RU2674207C1

RU2674207C1 - Device of water purification from weighted impurities

Info

Publication number: RU2674207C1
Application number: RU2018100848A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Булыжёв
Original assignee: Евгений Михайлович Булыжёв
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-12-05

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention can be used in chemical industry and water treatment. Device for cleaning water from suspended impurities includes body 1 with conical bottom 2 and spherical lid 3. Tube plate 4 is installed between the lid and the body, on which filter elements in the form of perforated tubes 5 are arranged vertically in radial six-beam symmetry; conical plates are installed along the entire length of them. On the conical surfaces of the plates filter powder in a continuous volume is placed, which completely covers the perforated tube. Vertical tubes 11 are mounted in the bottom, connected through collector 10 with a pipeline for supplying polluted water 9 and located opposite to perforated tubes 5. Pipeline is installed in the lid to remove purified water 8 and a pipeline to remove spent micropowder 12.

EFFECT: invention provides improved performance of water purification process in single devices.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области очистки воды, технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов от содержащихся в них взвешенных примесей и может быть использовано на станциях водоподготовки и промышленных производствах.The invention relates to the field of water purification, process fluids, cutting fluids, washing solutions of suspended impurities contained in them and can be used at water treatment plants and industrial plants.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является устройство очистки воды от взвешенных примесей (Копылов А.С., Верховский Е.И. Спецводоочистка на атомных электростанциях: учебн. пособие для СПТУ. - М.: Высшая школа, 1988. - С. 141-144), состоящее из цилиндрического корпуса, сферической крышки, конического днища, размещенной между крышкой и корпусом трубной доски, на которой вертикально расположены перфорированные трубки с формирующимся из микропорошка фильтрующим слоем покрытия, трубопровода для подвода загрязненной воды, трубопровода для удаления отработанного микропорошка, трубопровода для выхода очищенной воды, размещенного в крышке, принятое за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed device for the totality of signs is a device for purifying water from suspended impurities (Kopylov A.S., Verkhovsky E.I. Special water treatment at nuclear power plants: a training manual for SPTU. - M.: Higher School, 1988 . - S. 141-144), consisting of a cylindrical body, a spherical cover, a conical bottom located between the cover and the tube plate body, on which perforated tubes are vertically arranged with a filter coating layer formed from micropowder, tube water for supplying polluted water conduit for waste removal micropowder, pipelines for output of treated water, placed in the cover, taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.The reasons that impede the achievement of the following technical result when using a known device adopted for the prototype include the following.

В известном устройстве конструкция фильтрующих элементов, выполненных в виде вертикально расположенных перфорированных трубок, не позволяет сформировать на их поверхности фильтрующий слой, имеющий толщину, достаточную для эффективной очистки воды от взвешенных примесей. Здесь толщина фильтрующего слоя ограничена количеством микропорошка, удерживаемого на покрытии перфорированных трубок силами трения. Намытый слой имеет небольшую толщину (как правило, 1-3 мм), что ограничивает шламоемкость намывного слоя, определяющую длительность процесса фильтрования до очередной регенерации фильтра, т.е. длительность его рабочего цикла. В результате этого увеличиваются затраты времени на более частую регенерацию и уменьшается доля времени на осуществление самого процесса фильтрования, что приводит к уменьшению выпуска фильтрата и производительности процесса очистки. Кроме того, тонкий фильтрующий слой быстро загрязняется, из-за чего быстро снижается производительность очистки. Увеличение толщины намывного фильтрующего слоя может привести к его спонтанному разрушению, а следовательно, к экстренному прекращению процесса фильтрования.In the known device, the design of the filter elements, made in the form of vertically arranged perforated tubes, does not allow to form a filter layer on their surface having a thickness sufficient for effective purification of water from suspended impurities. Here, the thickness of the filter layer is limited by the amount of micropowder held by the friction forces on the coating of the perforated tubes. The washed layer has a small thickness (usually 1-3 mm), which limits the sludge capacity of the wash layer, which determines the duration of the filtering process until the next regeneration of the filter, i.e. the duration of its duty cycle. As a result of this, the time required for more frequent regeneration increases and the fraction of the time for the implementation of the filtration process itself decreases, which leads to a decrease in the filtrate output and the cleaning process productivity. In addition, the thin filter layer is quickly contaminated, which quickly reduces cleaning performance. An increase in the thickness of the alluvial filter layer can lead to its spontaneous destruction, and, consequently, to an emergency termination of the filtering process.

Сущность изобретения заключается в следующем. Наблюдающаяся в последнее время тенденция к увеличению расходов в единичных аппаратах при обороте технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов и воды, потребляемых на промышленных производствах и станциях водоподготовки, при одновременном ужесточении требований к их чистоте приводит к необходимости интенсификации и повышения качества их очистки от содержащихся в них взвешенных примесей. Одним из путей решения данной проблемы является повышение производительности процесса очистки.The invention consists in the following. The recent tendency to increase costs in single devices during the circulation of process fluids, cutting fluids, washing solutions and water consumed in industrial plants and water treatment plants, while at the same time tightening their purity requirements, leads to the need to intensify and improve the quality of their cleaning from suspended impurities contained in them. One way to solve this problem is to increase the performance of the cleaning process.

Техническая результат предлагаемого изобретения заключается в повышении производительности процесса очистки в единичных аппаратах.The technical result of the invention is to increase the productivity of the cleaning process in a single device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемое устройство, как и прототип, состоит из цилиндрического корпуса, сферической крышки, конического днища, размещенной между крышкой и корпусом трубной доски, на которой вертикально расположены перфорированные трубки с формирующимся из микропорошка фильтрующим слоем покрытия, трубопровода для подвода загрязненной воды, трубопровода для удаления отработанного микропорошка, трубопровода для выхода очищенной воды, размещенного в крышке,. Особенность устройства заключается в том, что перфорированные трубки расположены на трубной доске в радиальной шестилучевой симметрии таким образом, чтобы расстояние между соседними трубками было одинаковым, по всей длине перфорированных трубок установлены конические тарелки, фильтрующий микропорошок размещен на конических поверхностях тарелок в сплошном объеме, полностью закрывающем перфорированные трубки с покрытием, трубопровод для подвода загрязненной воды соединен с коллектором, в котором смонтированы вертикальные трубки, проходящие через коническое днище и расположенные оппозитно перфорированным трубкам.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that the claimed device, like the prototype, consists of a cylindrical body, a spherical cover, a conical bottom located between the cover and the tube plate body, on which perforated tubes with a filtering coating layer formed from micropowder are vertically arranged, a pipeline for supplying contaminated water, a pipeline for removing spent micropowder, a pipeline for exiting purified water located in the lid. A feature of the device is that the perforated tubes are located on the tube board in radial six-beam symmetry so that the distance between adjacent tubes is the same, conical plates are installed along the entire length of the perforated tubes, the micropowder is placed on the conical surfaces of the plates in a continuous volume that completely covers coated perforated tubes, a pipeline for supplying contaminated water is connected to a collector in which vertical tubes are mounted, etc. going through a conical bottom and located opposite to perforated tubes.

Расположение на трубной доске перфорированных трубок в радиальной шестилучевой симметрии позволит разместить в корпусе устройства большее количество перфорированных трубок, так как данный вид симметрии реализует самую плотную упаковку из всех возможных вариантов симметрии. В свою очередь, увеличение количества перфорированных трубок приведет к росту площади фильтрации, а значит, и к повышению производительности процесса очистки.The location on the tube plate of perforated tubes in radial six-beam symmetry will allow placing a larger number of perforated tubes in the device case, since this type of symmetry implements the densest packaging of all possible symmetry options. In turn, an increase in the number of perforated tubes will lead to an increase in the filtration area, and hence to an increase in the productivity of the cleaning process.

При этом, если расстояние между соседними трубками сделать одинаковым, то это позволит выровнить производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса устройства, и следовательно, повысить суммарную производительность процесса очистки.At the same time, if the distance between adjacent tubes is made the same, this will make it possible to equalize the cleaning performance of individual perforated tubes throughout the cross section of the device’s body, and therefore, to increase the overall productivity of the cleaning process.

Установка по всей длине перфорированных трубок конических тарелок позволит существенно увеличить толщину намываемого слоя микропорошка и исключить его спонтанное разрушение (в связи с разделением намываемого слоя по высоте трубок на отдельные слои коническими поверхностями тарелок), а следовательно, и не запланированное прекращение процесса фильтрации, что приведет к повышению надежности и производительности процесса очистки.The installation along the entire length of the perforated tubes of the conical plates will significantly increase the thickness of the walled layer of micropowder and prevent its spontaneous destruction (due to the separation of the washable layer along the height of the tubes into separate layers by the conical surfaces of the plates), and, therefore, the planned termination of the filtration process, which will result to increase the reliability and productivity of the cleaning process.

Размещение фильтрующего микропорошка на конических поверхностях тарелок в сплошном объеме, полностью покрывающем перфорированные трубки с покрытием, также позволит существенно увеличить толщину фильтрующего слоя, формируемого на покрытии перфорированных трубок. А значит, повысится степень очистки воды от взвешенных примесей. Кроме того, возрастет шламоемкость фильтрующего слоя микропорошка, увеличится длительность цикла фильтрации, сократятся затраты времени на регенерацию микропорошка, что приведет к повышению производительности процесса очистки.Placing the filter micropowder on the conical surfaces of the plates in a continuous volume that completely covers the coated perforated tubes will also significantly increase the thickness of the filter layer formed on the coating of the perforated tubes. So, the degree of water purification from suspended impurities will increase. In addition, the sludge capacity of the filtering layer of micropowder will increase, the duration of the filtration cycle will increase, the time spent on regeneration of micropowder will be reduced, which will lead to an increase in the productivity of the cleaning process.

Соединение трубопровода для подвода загрязненной воды с коллектором позволит выровнить давление в вертикальных трубках, смонтированных на коллекторе и проходящих через коническое днище устройства. В тоже время расположение вертикальных трубок оппозитно перфорированным трубкам позволить обеспечить равномерную подачу загрязненной воды к каждой из перфорированных трубок. В результате выровнится производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса устройства, и следовательно, повысится суммарная производительность процесса очистки.The connection of the pipeline for supplying contaminated water to the collector will equalize the pressure in the vertical pipes mounted on the manifold and passing through the conical bottom of the device. At the same time, the location of the vertical tubes opposite to the perforated tubes allows to ensure a uniform supply of contaminated water to each of the perforated tubes. As a result, the cleaning performance of individual perforated tubes will be aligned over the entire cross section of the device body, and therefore, the overall performance of the cleaning process will increase.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства очистки воды от взвешенных примесей, на фиг. 2 - сечение А-А корпуса устройства на фиг. 1, на фиг 3 - увеличенное изображение фрагмента перфорированной трубки с коническими тарелками.In FIG. 1 shows a general view of a device for purifying water from suspended impurities, FIG. 2 is a section AA of the device body of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged image of a fragment of a perforated tube with conical plates.

Устройство включает цилиндрический корпус 1, коническое днище 2 и крышку 3 сферической формы. Между крышкой 3 и цилиндрическим корпусом 1 установлена трубная доска 4, на которой в радиальной шестилучевой симметрии вертикально расположены на одинаковом расстоянии друг относительно друга фильтровальные элементы в виде перфорированных трубок 5. По всей длине перфорированных трубок 5 установлены конические тарелки 6. На конических поверхностях тарелок 6 размещен фильтровальный порошок 7 в сплошном объеме, который полностью закрывает перфорированные трубки 5, формируя фильтрующий слой. Причем для образования на конических поверхностях сплошного фильтрующего слоя, без свищей, угол конуса у тарелок 6 должен совпадать с углом естественного откоса фильтровального порошка в очищаемой жидкости. В качестве фильтровального микропорошка 7, например, может быть использован кварцевый микропесок со средним размером частиц 100 мкм. Для отвода фильтрата в крышку 3 вмонтирован трубопровод 8 для выхода очищенной воды. Трубопровод 9 для подачи загрязненной воды соединен с коллектором 10. На коллекторе 10 смонтированы вертикальные трубки 11, которые проходят через коническое днище 2 и располагаются в корпусе 1 оппозитно перфорированным трубкам 5. Для удаления суспензии из отработанного микропорошка в крышку 3 вмонтирован трубопровод 12. В крышку 3 также вмонтирован трубопровод 13, предназначенный для подачи промывочной воды в верхнюю часть устройства. Для подачи промывочной воды в нижнюю часть фильтра используют трубопровод 14, вмонтированный в корпус 1. Для подачи сжатого воздуха используют трубопроводы 15 и 16, вмонтированные соответственно в крышку 3 и корпус 1. Для сброса сжатого воздуха в корпус 1 вмонтирован трубопровод 17. Для подачи промывочной воды в коллектор 10 вмонтированы трубопроводы 18 и 19. Для слива остатков воды и суспензии в коническое днище 2 вмонтирован трубопровод 20.The device includes a cylindrical body 1, a conical bottom 2 and a cover 3 of a spherical shape. Between the lid 3 and the cylindrical body 1, a tube plate 4 is installed, on which filter elements in the form of perforated tubes 5 are vertically arranged at the same distance from each other in radial six-beam symmetry. Conical plates 6 are installed along the entire length of the perforated tubes 5. On the conical surfaces of the plates 6 placed filter powder 7 in a continuous volume, which completely covers the perforated tube 5, forming a filter layer. Moreover, for the formation of a continuous filter layer on conical surfaces, without fistulas, the cone angle at the plates 6 should coincide with the angle of repose of the filter powder in the liquid to be cleaned. As a filter micropowder 7, for example, a quartz microsand with an average particle size of 100 μm can be used. To drain the filtrate into the cover 3, a pipe 8 is mounted for the outlet of purified water. The pipeline 9 for supplying contaminated water is connected to the collector 10. Vertical pipes 11 are mounted on the collector 10, which pass through the conical bottom 2 and are located in the housing 1 opposite to the perforated tubes 5. To remove the suspension from the spent micropowder, the pipe 12 is mounted in the cover 3. The pipe 12 is mounted in the cover 3, a conduit 13 is also mounted for supplying flushing water to the upper part of the device. To supply flushing water to the lower part of the filter, a pipe 14 mounted in the housing 1 is used. For supplying compressed air, pipes 15 and 16 are used, mounted respectively in the cover 3 and the housing 1. To discharge the compressed air in the housing 1, a pipe 17 is mounted. For supplying the washing water pipelines 18 and 19 are mounted in the collector 10 of water. To drain the remaining water and slurry into the conical bottom 2, the piping 20 is mounted.

Представленное устройство позволяет осуществить очистку воды от взвешенных примесей следующим образом.The presented device allows the purification of water from suspended impurities as follows.

Стадия фильтрования. Через трубопровод 9 под напором 0,2-1,5 Бар подают подлежащую очистке воду, которая, пройдя через коллектор 10 и вертикальные трубки 11, поступает к перфорированным трубкам 5. Так как вертикальные трубки 11 расположены оппозитно перфорированным трубкам 5, то загрязненная вода будет равномерно подаваться к каждой из перфорированных трубок 5. В результате выровнится производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса 1 устройства, и следовательно, повысится суммарная производительность процесса очистки.Filtering stage. The water to be treated is fed through the pipeline 9 under a pressure of 0.2-1.5 Bar, which, passing through the collector 10 and the vertical tubes 11, enters the perforated tubes 5. Since the vertical tubes 11 are located opposite the perforated tubes 5, the contaminated water will be evenly fed to each of the perforated tubes 5. As a result, the cleaning performance of individual perforated tubes will be aligned over the entire cross section of the device body 1, and therefore, the overall performance of the cleaning process will increase.

Кроме того, размещение перфорированных трубок 5 на трубной доске 4 в радиальной шестилучевой симметрии позволит разместить в корпусе 1 разместится большее количество перфорированных трубок, что приведет к росту площади фильтрации, а значит, и к повышению производительности процесса очистки.In addition, the placement of the perforated tubes 5 on the tube plate 4 in radial six-beam symmetry will allow placing more perforated tubes in the housing 1, which will lead to an increase in the filtration area, and hence to an increase in the productivity of the cleaning process.

Далее загрязненная вода проходит через фильтрующие слои загрузки 7, размещенные на конических поверхностях тарелок 6, поступает в полость перфорированных трубок 5 и далее через трубопровод 8 для очищенной воды отводится, например, в специальную емкость или на дополнительные ступени очистки, например, на ультрафильтрацию.Next, the contaminated water passes through the filter layers of the load 7, placed on the conical surfaces of the plates 6, enters the cavity of the perforated tubes 5, and then through the pipe 8 for purified water is discharged, for example, into a special container or to additional cleaning stages, for example, ultrafiltration.

Благодаря установке тарелок 6 по всей длине перфорированных трубок 5 и размещению на конических поверхностях тарелок 6 фильтровального микропорошка 7 в сплошном объеме, который полностью закрывает перфорированные трубки 5 процесс фильтрации осуществляется посредством всего объема микропорошка 7. Это обеспечивает одновременно и большую производительность, и тонкую очистку воды. Фильтрование загрязненной воды через сплошной объемный фильтрующий слой позволяет существенно повысить шламоемкость фильтрующего слоя и, соответственно, увеличить длительность цикла фильтрации и сократить затраты времени на регенерацию микропорошка. Это также является показателем повышения стабильности и производительности процесса очистки.Due to the installation of plates 6 along the entire length of the perforated tubes 5 and the placement of filter micropowder 7 in a continuous volume on the conical surfaces of the plates 6, which completely covers the perforated tubes 5, the filtration process is carried out through the entire volume of the micropowder 7. This provides both great performance and fine water purification . Filtration of contaminated water through a continuous volumetric filter layer can significantly increase the sludge capacity of the filter layer and, accordingly, increase the duration of the filtration cycle and reduce the time spent on regeneration of micropowder. It is also an indicator of increased stability and productivity of the cleaning process.

По мере движения воды ее механические примеси выделяются и адсорбируются на поверхности зерен микропорошка 7.As the water moves, its mechanical impurities are released and adsorbed on the surface of the grains of micropowder 7.

Стадия регенерации начинается по завершению стадии фильтрования. Отвод очищенной воды прекращают. Для осуществления регенерации производят размывку загрязненного фильтровального микропорошка 7 и переводят весь объем загрузки в состояние взвеси. Для этого по трубопроводам 13 и 14 подают промывочную воду, что приводит к интенсивному размыванию и взвешиванию этого микропорошка с находящимися в нем частицами примесей, и смесь воды со взвешенными примесями отводят через трубопровод 12. Затем подачу промывочной среды прекращают. Для окончательной очистки поверхности конических тарелок 6 от загрязненного микропорошка 7 в корпусе 1 создают избыточное давление, подавая сжатый воздух через трубопроводы 15 и 16. Затем избыточное давление резко сбрасывают с помощью клапана, выпуская сжатый воздух через трубопровод 17. В результате происходит гидравлический удар (шок) и отработанный микропорошок 7 вместе с водой удаляется из корпуса 1 через трубопровод 12.The regeneration step begins upon completion of the filtration step. The removal of purified water is stopped. To carry out regeneration, the contaminated filter micropowder 7 is washed out and the entire volume of the load is transferred to the suspension state. To do this, rinse water is supplied through pipelines 13 and 14, which leads to intensive erosion and weighing of this micropowder with impurity particles contained in it, and the mixture of water with suspended impurities is discharged through line 12. Then, the supply of the flushing medium is stopped. For the final cleaning of the surface of the conical plates 6 from the contaminated micropowder 7, excess pressure is created in the housing 1 by supplying compressed air through pipelines 15 and 16. Then, the excess pressure is abruptly released by means of a valve, releasing compressed air through pipeline 17. As a result, a hydraulic shock occurs (shock ) and the spent micropowder 7 together with water is removed from the housing 1 through the pipe 12.

После удаления отработанного микропорошка с частицами загрязнений начинают формировать новый слой фильтрующей загрузки. Для этого через трубопровод 9 в корпус 1 подают дисперсную пульпу с загрузкой. После паузы, необходимой для формирования на конических поверхностях тарелок 6 фильтровального микропорошка 7 в сплошном объеме, полностью закрывающем перфорированные трубки 7, подачу пульпы прекращают, через трубопроводы 18 и 19 подают промывочную воду для очистки коллектора 10 от остатков пульпы. После очистки коллектора 10 подачу промывочной воды прекращают и возобновляют процесс фильтрования.After removal of the spent micropowder with particles of contaminants, a new layer of the filter load begins to form. To do this, through the pipe 9 into the housing 1 serves a dispersed pulp with a load. After the pause required for the formation of filter micropowder 7 on the conical surfaces of the plates 6 in a continuous volume that completely covers the perforated tubes 7, the pulp supply is stopped, rinse water is supplied through pipelines 18 and 19 to clean the collector 10 of pulp residues. After cleaning the collector 10, the flow of wash water is stopped and the filtering process is resumed.

Claims

A device for purifying water from suspended impurities, consisting of a cylindrical body, a spherical cap, a conical bottom located between the cap and the tube plate body, on which perforated tubes are vertically arranged with a filter coating layer formed from micropowder, a pipeline for supplying contaminated water, a pipeline for removing waste micropowder, piping for the outlet of purified water placed in the lid, characterized in that the perforated tubes are located on the tube plate in the six-beam symmetry so that the distance between adjacent tubes is the same, conical plates are installed along the entire length of the perforated tubes, the micropowder is placed on the conical surfaces of the plates in a continuous volume that completely covers the coated perforated tubes, the pipeline for supplying contaminated water is connected to the collector, in which mounted vertical tubes passing through the conical bottom and located opposite the perforated tubes.