EA025564B1

EA025564B1 - Способ очистки фильтрующего элемента и фильтрующего устройства

Info

Publication number: EA025564B1
Application number: EA201270674A
Authority: EA
Inventors: Ян Тополь
Original assignee: Ян Тополь
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2017-01-30
Also published as: EA201270674A1; CZ2011468A3; EP2554230A1; PL2554230T3; HRP20151223T1; ES2553389T3; UA111938C2; EP2554230B1

Abstract

Изобретение предлагает способ очистки фильтрующего элемента гравитационно-песчаного фильтра и фильтрующего устройства. Фильтрующий элемент установлен на разделителе, под который подается сжатый воздух, который проникает сквозь отверстия в разделители в фильтрующий элемент и, продвигаясь к его поверхности, высвобождает накопленный ил в воду над фильтрующим элементом. Сжатый воздух, подведенный под разделитель, вытесняет отфильтрованную воду из емкости, расположенной под разделителем, в емкость отфильтрованной воды. Время, необходимое для начального разрушения ила в фильтрующем элементе и дальнейшего падения давления под разделителем фильтра, меньше, чем время, необходимое для вытеснения такого объема воды из емкости под разделителем, при котором может произойти утечка воздуха из пространства разделителя в емкость отфильтрованной воды. Фильтрующее устройство включает емкость фильтра с проницаемым для воды разделителем, фильтрующий элемент, установленный на разделитель, сточную трубку, ведущую из пространства под разделителем в емкость насоса отфильтрованной воды, насос отфильтрованной воды и емкость насоса мутной воды, насос для мутной воды и устройство подачи сжатого воздуха, направленного под разделитель. Сточная трубка имеет вход у дна емкости песчаного фильтра и выход в емкость отфильтрованной воды на уровне значения минимального уровня воды в емкости песчаного фильтра. Приток мутной воды в емкость мутной воды установлен над поверхностью фильтрующего элемента и под минимальным уровнем воды в емкости песчаного фильтра. Сточная трубка имеет большую пропускную способность, чем предполагаемый поток

Description

Изобретение касается способа биологической очистки сточных вод с помощью очистительных установок сточных вод домашнего типа, а именно третичного очищения, которое выполняет функцию предотвращения распространения веществ на выходе из очистительной установки, тем самым повышая качество очищенной воды.

Современное состояние техники

В зависимости от величины очистительной установки, предполагаемого потока, проходящего через очистительную установку, а также требований к степени фильтрации, используются различные очистительные устройства. Известны три различные системы фильтрации: песчаная, гравитационная, а также напорный фильтр, кроме того, в текстильной фильтрации используются барабанные фильтры и мембранная фильтрация. Самой дорогой и качественной является мембранная фильтрация, которая подходит для очистительных установок всех размеров, такая фильтрация обеспечивает задерживание практически всех нерастворенных веществ, в том числе и бактерий. Данный способ является дорогостоящим в связи с производственными сложностями и необходимыми инвестициями, так что такой способ не всегда подходит для очистки сточных вод. Текстильная фильтрация, исходя из размеров машинного устройства, выгодна для очистительных станций мощностью выше 100 м³/день. Напорно-песчаная фильтрация может быть использована для различных очистительных установок, различного объема и типа эффективности фильтра. Для малых объёмов с мощностью примерно 3 м³/ч и выше используются стандартные бассейные устройства фильтрации. Несмотря на то что первоначальная стоимость является низкой, инсталляция представляет собой сложный процесс, в основе которого используется дорогой накопительный резервуар, также такие фильтры нуждаются в регулярном обслуживании. Существуют гравитационнопесчаные фильтры природного или водопроводного типа. Простота природных фильтров позволяет использовать их в работе очистительных установок малого объёма. Недостатками таких фильтров является то, что они занимают большое пространство, необходима поверхность примерно 5 м²/1 жителя, их цена и тот факт, что восстановление обратным очищением при загрязнении отходами невозможно. Гравитационно-водопроводные песчаные фильтры включают в себя емкость с водой и проницаемый разделитель, на котором лежит слой градуированного песка, как правило, зернистость такого песка составляет 1-3 мм. Вода попадает на поверхность песка, который постоянно находится под слоем воды. Вода проникает через слой песка, посредством этого происходит процесс фильтрации. Фильтр нуждается в очистке, которую производят или периодично, или в случае индикации снижения скорости потока. Очистка заключается в том, что в пространство разделителя поступает сжатый воздух и вода. Накопленный ил в слое песка, таким образом, освобождается и попадает в воду, находящуюся над слоем песка, с этой водой ил и выводится. Гравитационно-песчаный фильтр, который для своей работы использует электрический вентиль (клапан), манометр, датчики уровня, блок управления и т.д., для очистки сточных вод в малых очистительных системах практически не используется ввиду сложности управления таким фильтром.

Сущность изобретения

Вышеприведенные недостатки могут быть устранены способом, описанным в изобретении, а именно очищением фильтрующего элемента гравитационно-песчаного фильтра, в котором фильтрующий элемент установлен на разделителе, под который пускается сжатый воздух. Он проникает через отверстия разделителя к фильтрующему элементу и направляется к поверхности, высвобождая при этом мутность (осадок) в слой воды над фильтрующим элементом, который впоследствии выкачивается вместе с водой. Сущность изобретения состоит в том, что сжатый воздух, подведенный под разделитель, выталкивает отфильтрованную воду из ёмкости под разделителем в резервуар отфильтрованной воды, причем объём поступающего сжатого воздуха за единицу времени, выше, чем объем вытекающей воды, вытолкнутой в резервуар отфильтрованной воды. Время, необходимое для начального разрушения ила в фильтрующем элементе и последующего перепада давления под разделителем, должно быть меньше, чем время, необходимое для того, чтобы из емкости под разделителем было высвобождено такое количество воды, которое достаточно для того, чтобы это привело к попаданию воздуха в резервуар с отфильтрованной водой, что, в свою очередь, приведет к утечке воздуха из резервуара с отфильтрованной водой. Период, необходимый для выталкивания всего объема отфильтрованной воды из ёмкости под разделителем, дольше, чем период, за который поднимется уровень воды в резервуаре отфильтрованной воды на уровень, высший, чем текущий уровень воды над фильтрующим элементом в ёмкости фильтра. Объем пространства, занимаемого отфильтрованной водой под резервуаром, по меньшей мере, соответствует объему ёмкости отфильтрованной воды между уровнями минимального значения уровня и впускного отверстия 1 до ёмкости песчаного фильтра и преимущественно такой же большой, либо больше, чем весь резервуар отфильтрованной воды. Ёмкость отфильтрованной воды в своей наивысшей точке закрыта заграждением.

Фильтрующее устройство включает ёмкость фильтра с проницаемым для воды разделителем, фильтрующий элемент, установленный на разделителе с пространством для отфильтрованной воды под разделителем, направляемой сливной трубкой в ёмкость отфильтрованной воды, насос для отфильтрованной воды, ёмкость для мутной воды, насос для мутной воды и устройство подачи сжатого воздуха, ведущего к фильтрованной воде. Сливная трубка имеет преимущественно входное отверстие у дна ёмкости

- 1 025564 фильтра и слив в ёмкости профильтрованной воды на уровне минимального значения уровня воды в ёмкости фильтра. Приток мутной воды в ёмкость мутной воды размещен над поверхностью ёмкости фильтра и под минимальным значением уровня воды в ёмкости песчаного фильтра. Сливная трубка имеет больший поток, чем рассчитанный поток фильтрующего устройства, и меньший поток, чем поток поступающего сжатого газа. Отфильтрованные и мутные воды выкачиваются воздушными насосами.

Эффект от предлагаемого изобретением решения заключается в простоте конструкции, отсутствии необходимости в электрических или механических запорных клапанах, в результате чего достигается высокая надежность при очистке фильтрующей ёмкости при сравнительно низкой стоимости. Третичное очищение согласно настоящему изобретению можно применять и в самых маленьких очистительных установках, предназначенных для использования в домах, где до сегодняшнего дня было возможно применение только природно-песчаных фильтров либо дорогих и сложных в эксплуатации мембранных фильтров. Трехступенчатое очищение согласно изобретению составляет часть малых домашних очистительных установок. Использование такого очищения позволяет дешево очищать сточные воды, при этом сохранить качество очистки на уровне, необходимом для широкого применения данного изобретения в дальнейшем.

Перечень чертежей

На фиг. 1 изображен процесс фильтрации предварительно очищенных сточных вод. На фиг. 2 изображена очистка гравитационно-протекающего песчаного фильтра согласно изобретению.

Примеры реализации изобретения

Предварительно очищенные воды поступают через входное отверстие 1 в контейнер 3 песчаного фильтра до текущего значения уровня 2 воды. Значение уровня воды 2 по ходу фильтрации колеблется в зависимости от величины притока в ёмкость 3 песчаного фильтра и от степени загрязнения песка фильтрующего элемента 7 от уровня входного отверстия 1 до минимального фильтруемого уровня 4, который устанавливается уровнем входного отверстия 5 стоковой трубки 6 отфильтрованной воды в резервуар 12 отфильтрованной воды. Отфильтрованная вода просачивается через фильтрующий элемент 7, который может состоять из гидротехнического песка с зернистостью 1-4 мм, через пропускающий разделитель 8 в ёмкость 9 отфильтрованной воды, которая ограничена дном 10 ёмкостью 3 песчаного фильтра и разделителем 8, в то время как ил остается на верхнем слое фильтрующего элемента 7. Из емкости 9 отфильтрованной воды вода выталкивается гидростатическим давлением, созданным разницей уровней 2 и 4 в стоковую трубку 6. Стоковая трубка 6 имеет входное отверстие 11, расположенное вблизи дна 10 ёмкости 3 песчаного фильтра так, чтобы объём емкости 9 отфильтрованной воды над притоком 11 был как можно большим. Отфильтрованная вода вытекает из емкости 9 отфильтрованной воды через сливную трубку 6 в резервуар 12 отфильтрованной воды. Уровень 14 в резервуаре 12 отфильтрованной воды в зависимости от изменяющейся гидравлики песчаного фильтра изменяется над либо под минимальное значение уровня фильтрации 4, но всегда только до текущего значения уровня воды 2 в ёмкости 3 песчаного фильтра. В течение фильтрации в фильтрующем элементе 7 накапливается ил и тем самым снижает его пропускную способность. Увеличивается и разница уровней воды между текущим значением уровня воды 2 над фильтрующим элементом 7 и уровнем 14 в резервуаре 12 отфильтрованной воды. Поэтому впоследствии необходимо провести очистку фильтрующего элемента 7. Этот процесс называется дефекацией и проводится под контролем либо через установленные интервалы, либо в зависимости от технологического процесса биологического очищения в системах очищения.

Из-за того, что в установках очистки сточных вод скапливается сжатый воздух, производится возвратная очистка фильтрующего элемента 7 при помощи сжатого воздуха, который подаётся в ёмкость 9 отфильтрованной воды под разделителем 8. В начале обратного очищения, когда фильтрующий элемент 7 забит илом, необходимо повысить поступление сжатого воздуха под разделитель 8 для того, чтобы протолкнуть менее проницаемые слои песка и накопившегося ила.

Для того, чтобы в ёмкости 9 под разделителем 8 могло возникнуть и сохраняться на необходимый период достаточное давление, которое необходимо для равномерного проникания сжатого воздуха по всей области перфорированного разделителя 8 в слой фильтрующего элемента 7, необходимо предотвратить утечку воздуха через сточную трубку 6. Это достигается тем, что отфильтрованная вода втекает в стоковую трубку 6 у дна емкости 9 отфильтрованной воды, а сжатый воздух, наоборот, подается прямо под разделитель 8, где впоследствии создается воздушная пленка, которая постепенно выталкивает отфильтрованную воду из емкости 9 отфильтрованной воды в сточную трубку 6. Пропускная способность сточной трубки 6 ограничена калиброванным отверстием 24 так, чтобы освободить фильтрующий элемент 7 с накопленным илом быстрее, чем сжатый воздух вытолкнет сквозь стоковую трубку 6 весь объём воды из емкости 9 отфильтрованной воды. Пропускную способность стоковой трубки 6 можно отрегулировать, установив регулирующий кран. После того как освободится накопленный ил, давление в емкости 9 отфильтрованной воды снизится и весь сжатый воздух попадает через разделитель 8 в фильтрующий элемент 7, останавливается слив воды из емкости 9 отфильтрованной воды в емкость 12 отфильтрованной воды. В случае, если сопротивление накопленного ила в фильтрующем элементе 7 будет настолько большим, что приведет к выталкиванию всей воды, содержавшейся в емкости 9 отфильтрованной воды в емкость 12 отфильтрованной воды, будет необходимо, чтобы весь объём воды был достаточным для

- 2 025564 подъема уровня воды в емкости 12 отфильтрованной воды над значением уровня воды 2 в контейнере 3 песчаного фильтра. Это означает, что объем емкости 9 отфильтрованной воды минимально должен быть настолько вместительным, чтобы соответствовать объему емкости 12 отфильтрованной воды между уровнем минимального значения уровня 4 и входного отверстия 1 в емкость 3 песчаного фильтра и преимущественно равным по величине либо большим, чем объём емкости 12 отфильтрованной воды. Таким образом, гидростатическое давление водяного столба в емкости 12 отфильтрованной воды, предотвращает утечку воды, а впоследствии и сжатого воздуха из емкости 9 отфильтрованной воды посредством сточной трубки 6, а также в случае выталкивания всего объема воды из емкости 9 отфильтрованной воды. Следовательно для того, чтобы процесс проветривания фильтрующего элемента 7 не был приостановлен, и чтобы не допустить ослабления песчинок 7 быстрее, чем воздушный слой 16 попадет в сливную трубку 6, необходимо, чтобы отфильтрованная вода, выталкиваемая из емкости 9 в емкость 12 отфильтрованной воды достигла безопасного уровня 23, который должен быть в течении и в конце очистки всегда выше, чем актуальное значение уровня воды 2 в емкости 3 песчаного фильтра. Закрытие верхней части емкости 12 отфильтрованной воды, закрытием 17, позволяет выиграть дополнительное время для пробивания мутного фильтрованного элемента 7. При закрытии верхней части емкости 12 происходит утечка сжатого воздуха через трубку воздушного насоса 13 отфильтрованной воды. В связи с этим процесс очищения от ила продолжается практически вплоть до выталкивания всего объёма отфильтрованной воды из емкости 12 посредством воздушного насоса 13 и до наполнения воздухом всей емкости 12 отфильтрованной воды.

Перед началом процесса очистки фильтрующего элемента 7 от ила приостанавливается процесс откачивания отфильтрованной воды насосом 13 отфильтрованной воды. Впускной механизм 15 сжатого воздуха пропускает сжатый воздух в емкость 9 отфильтрованной воды под разделитель 8, где воздух скапливается в непрерывный воздушный слой 16, который покрывает всю площадь под разделителем 8 и отверстием, либо через специальные форсунки разделителя 8 пузыри воздуха поступают в верхнюю часть фильтрующего элемента 7. Благодаря этому, обеспечивается перемещение частичек песка и освобождение ила, который накапливается на поверхности воды над поверхностью 18 фильтрующего элемента 7. Мутная вода вытекает через сливное отверстие 19, которое расположено на уровне между поверхностью 18 фильтрующего элемента 7 и минимальным значением уровня фильтрации 4, в емкость 20 мутной воды, в которой расположен насос 21. мутной воды. Мутная вода перекачивается обратно к входу очистительной установки. Насос 13 отфильтрованной воды и насос 21 мутной воды преимущественно являются воздушными насосами.

Claims

1. Фильтрующее устройство, содержащее ёмкость (3) песчаного фильтра с проницаемым для воды промежуточным дном (8), фильтрующим наполнением (7), расположенным на промежуточном дне (8), стоковую трубу (6), которая проходит из ёмкости отфильтрованной воды (9) в резервуар отфильтрованной воды (12), насос отфильтрованной воды (13) и устройство подачи сжатого воздуха (15), расположенное ниже уровня промежуточного дна, отличающееся тем, что нижний конец устройства (15) сжатого воздуха размещен под уровнем промежуточного дна (8); стоковая трубка (6) имеет входное отверстие (11) у дна (10) ёмкости (3) песчаного фильтра и отвод (5) в резервуар (12) отфильтрованной воды, расположенный на уровне значения минимального уровня фильтрации (4);

верхний конец отвода (5) стоковой трубки (6) имеет выбранный профиль или калиброванное отверстие (24) для ограничения расхода воды из ёмкости (9) отфильтрованной воды, выбранные так, чтобы расход в стоковой трубке (6) был меньше, чем расход сжатого воздуха подачи впускного механизма (15), при этом объем ёмкости (9) отфильтрованной воды установлен таким образом, чтобы, как минимум, соответствовать объему резервуара (12) отфильтрованной воды;

сливное отверстие (19) мутной воды в ёмкость (20) мутной воды расположено над поверхностью фильтрующего наполнения (7) и под минимальным уровнем фильтрации (4).

2. Фильтрующее устройство по п.1, отличающееся тем, что насос (13) отфильтрованной воды выполнен в виде воздушного насоса.

3. Способ очистки фильтрующего наполнения (7) фильтрующего устройства согласно пп.1 и 2, в котором подводят сжатый воздух через отверстие в промежуточном дне (8) в фильтрующее наполнение (7), освобождают загрязнения в слоях воды над фильтрующим наполнением (7) и откачивают загрязнения и воду, отличающийся тем, что сжатый воздух подводят под промежуточное дно (8) так, что вытесняют отфильтрованную воду из пространства под промежуточным дном в ёмкость фильтрованной воды, причем объем подводимого сжатого воздуха за единицу времени больше, чем объем вытекающей воды, вытесненной в резервуар (12) отфильтрованной воды, а всю воду вытесняют из пространства под промежуточным дном (8) так, чтобы уровень воды в резервуаре (12) отфильтрованной воды был выше, чем уровень воды в ёмкости песчаного фильтра.