RU2342186C1

RU2342186C1 - Filter for water cleaning

Info

Publication number: RU2342186C1
Application number: RU2007127814/15A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Щетанов (RU); Игорь Борисович Щетанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Рива-Ра"
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2008-12-27

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: filter contains casing, in which tubular membrane elements are installed, cover with cavity, bottom, sealants and nozzle for supply of cleaned water. The novelty is the fact that filter is equipped with guide elements and piston made in the form of movable tubular grid with openings for membrane elements and formed with two metal plates, between which intermediate plate is provided, guide elements are arranged in the form of pins, ends of which are fixed in immovable tubular grids, at that additional openings for guide elements are available in plates, as well as nozzles for concentrate discharge and additional nozzle for supply of cleaned water. Guide elements are arranged in the form of polished metal pins. Openings in intermediate plate are arranged in cross section with triangular profile, at that angle edge of mentioned openings is adjacent to external surface of membrane elements with gap of δ=0.2-0.3 micrometer.

EFFECT: higher extent of membrane element surface cleaning during long-term operation.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к мембранным устройствам для очистки воды.The invention relates to membrane devices for water purification.

Изобретение может быть использовано в пищевой, медицинской, микробиологической промышленности, в быту и других отраслях.The invention can be used in the food, medical, microbiological industry, in the home and other industries.

Известен мембранный аппарат для разделения жидкостей и газов [1], в корпусе которого размещен пучок мембранных элементов, концы которых закреплены в подвижной и неподвижной трубных решетках. Подвижная решетка имеет стакан, к осевому отверстию которого присоединен штуцер ввода разделяемой смеси, кольцевой разделительный элемент в виде металлической мембраны соединен по внешнему периметру с корпусом, а по внутреннему с дном стакана вблизи штуцера. Его расстояние δ от поверхности торцевой крышки определено из неравенства δ<0,8(δ_р-Δ), где Δ - максимальное значение прогиба мембраны, δ_р - максимальное изменение длины мембранных элементов. Устройство используется для мембранного разделения высокоагрессивных жидкостных и газовых сред.Known membrane apparatus for the separation of liquids and gases [1], in the housing of which is placed a bundle of membrane elements, the ends of which are fixed in a movable and fixed tube sheets. The movable lattice has a cup, to the axial hole of which a nozzle for introducing a shared mixture is connected, an annular separation element in the form of a metal membrane is connected along the outer perimeter with the body, and along the inner with the bottom of the cup near the nozzle. Its distance δ from the surface of the end cap is determined from the inequality δ <0.8 (δ _p -Δ), where Δ is the maximum deflection of the membrane, δ _p is the maximum change in the length of the membrane elements. The device is used for membrane separation of highly aggressive liquid and gas media.

Недостатком известного устройства является то, что в нем не предусмотрены технические средства для очистки поверхностей мембранных элементов при накоплении загрязняющих компонентов.A disadvantage of the known device is that it does not provide technical means for cleaning the surfaces of membrane elements during the accumulation of contaminating components.

Известен также реверсивный мембранный аппарат [2], содержащий пористый трубчатый каркас, внутри которого расположен очистительный элемент, установленный с возможностью возвратно-поступательного движения. На внутренней поверхности трубчатого каркаса уложена на подложке полупроницаемая мембрана, при этом на концах каркаса установлены конусообразные штуцера, соединенные с клапанами и связанные между собой трубой. Торцевые части очистительного элемента повторяют конфигурацию внутренней поверхности штуцеров, причем средняя часть элемента имеет углубление, торцевая поверхность которого выполнена в форме усеченного конуса, и в продольном сечении элемент имеет вид зеркально отображенной стрелы.Also known is a reversible membrane apparatus [2], containing a porous tubular frame, inside of which there is a cleaning element installed with the possibility of reciprocating motion. A semipermeable membrane is laid on the inner surface of the tubular cage, with cone-shaped fittings connected to the valves and connected by a pipe at the ends of the carcass. The end parts of the cleaning element repeat the configuration of the inner surface of the fittings, the middle part of the element having a recess, the end surface of which is made in the form of a truncated cone, and in longitudinal section the element has the form of a mirror-shaped arrow.

В таком устройстве осуществляется периодическое реверсирование потока раствора и обезвоживание жидких пищевых продуктов, однако не осуществляется очистка от загрязняющих компонентов в растворе.In such a device, the solution flow is periodically reversed and the liquid food products are dehydrated, however, no contaminants are removed from the solution.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является аппарат для фильтрации [3], содержащий корпус, в котором соосно установлены центральная распределительная труба с рядами отверстий и набор трубчатых мембранных элементов, укрепленных одним концом в трубной решетке, крышку, днище, патрубки для подачи или отвода обрабатываемой среды, прилегающие к патрубкам полости, при этом трубчатые мембранные элементы укреплены другим концом во второй трубной решетке. Обе трубные решетки закреплены на центральной распределительной трубе, и к ним снаружи прилегают решетчатые уплотнения, а к уплотнениям - прижимные решетки. Трубные решетки, решетчатые уплотнения и прижимные решетки расположены внутри корпуса. Прилегающие к патрубкам полости в крышке и днище образованы бортиками крышки и днища и упорными кольцами, примыкающими к центральной распределительной трубе.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a filtering apparatus [3], comprising a housing in which a central distribution pipe with rows of holes and a set of tubular membrane elements fixed at one end in the tube sheet are coaxially mounted, a cover, a bottom, and supply pipes or removal of the processed medium adjacent to the nozzles of the cavity, while the tubular membrane elements are reinforced with the other end in the second tube sheet. Both tube sheets are fixed to the central distribution pipe, and lattice seals are adjacent to them on the outside, and pressure grids are attached to the seals. Pipe grids, grating seals and pressure grids are located inside the housing. The cavities adjacent to the nozzles in the cover and the bottom are formed by the sides of the cover and the bottom and thrust rings adjacent to the central distribution pipe.

Недостатком известного технического решения является недостаточная степень очистки поверхностей мембранных элементов при длительной эксплуатации, в результате чего накапливаются стойкие загрязняющие отложения, которые практически не удаляются без механического или направленного гидравлического на них воздействия.A disadvantage of the known technical solution is the insufficient degree of cleaning of the surfaces of the membrane elements during long-term operation, as a result of which persistent contaminating deposits accumulate, which are practically not removed without mechanical or directed hydraulic influence on them.

Технический результат, заключающийся в устранении отмеченного недостатка, а именно - в повышении степени очистки, достигается в фильтре для воды, содержащем корпус, в котором установлены трубчатые мембранные элементы, концы которых закреплены в неподвижных трубных решетках, расположенных в корпусе, крышку с полостью, связанной с патрубком для отвода фильтрата, днище, уплотнители и патрубок для подачи очищаемой воды, тем, что он содержит направляющие элементы и поршень, выполненный в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов и образованный двумя металлическими пластинами, между которыми расположена промежуточная пластина, выполненная из полимерного материала, направляющие элементы выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в неподвижных трубных решетках, при этом в пластинах подвижной трубной решетки выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов, а также введены патрубки для сброса концентрата, расположенные в противоположных концах корпуса, и дополнительный патрубок для подачи очищаемой воды, причем патрубки подачи очищаемой воды установлены на противоположных концах корпуса.The technical result, which consists in eliminating the noted drawback, namely, in increasing the degree of purification, is achieved in a water filter containing a housing in which tubular membrane elements are installed, the ends of which are fixed in fixed tube sheets located in the housing, a lid with a cavity connected with a nozzle for draining the filtrate, a bottom, seals and a nozzle for supplying purified water, in that it contains guiding elements and a piston made in the form of a movable tube sheet with holes for the membrane formed by two metal plates, between which an intermediate plate made of polymer material is located, the guide elements are made in the form of pins, the ends of which are fixed in fixed tube sheets, while additional holes for the guide elements are made in the plates of the movable tube sheet, and introduced pipes for discharge of concentrate located at opposite ends of the housing, and an additional pipe for supplying purified water, and pipes Purified water supplies are installed at opposite ends of the housing.

Указанный технический результат достигается также тем, что направляющие элементы выполнены в виде полированных металлических штырей, и тем, что отверстия в промежуточной пластине подвижной трубной решетки выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем, причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов с зазором δ=0,2-0,3 мкм.The specified technical result is also achieved by the fact that the guide elements are made in the form of polished metal pins, and by the fact that the holes in the intermediate plate of the movable tube sheet are made in cross section with a triangular profile, and the angular edge of the said holes adjoins the outer surface of the membrane elements with a gap δ = 0.2-0.3 microns.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг.1 показана конструкция предлагаемого фильтра в разрезе;- figure 1 shows the design of the proposed filter in the context;

- на фиг.2 приведен в увеличенном масштабе фрагмент поршня в разрезе.- figure 2 shows on an enlarged scale a fragment of the piston in section.

Предлагаемый фильтр (фиг.1) содержит корпус 1, в котором установлены трубчатые мембранные элементы 2, концы которых закреплены в неподвижных трубных решетках 3 и 4, расположенных в корпусе 1, крышку 5 с полостью 6, связанной с патрубком 7 для отвода фильтрата, днище 8, уплотнители 9 и 10, основной патрубок 11 для подачи очищаемой воды, направляющие элементы 12 и поршень 13, выполненный в виде подвижной трубной решетки с отверстиями для мембранных элементов. Поршень 13 образован двумя металлическими пластинами 14 и 15, между которыми расположена промежуточная пластина 16, выполненная из полимерного материала (фиг.2). Направляющие элементы 12 выполнены в виде штырей, концы которых зафиксированы в трубных решетках 3 и 4 крепежными элементами, например гайками 17. В пластинах 14, 15 и 16 подвижной трубной решетки 13 выполнены дополнительные отверстия для направляющих элементов 12. Фильтр содержит также патрубки 18 и 19 для сброса концентрата, расположенные в противоположных концах корпуса 1, и дополнительный патрубок 20 для подачи очищаемой воды, причем патрубки подачи очищаемой воды установлены на противоположных концах корпуса.The proposed filter (figure 1) contains a housing 1, in which are installed tubular membrane elements 2, the ends of which are fixed in fixed tube sheets 3 and 4, located in the housing 1, a cover 5 with a cavity 6 connected to the pipe 7 for draining the filtrate, the bottom 8, seals 9 and 10, the main pipe 11 for supplying purified water, the guiding elements 12 and the piston 13, made in the form of a movable tube sheet with holes for membrane elements. The piston 13 is formed by two metal plates 14 and 15, between which there is an intermediate plate 16 made of a polymeric material (figure 2). The guide elements 12 are made in the form of pins, the ends of which are fixed in the tube sheets 3 and 4 by fasteners, for example nuts 17. In the plates 14, 15 and 16 of the movable tube sheet 13, additional holes are made for the guide elements 12. The filter also contains nozzles 18 and 19 for the discharge of concentrate, located at opposite ends of the housing 1, and an additional pipe 20 for supplying purified water, and the nozzle for supplying purified water is installed on opposite ends of the housing.

Направляющие элементы 12 выполнены в виде полированных металлических штырей для улучшения условий скольжения поршня 13. Отверстия в промежуточной пластине 16 подвижной трубной решетки 13 выполнены в поперечном сечении с треугольным профилем (фиг.2), причем угловая кромка упомянутых отверстий примыкает к внешней поверхности мембранных элементов 2 с зазором δ=0,2-0,3 мкм.The guiding elements 12 are made in the form of polished metal pins to improve the sliding conditions of the piston 13. The holes in the intermediate plate 16 of the movable tube sheet 13 are made in cross section with a triangular profile (figure 2), and the angular edge of the aforementioned holes adjoins the outer surface of the membrane elements 2 with a gap of δ = 0.2-0.3 microns.

Предлагаемый фильтр работает следующим образом.The proposed filter works as follows.

В исходном состоянии поршень 3 находится в крайнем нижнем положении. Основной патрубок 11 для подачи очищаемой воды и патрубок 7 для отвода фильтрата являются открытыми, патрубки 18, 19 и 20 перекрыты запорными элементами - ручными или электроуправляемыми вентилями (на чертеже не показаны).In the initial state, the piston 3 is in its lowest position. The main pipe 11 for supplying purified water and the pipe 7 for draining the filtrate are open, the pipes 18, 19 and 20 are closed by locking elements - manual or electrically operated valves (not shown).

Вначале очищаемая вода подается под давлением в основной патрубок 11 с помощью насоса (на чертеже не показан) и поступает во внутреннюю полость корпуса 1. Через внешние поверхности трубчатых мембранных элементов 2 очищенная вода проходит во внутренние каналы этих элементов и поступает в полость 6 под крышкой 5 и далее в патрубок 7 для отвода фильтрата. Загрязняющие компоненты накапливаются и удерживаются на внешней поверхности элементов 2.First, the purified water is supplied under pressure to the main pipe 11 using a pump (not shown in the drawing) and enters the internal cavity of the housing 1. Through the outer surfaces of the tubular membrane elements 2, the purified water passes into the internal channels of these elements and enters the cavity 6 under the cover 5 and further into the pipe 7 for draining the filtrate. Contaminating components accumulate and are retained on the outer surface of the elements 2.

Удаление загрязнений происходит следующим образом.The removal of contaminants is as follows.

После определенного времени работы фильтра в описанном выше состоянии осуществляется переключение патрубков 11 и 20 для подачи очищаемой воды (основной патрубок 11 перекрывается, а дополнительный патрубок 20 открывается) с помощью упомянутых выше запорных элементов. Открывается также патрубок 18 для сброса концентрата, патрубок 19 является закрытым, патрубок 7 для отвода фильтрата остается открытым.After a certain time of operation of the filter in the state described above, the nozzles 11 and 20 are switched to supply the purified water (the main nozzle 11 is closed and the additional nozzle 20 is opened) using the above-mentioned shut-off elements. The nozzle 18 for discharging the concentrate also opens, the nozzle 19 is closed, the nozzle 7 for discharging the filtrate remains open.

Поступление очищаемой воды в патрубок 20 создает избыточное давление в пространстве вод поршнем 13, и он начинает перемещаться вверх по направляющим элементам 12. При этом происходит очистка поверхностей трубчатых мембранных элементов 2 за счет механического воздействия на слой загрязняющих отложений угловой кромкой в отверстиях пластины 16 (фиг.2), а также смывом водой, проходящей под напором в зазоры δ между угловой кромкой и внешней поверхностью мембранных элементов. Очищение от грязи происходит без механического повреждения поверхностей трубчатых мембранных элементов 2. Грязь удаляется через открытый патрубок 18. Очищенная вода продолжает поступать по патрубку 7. Через некоторое время поршень 13 достигает своего верхнего положения до уровня расположения патрубков 11 и 18 (ограничительный элемент для поршня 13 на чертеже не показан). Патрубок 18 перекрывается запорным элементом (на чертеже не показан). В достигнутом положении все трубчатые мембранные элементы 2 очищены, и фильтр может продолжать работать в нормальном рабочем цикле длительное время до появления новых загрязняющих отложений.The flow of purified water into the pipe 20 creates excess pressure in the water space by the piston 13, and it begins to move upward along the guide elements 12. In this case, the surfaces of the tubular membrane elements 2 are cleaned due to the mechanical action of the layer of contaminants with an angled edge in the holes of the plate 16 (Fig. .2), as well as by flushing with water passing under pressure into the gaps δ between the angular edge and the outer surface of the membrane elements. Purification from dirt occurs without mechanical damage to the surfaces of the tubular membrane elements 2. The dirt is removed through the open pipe 18. The purified water continues to flow through the pipe 7. After some time, the piston 13 reaches its upper position to the level of the pipes 11 and 18 (restrictive element for the piston 13 not shown in the drawing). The pipe 18 is blocked by a locking element (not shown in the drawing). In the reached position, all the tubular membrane elements 2 are cleaned, and the filter can continue to work in a normal duty cycle for a long time until new contaminants appear.

При необходимости повторной очистки осуществляется переключение патрубков 11 и 20 для подачи очищаемой воды в обратном порядке (основной патрубок 11 открывается, а дополнительный патрубок 20 закрывается) с помощью упомянутых выше запорных элементов. Открывается также патрубок 19 для сброса концентрата, патрубок 18 закрывается, патрубок 7 для отвода фильтрата остается открытым. Очищаемая вода вновь подается через патрубок 11, создавая избыточное давление над поршнем 13, в результате чего он начинает двигаться вниз по направляющим элементам 12, очищая поверхности трубчатых мембранных элементов 2 от грязи, которая удаляется через патрубок 19. Поршень достигает своего нижнего, исходного положения. Вновь наступает новый рабочий цикл работы фильтра.If it is necessary to re-clean, the nozzles 11 and 20 are switched to supply the purified water in the reverse order (the main nozzle 11 opens and the additional nozzle 20 closes) using the above-mentioned shut-off elements. The nozzle 19 is also opened for discharge of the concentrate, the nozzle 18 is closed, the nozzle 7 for draining the filtrate remains open. The purified water is again fed through the pipe 11, creating excess pressure above the piston 13, as a result of which it begins to move down the guide elements 12, cleaning the surfaces of the tubular membrane elements 2 of dirt, which is removed through the pipe 19. The piston reaches its lower, initial position. Again comes a new filter duty cycle.

Управление запорными элементами на входе патрубков 11, 18, 19 и 20 может осуществляться как вручную, так и автоматически с помощью внешнего блока управления (на чертеже не показан) по описанному выше алгоритму. При этом запорные вентили должны быть электроуправляемыми.The locking elements at the inlet of the nozzles 11, 18, 19 and 20 can be controlled either manually or automatically using an external control unit (not shown in the drawing) according to the algorithm described above. In this case, the shut-off valves must be electrically controlled.

Предлагаемый фильтр является надежным и долговечным в эксплуатации и обеспечивает высокую степень очистки воды. Достоинством фильтра является то, что он не требует специального привода для обеспечения движения поршня.The proposed filter is reliable and durable in operation and provides a high degree of water purification. The advantage of the filter is that it does not require a special drive to ensure the movement of the piston.

Основные детали фильтра (корпус 1, крышка 5, днище 8, патрубки 11, 18, 19 и 20, неподвижные трубные решетки 3 и 4, стержни 12 и пластины 14, 15 изготавливаются из нержавеющей стали. Пластина 16 изготавливается из поливинилхлорида.The main filter parts (housing 1, cover 5, bottom 8, nozzles 11, 18, 19 and 20, fixed tube sheets 3 and 4, rods 12 and plates 14, 15 are made of stainless steel. Plate 16 is made of polyvinyl chloride.

В качестве трубчатых мембранных элементов 2 используются керамические трубки с диаметром внутреннего канала 6 мм.As the tubular membrane elements 2, ceramic tubes with an inner channel diameter of 6 mm are used.

Фильтр находится в серийном изготовлении на предприятии-заявителе.The filter is in serial production at the applicant plant.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2023490, М. Кл. В01D 63/06,1990 г.1. RF patent No. 2023490, M. Cl. B01D 63 / 06.1990

2. Патент РФ №2142330, М. Кл. B01D 63/06, 1990 г.2. RF patent No. 2142330, M. Cl. B01D 63/06, 1990

3. Патент РФ №2188699, М. Кл. B01D 63/06, 2001 г.3. RF patent No. 2188699, M. Cl. B01D 63/06, 2001

Claims

1. A filter for water purification, comprising a housing in which tubular membrane elements are installed, the ends of which are fixed in fixed tube sheets located in the housing, a cover with a cavity associated with a nozzle for draining the filtrate, a bottom, seals and a nozzle for supplying purified water, characterized in that it contains guiding elements and a piston made in the form of a movable tube sheet with holes for membrane elements and formed by two metal plates, between which there is an intermediate a plate made of polymeric material, the guide elements are made in the form of pins, the ends of which are fixed in fixed tube sheets, while additional holes for guide elements are made in the plates of the movable tube sheet, as well as nozzles for concentrate discharge located at opposite ends of the housing, and an additional nozzle for supplying purified water, and nozzles for supplying purified water are installed at opposite ends of the housing.

2. The filter for water purification according to claim 1, characterized in that the guide elements are made in the form of polished metal pins.

3. The filter for water purification according to claim 1, characterized in that the holes in the intermediate plate of the movable tube sheet are made in cross section with a triangular profile, and the angular edge of the said holes adjoins the outer surface of the membrane elements with a gap δ = 0.2-0 3 microns.