды, ее отвода, отвода очищенной воды и патрубок, выполненный в центре днища корпуса, согласно изобретению снабжен верхней и нижней цилиндроконическими обечайками, подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга, установленными внутри корпуса соосно друг другу и образующими между собой внутреннюю полость, при этом цилиндрическая часть обеих обечаек выполнена перфорированной, коническая часть нижней обечайки - глухой, а верхней - с центральным отверстием, причем центрально-расположенная перфорированная труба выполнена телескопической разъемной, верхняя часть которой прикреплена к конической части верхней обечайки, а нижняя прикреплена к конической части нижней обечайки, при этом фильтрующая загрузка расположена между перфорированными цилиндрическими частями обечаек и центральной перфорированной трубой, а перфорированная труба через центральное отверстие верхней обечайки соединена с узлом подвода исходной воды посредством эластичного сильфона, при этом узел подвода исходной воды является одновременно узлом отвода промывной воды, причем в качестве фильтрующей загрузки использован гранулированный пенополистирол.The technical result is achieved by the fact that the known pressure filter containing a closed cylindrical body, a central perforated pipe installed inside the body, the upper end of which is connected to the source of water supply, mounted on the cover of the housing, a filter charge with a density lower than the density of water, pipelines for supplying washing water , its removal, removal of purified water and a nozzle made in the center of the bottom of the housing, according to the invention is equipped with upper and lower cylindrical conical shells movable in vertically relative to each other, installed inside the housing coaxially to each other and forming an internal cavity, the cylindrical part of both shells is perforated, the conical part of the lower shell is blind and the upper with a central hole, and the centrally located perforated pipe is made telescopic detachable, the upper part of which is attached to the conical part of the upper shell, and the lower is attached to the conical part of the lower shell, while filtering the load is located between the perforated cylindrical parts of the shells and the Central perforated pipe, and the perforated pipe through the Central hole of the upper shell is connected to the feed water supply unit by means of an elastic bellows, while the feed water supply unit is at the same time a wash water discharge unit, with granular filtering loading used polystyrene foam.

Отличие предлагаемого напорного фильтра от известных заключается в том, что он снабжен верхней и нижней цилиндроконическими обечайками, подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга, установленными внутри корпуса соосно друг другу и образующими между собой внутреннюю полость; цилиндрическая часть обеих подвижных обечаек выполнена перфорированной, коническая часть нижней обечайки - глухой, а верхней - с центральным отверстием; вертикальная центрально-расположенная перфорированная труба выполнена телескопической разъемной, верхняя часть которой прикреплена к конической части верхней обечайки, а нижняя, поскольку труба выполнена телескопической, установлена коаксиально первой и прикреплена к конической части нижней обечайки; гранулированный пенополистирол расположен внутри обечаек во внутренней полости между перфорированной цилиндрической частью и перфорированной трубой; перфорированная труба через центральное отверстие верхней обечайки соединена посредством эластичного сильфона с узлом подвода исходной воды, выполняющим одновременно функцию отвода промывной воды. Наличие сильфона и выполнение перфорированной центральной трубы телескопической и разъемной позволяют обечайкам перемещаться в вертикальном направлении относительно друг друга. Перемещением достигается сжатие обечаек относительно друг друга.The difference between the proposed pressure filter and the known ones is that it is equipped with upper and lower cylindrical conical shells, movable in the vertical direction relative to each other, mounted inside the housing coaxially to each other and forming an internal cavity; the cylindrical part of both movable shells is perforated, the conical part of the lower shell is blind, and the upper with a central hole; the vertical centrally located perforated pipe is telescopic detachable, the upper part of which is attached to the conical part of the upper shell, and the lower, since the pipe is telescopic, is mounted coaxially first and attached to the conical part of the lower shell; granular polystyrene foam is located inside the shells in the inner cavity between the perforated cylindrical part and the perforated pipe; the perforated pipe through the Central hole of the upper shell is connected by means of an elastic bellows with a node for supplying source water, which simultaneously performs the function of draining the wash water. The presence of the bellows and the perforated central pipe of the telescopic and detachable allow the shells to move in a vertical direction relative to each other. By moving, compression of the shells relative to each other is achieved.

При сжатии обечаек между собой их конические части обеспечивают разную (от центра к периферии) степень поджатия пенополистирола по радиусу корпуса: максимальное сжатие материала на периферии фильтра, минимальное в центральной части. Сжатие обечаек между собой может обеспечиваться различными способами, например с помощью резьбового штока, гидравлической или пневматической системы сжатия. При сжатии обечаек между собой пористость материала изменяется от максимальной в центральной части корпуса фильтра до минимальной на периферии. Аналогично распределяются скорости фильтрования воды - от максимальной в центральной части фильтра, куда подводится вода на фильтрование, до минимальной на периферии. Иными словами, в слоях фильтрующего материала - пенополистирола с наибольшей пористостью поток фильтруемой воды имеет наибольшую скорость и по мере снижения пористости материала снижается скорость фильтруемого потока воды. Данное обстоятельство позволяет максимально использовать грязеемкость фильтрующего материала и задерживать максимальное количество загрязнений по сравнению с известными конструкциями фильтров.When the shells are compressed between themselves, their conical parts provide a different (from the center to the periphery) degree of compression of the polystyrene foam along the radius of the housing: the maximum compression of the material on the periphery of the filter, the minimum in the central part. The compression of the shells with each other can be achieved in various ways, for example using a threaded rod, a hydraulic or pneumatic compression system. When the shells are compressed between themselves, the porosity of the material changes from the maximum in the central part of the filter housing to the minimum on the periphery. Similarly, the water filtration rates are distributed - from the maximum in the central part of the filter, where water is supplied for filtration, to the minimum at the periphery. In other words, in the layers of the filtering material - polystyrene foam with the highest porosity, the flow of filtered water has the highest speed, and as the porosity of the material decreases, the speed of the filtered water flow decreases. This circumstance allows you to maximize the dirt capacity of the filter material and to retain the maximum amount of contamination in comparison with the known filter designs.

Во время промывки поджатие фильтрующего материала ослабляется или снимается полностью и он находится в свободном состоянии, что способствует более качественной его отмывке.During washing, the preload of the filter material is weakened or removed completely and it is in a free state, which contributes to better washing.

Применение указанных отличительных признаков в совокупности с общими признаками прототипа позволяет повысить эффективность очистки природных и сточных вод за счет направленного формирования межзерновой пористости гранулированного пенополистирола по радиусу фильтра в направлении фильтрования потока воды путем его поджатия подвижными в вертикальном направлении относительно корпуса и друг друга цилиндроконическими обечайками.The use of these distinctive features in combination with the general features of the prototype allows to increase the efficiency of purification of natural and wastewater due to the directed formation of intergranular porosity of granulated polystyrene foam along the radius of the filter in the direction of filtering the water flow by compressing the cylindrical shells moving vertically with respect to the body and to each other.

Заявителем и авторами из уровня техники не выявлены фильтры, у которых внутри корпуса установлены подвижные обечайки, внутренняя полость которых заполнена фильтрующим материалом. Кроме этого, предложен новый подход к решению проблемы повышения эффективности очистки воды: заявляемая конструкция фильтра позволяет направленно в зависимости от качества очищаемой воды или выполняемого цикла (фильтрование или промывка) формировать межзерновую пористость фильтрующего материала в радиальном направлении, что ведет к повышению эффективности очистки вод. Это подтверждает наличие изобретательского уровня у заявляемого изобретения, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.The applicant and the authors of the prior art have not identified filters in which movable shells are installed inside the housing, the inner cavity of which is filled with filter material. In addition, a new approach to solving the problem of increasing the efficiency of water treatment has been proposed: the claimed filter design allows you to form intergranular porosity of the filter material in the radial direction, depending on the quality of the water being cleaned or the cycle performed (filtering or washing), which leads to an increase in the efficiency of water treatment. This confirms the presence of inventive step in the claimed invention, since it does not explicitly follow from the prior art for a specialist.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез напорного фильтра, а на фиг.2 - разрез цилиндроконических обечаек.The essence of the proposed solution is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a longitudinal section of a pressure filter, and in Fig.2 is a section of cylindrical conical shells.

Напорный фильтр содержит цилиндрический корпус 1 с прикрепленными к нему верхней 2 и нижней 3 сферическими крышками и загруженный гранулированным пенополистиролом 4, систему трубопроводов подвода исходной и отвода промывной воды 5, трубопровод подвода промывной и отвода очищенной воды 6. Внутри корпуса установлены соосно друг другу, вертикальной оси корпуса 1 и образующие между собой внутреннюю полость подвижные в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса 1 цилиндроконические обечайки 7 и 8, цилиндрические части 9 которых выполнены перфорированными, коническая часть 10 нижней обечайки 8 выполнена глухой, а коническая часть 11 верхней обечайки 7 - с центральным отверстием 12. Центрально-расположенная перфорированная труба 13 выполнена телескопической разъемной, при этом обе части трубы установлены соосно и коаксиально друг другу, причем одна часть прикреплена к конической части 11 верхней обечайки коаксиально центральному отверстию 12, другая прикреплена к конической части 10 нижней обечайки. Гранулированный пенополистирол расположен внутри обечаек 7 и 8 между перфорированными цилиндрическими частями 9, трубой 13 и коническими частями 10 и 11. Коническая часть 11 верхней обечайки 7 своим центральным отверстием 12 соединена с узлом 5 посредством эластичного сильфона 14. Обечайки 7 и 8 установлены с возможностью перемещения в вертикальном направлении (поз. А и В) относительно друг друга и корпуса 1. Для сброса первого фильтрата и опорожнения корпуса 1 в нижней части сферической крышки 3 выполнен патрубок 15.The pressure filter contains a cylindrical housing 1 with spherical tops 2 and 3 attached to it and loaded with granular polystyrene foam 4, a piping system for supplying initial and discharging washing water 5, a piping for supplying washing and discharging purified water 6. Inside the housing, they are installed coaxially to each other, vertical the axis of the housing 1 and forming an internal cavity movable in a vertical direction relative to each other and the housing 1, cylinder-conical shells 7 and 8, the cylindrical parts 9 of which made perforated, the conical part 10 of the lower shell 8 is made blind, and the conical part 11 of the upper shell 7 is made with a Central hole 12. The centrally located perforated pipe 13 is made telescopic detachable, while both parts of the pipe are mounted coaxially and coaxially to each other, and one part attached to the conical part 11 of the upper shell coaxially to the Central hole 12, the other is attached to the conical part 10 of the lower shell. Granular polystyrene foam is located inside the shells 7 and 8 between the perforated cylindrical parts 9, the pipe 13 and the conical parts 10 and 11. The conical part 11 of the upper shell 7 is connected to the node 5 by the central bore 12 by means of an elastic bellows 14. The shells 7 and 8 are mounted for movement in the vertical direction (poses A and B) relative to each other and the housing 1. To discharge the first filtrate and empty the housing 1, a pipe 15 is made in the lower part of the spherical cover 3.

Принцип работы. Режим фильтрования: исходная вода, подлежащая очистке, подается через узел 5 и сильфон 14 внутрь корпуса фильтра, а именно внутрь перфорированной трубы 13. Через перфорацию трубы 13 исходная вода равномерно распределяется по высоте слоя фильтрующего материала 4, расположенного внутри обечаек 7 и 8. Проходя слой фильтрующего материала 4 по радиусу от центра его к периферии, вода подвергается очистке. Поток очищенной воды выходит из обечаек 7 и 8 в их периферийной части через перфорированную цилиндрическую часть 9 и через узел 6 отвода очищенной воды отводится из фильтра. Обечайки 7 и 8 установлены с возможностью перемещения в вертикальном направлении относительно друг друга и корпуса 1 фильтра. При необходимости обечайки можно перемещать навстречу друг другу (поз. В), например, с помощью резьбового штока (не показан) или наоборот друг от друга (поз. А), что приводит к сжатию гранулированного пенополистирола и уменьшению его межзерновой пористости или наоборот. Поскольку обечайки имеют конические части, обеспечивается неравномерное (переменное) сжатие материала по радиусу фильтра в направлении фильтрования воды: максимальная пористость в центральной части фильтра, вблизи перфорированной трубы 13, минимальная на периферии, вблизи перфорированной цилиндрической части 9. Степень сжатия фильтрующего материала может изменяться степенью поджатия обечаек в зависимости от качества очищаемых природных или сточных вод. Режим промывки: для регенерации (промывки) фильтрующего материала от задержанных загрязнений поджатие материала обечайками ослабляется или снимается вовсе (поз. А), для чего они раздвигаются и пенополистирол, восстанавливая свою форму, переходит в свободное состояние. Подача исходной воды и отвод очищенной воды прекращается, а через узел 6 подается вода на промывку, которая перемещается в фильтре в сторону, противоположную фильтрованию воды, т.е. в корпусе 1 через перфорированные части 9 обечаек 7 и 8 промывная вода движется в противоположную фильтрованию сторону в слое материала 4. Поскольку материал 4 находится в свободном состоянии обратным током промывной воды загрязнения отмываются от гранул материала и через перфорацию трубы 13, сильфон 14 и узел 5 загрязненная промывная вода отводится из фильтра. По окончании процесса промывки фильтрующего материала подача воды на промывку прекращается, через узел 5 подается вода на фильтрование, при этом первые порции очищенной воды (фильтрата) одновременно со сжатием материала обечайками 7 и 8 сбрасываются из фильтра через патрубок 15. Затем фильтр переводится в режим нормального фильтрования: сброс первого фильтрата прекращается, открывается отвод очищенной воды через узел 6.Principle of operation. Filtering mode: the source water to be cleaned is supplied through the assembly 5 and the bellows 14 inside the filter housing, namely, inside the perforated pipe 13. Through the perforation of the pipe 13, the source water is evenly distributed along the height of the layer of filter material 4 located inside the shells 7 and 8. Passing a layer of filter material 4 along the radius from its center to the periphery, the water is purified. The stream of purified water leaves the shells 7 and 8 in their peripheral part through the perforated cylindrical part 9 and is discharged from the filter through the purified water removal unit 6. The shells 7 and 8 are mounted with the possibility of movement in the vertical direction relative to each other and the filter housing 1. If necessary, shells can be moved towards each other (pos. B), for example, using a threaded rod (not shown) or vice versa from each other (pos. A), which leads to compression of the granulated polystyrene foam and a decrease in its intergranular porosity or vice versa. Since the shells have conical parts, uneven (variable) compression of the material along the radius of the filter in the direction of water filtration is ensured: the maximum porosity in the central part of the filter, near the perforated pipe 13, is minimal on the periphery, near the perforated cylindrical part 9. The compression ratio of the filter material can vary preloading the shells depending on the quality of the treated natural or waste water. Washing mode: for regeneration (washing) of the filter material from delayed contaminants, the compression of the material by the shells is weakened or completely removed (pos. A), for which they are moved apart and the polystyrene foam, restoring its shape, goes into a free state. The supply of raw water and the removal of purified water is stopped, and through the unit 6 water is supplied for flushing, which moves in the filter in the direction opposite to the water filtration, i.e. in the housing 1, through the perforated parts 9 of the shells 7 and 8, the washing water moves in the opposite direction to the filtration in the layer of material 4. Since the material 4 is in a free state by the reverse current of the washing water, the contaminants are washed from the granules of the material and through the perforation of the pipe 13, the bellows 14 and unit 5 contaminated rinsing water is discharged from the filter. At the end of the washing process of the filter material, the water supply to the washing is stopped, water is supplied through the unit 5 for filtration, while the first portions of purified water (filtrate) are simultaneously discharged from the filter through the nozzle 15 along with the shells 7 and 8, then the filter is switched to normal mode filtering: the discharge of the first filtrate is stopped, the outlet of purified water through the node 6 opens.

Применение предлагаемой конструкции напорного фильтра, снабженного установленными внутри корпуса 1, подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга цилиндроконическими обечайками 7 и 8, образующими между собой внутреннюю полость, внутри которой расположен гранулированный пенополистирол, позволяет направленно формировать межзерновую пористость фильтрующего материала 4 в соответствие со скоростью фильтрования потока очищаемой жидкости, что в конечном итоге позволяет повысить эффективность очистки за счет увеличения грязеемкости фильтрующего материала.The use of the proposed design of the pressure filter, equipped with cylinder-conical shells 7 and 8 installed vertically movable relative to each other, forming an internal cavity, inside which granular polystyrene foam is located, allows the grain to be intergranular porosity of the filter material 4 in accordance with the filtering speed the flow of the liquid being cleaned, which ultimately allows to increase the cleaning efficiency by increasing g yazeemkosti filter material.

Claims

1. A pressure filter containing a closed cylindrical housing, a central perforated pipe installed inside the housing, the upper end of which is connected to the source of water supply, mounted on the housing cover, filtering the charge with a density less than the density of water, pipelines for supplying washing water, its discharge, drain purified water and a pipe made in the center of the bottom of the housing, characterized in that it is equipped with upper and lower cylindrical conical shells, movable in the vertical direction relative to each other a, installed inside the housing coaxially with each other and forming an internal cavity, while the cylindrical part of both shells is perforated, the conical part of the lower shell is blind, and the upper with a central hole, and the centrally located perforated pipe is telescopic detachable, the upper part which is attached to the conical part of the upper shell, and the bottom is attached to the conical part of the lower shell, while the filter load is located between the perforated the cylindrical parts of the shells and the Central perforated pipe, and the perforated pipe through the Central hole of the upper shell is connected to the feed water supply unit by means of an elastic bellows, while the feed water supply unit is at the same time a wash water discharge unit.

2. Pressure filter according to claim 1, characterized in that granular polystyrene foam is used as a filter load.