ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2310496

НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР

НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР

Имя изобретателя: Дзюбо Владимир Васильевич (RU); Алферова Лариса Ивановна (RU) 
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") (RU)
Адрес для переписки: 634003, г.Томск-3, пл. Соляная, 2, ТГАСУ, патентный отдел
Дата начала действия патента: 2006.05.30 

Изобретение предназначено для очистки природных и сточных вод фильтрованием от коллоидных, нерастворенных взвешенных органических и минеральных веществ. Внутри корпуса фильтра с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга установлены цилиндроконические обечайки. В центре обечаек имеется цилиндрическая перфорированная труба. Она выполнена телескопической разъемной, ее верхний конец закреплен на конической части верхней обечайки и через центральное отверстие в обечайке и сильфон соединен с узлом подвода исходной воды и отвода промывной воды. Нижний конец перфорированной трубы жестко закреплен на конусной части нижней обечайки. Фильтрующая загрузка с плотностью меньше плотности воды расположена между перфорированной трубой и боковыми цилиндрическими поверхностями, выполненными тоже перфорированными. Применение предлагаемой конструкции напорного фильтра 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.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Во время промывки поджатие фильтрующего материала ослабляется или снимается полностью и он находится в свободном состоянии, что способствует более качественной его отмывке.

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.

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.

продольный разрез напорного фильтра разрез цилиндроконических обечаек

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез напорного фильтра, а на фиг.2 - разрез цилиндроконических обечаек.

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.

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.

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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. 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, отличающийся тем, что он снабжен верхней и нижней цилиндроконическими обечайками, подвижными в вертикальном направлении относительно друг друга, установленными внутри корпуса соосно друг с другом и образующими между собой внутреннюю полость, при этом цилиндрическая часть обеих обечаек выполнена перфорированной, коническая часть нижней обечайки - глухой, а верхней - с центральный 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.

2. Напорный фильтр по п.1, отличающийся тем, что в качестве фильтрующей загрузки использован гранулированный пенополистирол.

Версия для печати


вверх