RU2549240C1

RU2549240C1 - Water treatment device

Info

Publication number: RU2549240C1
Application number: RU2014151143/93A
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Демков
Original assignee: Александр Ильич Демков
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-04-20
Also published as: RU2549240C9

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device of water treatment by pressure flotation comprises a flotation chamber, where flocculated water is added, being mixed with microbubbles, formed by a device for mixing of water with air, a discharge tank arranged upstream the flotation chamber, according to the invention, the device for mixing of water with air is installed between the flotation pump and the discharge tank and comprises a flow meter for water connected by water flow, at least with one mixer, which represents a pipe with stop valves, with nozzles with flanges for supply and drainage of water, inside of which there is a filtering cylindrical cartridge with a nozzle for compressed air supply, which is connected by air flow via a valve and a counter of gas flow with a compressor.

EFFECT: creation of optimal composition of air and water mixture for flotation.

Description

Изобретение может использоваться во многих областях промышленности и относится к очистки жидкости, особенно воды, от дисперсных примесей. Область его использования очень большая, многопрофильная: от очистки сточных вод, природных вод до очистки масел.The invention can be used in many industries and relates to the purification of liquids, especially water, from dispersed impurities. The scope of its use is very large, versatile: from wastewater treatment, natural water to oil treatment.

Существует аналогичное фильтрующее устройство - фильтр "Кристалл", разработанный институтом "МоcводоканалНИИпроект" (Лурье Л.Д. Исследование процесса очистки нефтесодержащих сточных вод транспортных предприятий фильтрованием через гранулированные и нетканые синтетические материалы: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1982. - 26 с). Данное устройство в качестве фильтрующего материала использовало сипрон - нетканый материал из отходов производства. Конструкция выполнена в многоуровневым кассетном исполнении: подача в верхнюю зону и очистки по секциям и рядам в кассетах, располагаемых один над другим. Его недостатки: давление на фильтрующий материал в кассетах не более 0,15 м, так как в дальнейшем происходил перелив в канализацию, трудоемкость замены кассетных фильтров, эффективность очистки по нефтепродуктам до 2 мг/дм³ при скорости фильтрации 6 м/ч.There is a similar filtering device - the Crystal filter, developed by the Institute MosvodokanalNIIproekt (Lurie L.D. Study of the process of purifying oil-containing wastewater of transport enterprises by filtering through granular and non-woven synthetic materials: Author's abstract. Candidate of technical science. M., 1982.- 26 s). This device used sipron, a non-woven material from industrial waste, as a filter material. The design is made in a multi-level cassette version: feeding into the upper zone and cleaning sections and rows in cassettes located one above the other. Its disadvantages: the pressure on the filtering material in the cassettes is not more than 0.15 m, since later on there was overflow into the sewer, the complexity of replacing the cassette filters, the efficiency of cleaning for oil products up to 2 mg / dm ³ at a filtration speed of 6 m / h.

Существует устройство для очистки вод от нефтепродуктов (патент России 1086585, 1991., ДСП, МПК B01D25/06, C02F1/40).There is a device for purifying water from oil products (Russian patent 1086585, 1991., Particleboard, IPC B01D25 / 06, C02F1 / 40).

Изобретение состоит из нескольких фильтрующих камер, выполненных открытыми сверху, установленные на расстоянии одна над другой, соединены трубопроводами связи с задвижками, подводящие патрубки расположены под слоем фильтрующего материала.The invention consists of several filter chambers made open from above, installed at a distance one above the other, connected by communication pipelines with valves, inlet pipes are located under a layer of filter material.

Данное устройство использовало в своей конструкции фильтрующие материалы сипрон, содержащихся в камерах с помощью твердых сеток.This device used sipron filter materials contained in the chambers using solid nets in their design.

Фильтрующие камеры могли быть соединены последовательно, параллельно и в смешанных вариантах. Конструктивно подпор воды на очищающий фильтр мог составлять до 1м. Эффективная скорость фильтрации выросла до 1 Ом/ас, устранены полностью переливы при гидравлической перегрузке. Остаточное содержание нефтепродуктов в воде после установки могло достигать до 0,5 мг/дм³. Основные недостатки устройства: большой расход фильтрующего материала сипрон; большая толщина фильтрующего слоя - от 0,3 м и более; полное отсутствие отходов сипрона, как основного фильтрующего материала; практически отсутствие возможности проведения регенерации фильтра.Filter chambers could be connected in series, parallel and in mixed versions. Structurally, the water back up to the cleaning filter could be up to 1 m. The effective filtration rate increased to 1 Ohm / ac; overflows during hydraulic overload were completely eliminated. The residual oil content in the water after installation could reach up to 0.5 mg / dm ³ . The main disadvantages of the device: high consumption of filter material sipron; large thickness of the filter layer - from 0.3 m or more; the complete absence of sipron waste as the main filter material; virtually no possibility of filter regeneration.

Поставленная задача решается тем, что были использованы фильтрующие материалы полипропилен от отечественных производителей с заданными физическими характеристиками. Под данный фильтрующий материал была разработана и испытана новая установка, в которой согласно изобретению была улучшена очистка воды от нефтепродуктов до 0,05 мг/дм³ за счет новой конструкции, новых фильтрующих материалов по ТУ 311321 16512587.001-2000. Было увеличено давление на фильтрующий материал до 1МПа, скорость фильтрации до 100м/час, толщины слоя фильтрующего материала до 30мм, возможность проведения регенерации фильтрующего материала с использованием мощных инфразвуковых колебаний, а также дезинфекция жидкости в устройстве с использованием мощной ультразвуковой обработки.The problem is solved in that polypropylene filtering materials from domestic manufacturers with specified physical characteristics were used. Under this filtering material, a new installation was developed and tested, in which according to the invention the water purification from oil products was improved to 0.05 mg / dm ³ due to the new design, new filtering materials according to TU 311321 16512587.001-2000. The pressure on the filter material was increased to 1MPa, the filtration speed was up to 100m / h, the layer thickness of the filter material was up to 30mm, the possibility of regeneration of the filter material using powerful infrasonic vibrations, as well as the disinfection of the liquid in the device using powerful ultrasonic treatment.

На чертеже представлено устройство в общем виде.The drawing shows the device in General.

Устройство для очистки жидкостей от дисперсных примесей состоит из установленных одна над другой открытые сверху камеры 1, состоящие из фильтрующих элементов 2 с различными слоями фильтрующего материала 3. Фильтрующие многослойные материалы с различными размерами пор удерживаеюся герметично по периметру многосекционными рамками 4, в, которых есть трубки 5 для отбора проб и измерения давления по манометру 6 на каждом фильтрующем слое. Количество фильтрующих камер может быть от одной и более, при большем количестве камеры могут быть обвязаны трубопроводами связи 7, с заслонками и насосами последовательно, параллельно и в смешанных вариантах. Подача жидкости на очистку происходит под слой фильтрующего материала. Каждая фильтрующая камера имеет инфразвуковой вибратор 8, ультразвуковой излучатель 9, трубопровод канализации 10. Камеры монтируются на стальной конструкции 11.A device for cleaning liquids from dispersed impurities consists of chambers 1 installed one above the other, open on top, consisting of filter elements 2 with different layers of filter material 3. Filter multilayer materials with different pore sizes are held tightly around the perimeter by multi-section frames 4, in which there are tubes 5 for sampling and measuring pressure by a pressure gauge 6 on each filter layer. The number of filter chambers can be from one or more; with a larger number of chambers, they can be connected by communication pipelines 7, with dampers and pumps in series, in parallel and in mixed versions. The supply of liquid for cleaning occurs under a layer of filter material. Each filter chamber has an infrasound vibrator 8, an ultrasonic emitter 9, a sewage pipe 10. The cameras are mounted on a steel structure 11.

Работает устройство следующим образом. Очищаемая жидкость по трубопроводу 7 подается под слой фильтрующего материала 3. Под давлением жидкости на фильтрующий материал происходит фильтрация через различные слои фильтрующего материала: нижний монослой с большим размером пор, далее второй, с меньшим размером пор и т. д. Для примера на рисунке показаны слои с размерами пор 40, 20, 2 мкм. В настоящем промышленностью выпускаются фильтрующие материалы из полипропилена, полиэтилена с размерами пор от 80 до 0,3 мкм. Рекомендуем подбирать размеры пор фильтрующего материала в этом диапазоне в зависимости от очищаемых дисперсности частиц и вязкости жидкости. При технологическом регламенте задается скорость фильтрования и технологическая схема установки. По манометрам 6 ведется отслеживание давление на каждом фильтрующем монослое, который не должен превышать максимальное рабочее давление фильтрации. При достижении максимального давления или снижают скорость фильтрации, или делают полную остановку работы фильтрующей камеры, с последующей обработкой находящейся жидкости инфразвуковыми колебаниями с помощью вибратора 8, с одновременной обратной промывкой, опорожнением камеры от жидкости через трубопровод канализации 10. После нескольких таких регенераций заполняются камеры жидкостью, с одновременной обработкой жидкости ультразвуковыми и инфразвуковыми колебаниями с обратной промывкой в канализацию. При такой регенерации можно снова включать в работу фильтрующую камеру, отслеживать давление фильтрации и качество очищенной жидкости. По техническим условиям надо рассчитывать минимальную мощность N_min и максимальную частоту f_max инфразвукового вибратора для эффективной работы устройства по приведенным формулам:The device operates as follows. The liquid to be cleaned is piped 7 under a layer of filter material 3. Under pressure of the liquid, filtering occurs through various layers of filter material: the lower monolayer with a larger pore size, then the second monolayer with a smaller pore size, etc. For example, the figure shows layers with pore sizes of 40, 20, 2 microns. The present industry produces filtering materials from polypropylene, polyethylene with pore sizes from 80 to 0.3 microns. We recommend that you select the pore size of the filter material in this range depending on the particles being cleaned and the viscosity of the liquid. With technological regulations, the filtering speed and the technological scheme of the installation are set. Pressure gauges 6 monitor the pressure on each filter monolayer, which should not exceed the maximum working pressure of the filter. When maximum pressure is reached, either the filtration rate is reduced, or the filter chamber is completely stopped, followed by treatment of the liquid with infrasonic vibrations using a vibrator 8, with simultaneous backwashing, emptying the chamber from the liquid through the sewer line 10. After several such regenerations, the chambers are filled with liquid , with simultaneous treatment of the fluid with ultrasonic and infrasonic vibrations with backwashing into the sewer. With this regeneration, the filter chamber can be turned back on, the filtration pressure and the quality of the purified liquid can be monitored. According to the technical conditions, it is necessary to calculate the minimum power N _min and the maximum frequency f _{max of the} infrasound vibrator for the effective operation of the device according to the formulas:

f_max=(S_ф·ρ·g):(η·Π),f _max = (S _f · ρ · g) :( η · Π),

N_min=(ΔVв²·ρ²·g²)/(η·Π),N _min = (ΔVin ² · ρ ² · g ² ) / (η · Π),

где ρ - плотность осадка; g - ускорение силы тяжести; η - динамическая вязкость осадка; Π - длина периметра осадка; S_ф - площадь фильтрующего материала; ΔVв - объем вибратора.where ρ is the sediment density; g is the acceleration of gravity; η is the dynamic viscosity of the precipitate; Π is the length of the perimeter of the sediment; S _f - the area of the filter material; ΔVв - the volume of the vibrator.

Данное устройство представляет фильтр - систему с двумя, тремя, четырьмя и т.д. фильтрующими камерами обвязанных трубопроводами связи, заслонками в различных вариантах: последовательно, параллельно и в смешанных вариантах. Это дает возможность производить регенерацию без остановки устройства в целом. Одна фильтрующая камера в работе - частный вариант из двухкамерной, трехкамерной, четырехкамерной и т.д. системы. Давление фильтрации можно создавать за счет гидравлического перепада или за счет работы насосов на заданную производительность. Вертикальное расположение фильтрующих камер в системе более рациональное, чем горизонтальное по нескольким причинам: экономятся производственные площади, используется гидростатическое давление очищаемой жидкости от верхних фильтрующих камер. При очень плотных фильтрующих материалах гидростатическое давление может быть недостаточным, чтобы достичь нужной производительности устройства. В этом случае используем насосы на необходимую производительность и давление. В таком случае возможно горизонтальное или смешанное расположения фильтрующих камер, например, при больших их фильтрующих площадях и использовании насосов для подачи жидкости на большую производительность.This device is a filter - a system with two, three, four, etc. filtering chambers tied up by communication pipelines, shutters in various versions: in series, in parallel and in mixed versions. This makes it possible to perform regeneration without stopping the device as a whole. One filter chamber in operation - a private version of a two-chamber, three-chamber, four-chamber, etc. system. Filtration pressure can be created due to the hydraulic differential or due to the operation of the pumps at a given capacity. The vertical arrangement of the filter chambers in the system is more rational than the horizontal for several reasons: production areas are saved, the hydrostatic pressure of the liquid being cleaned from the upper filter chambers is used. With very dense filter media, the hydrostatic pressure may not be sufficient to achieve the desired device performance. In this case, we use pumps for the required performance and pressure. In this case, a horizontal or mixed arrangement of the filter chambers is possible, for example, with their large filter areas and the use of pumps to supply liquid for greater productivity.

Данное изобретение позволяет существенно улучшить технологические характеристики промышленной фильтрации. Исследования по фильтрации на воде показали возможность увеличения скорости фильтрации от 6 м/час до 100 м/час и более, эффективность очистки от нефтепродуктов от 0,5 мг/л до 0,05мг/л и менее, с максимальным возможным увеличением давлением фильтрации от 0,7 м до 20 м водяного столба и более. Существенно улучшается гидравлический режим процесса фильтрации, ликвидирован "пристеночный эффекта", на производственных испытаниях решены проблемы механической прочности самого фильтрующего материалу и найдены условия регенерации от фильтрующего осадка. Улучшенные изобретением технологические характеристики промышленных фильтров, которые позволят на более качественном уровне решать проблемы охраны водных экосистем, прикладные производственные задачи очистки жидкостей от дисперсных примесей. Улучшенные технические характеристики промышленных фильтров улучшат экономические характеристики: позволят существенно уменьшить капитальные затраты на строительство очистных сооружений, фильтрующих устройств, уменьшат и их эксплуатационные расходы.This invention allows to significantly improve the technological characteristics of industrial filtration. Studies on water filtration have shown the possibility of increasing the filtration rate from 6 m / h to 100 m / h or more, the efficiency of oil purification from 0.5 mg / l to 0.05 mg / l or less, with the maximum possible increase in filtration pressure from 0.7 m to 20 m water column or more. The hydraulic mode of the filtration process is significantly improved, the “near-wall effect” is eliminated, the problems of the mechanical strength of the filter material itself were solved during production tests, and the regeneration conditions from the filter cake were found. The technological characteristics of industrial filters improved by the invention, which will make it possible to solve the problems of protecting aquatic ecosystems at a higher level, as well as applied production tasks of cleaning liquids from dispersed impurities. Improved technical characteristics of industrial filters will improve economic characteristics: they will significantly reduce capital costs for the construction of treatment facilities, filtering devices, and their operating costs will also be reduced.

Claims

1. A device for cleaning liquids, containing installed at a distance above each other chambers open on top with layers of filter material, pipelines with water locks, nozzles, inlet and outlet, while the nozzle inlets are located under the layers of filter material, characterized in that the chambers are divided into filter elements with multilayer filtering materials containing multisection frames tightly around the perimeter, and each chamber is equipped with at least less for efficient operation in the regeneration mode d least one vibrator with parameters that are determined by the formulas:
f _max = (S _f · ρ · g) :( η · П),
N _min = (ΔVin ² · ρ ² · g ² ) / (η · П),
where f _max - the maximum frequency of the vibrator; N _min - the minimum power of the vibrator; ρ is the sediment density; g is the acceleration of gravity; η is the dynamic viscosity of the precipitate; P is the length of the perimeter of the sediment; S _f - the area of the filter material; ΔVв - the volume of the vibrator and the emitter to the ultrasonic frequency for disinfection of the exposure power of at least 2 W / cm ² .

2. The device according to claim 1, characterized in that filter materials are installed in the filter chambers according to TU U 311321-16512587.001-2000.

3. The device according to claim 1, characterized in that various multilayer filtering materials are used, separated by intermediate frames with a thickness ranging from 0.005 to 0.04 m.

4. The device according to p. 1, characterized in that the filter material consists of one to ten filter plastics, differing in pore size and thickness.

5. The device according to p. 1, characterized in that the thickness of the layer of purified liquid above any layer of filter material is at least 0.01 m