RU72148U1

RU72148U1 - SAND FILTER

Info

Publication number: RU72148U1
Application number: RU2007144405/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Никулин (RU); Валерий Александрович Никулин; Валентин Лазаревич Подберезный (RU); Валентин Лазаревич Подберезный; Леон Игнатьевич Трофимов (RU); Леон Игнатьевич Трофимов; Валентин Иванович Аксенов (RU); Валентин Иванович Аксенов; Игорь Кузьмич Гурьянов (RU); Игорь Кузьмич Гурьянов; Сергей Станиславович Пецура (RU); Сергей Станиславович Пецура; Валерий Алексеевич Птухин (RU); Валерий Алексеевич Птухин; Фанис Рамилович Туктамышов (RU); Фанис Рамилович Туктамышов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Машпром" (ЗАО НПП "Машпром")
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2008-04-10

Abstract

1. Песочный фильтр, содержащий корпус, выполненный в виде цилиндрической емкости, установленной вертикально и включающей в средней части рабочий слой фильтрующего песка, установленную вертикально в корпусе подъемную трубу, оснащенную в нижней части газлифтным насосом, образованным камерой для газообразной среды, выполненной в виде трубы, охватывающей с зазором подъемную трубу и соединенной с патрубком ввода газообразной среды, и отверстиями в стенке нижней части подъемной трубы, сообщающими ее с камерой для газообразной среды, а в верхней части - отстойником, выполненным в виде двух цилиндрических аксиально расположенных перегородок, внутренняя из которых примыкает к наружной поверхности стенки подъемной или охватывающей ее трубы, а на поверхностях стенок этих перегородок, обращенных друг к другу, выполнены кольцевые выступы, образующие вертикально направленный извилистый канал, патрубок ввода загрязненной воды, сообщенный с распределителем, размещенным под фильтрующим слоем, патрубки для вывода фильтрата и промывной воды, расположенные в верхней части корпуса, отличающийся тем, что снабжен трубопроводом для подвода пара, оснащенным запорным и регулирующими клапанами и сообщенным с патрубком ввода газообразной среды.2. Песочный фильтр по п.1, отличающийся тем, что в стенке подъемной трубы дополнительно выполнены отверстия, разнесенные по высоте ее и сообщающиеся с камерой для газообразной среды.3. Песочный фильтр по п.1, отличающийся тем, что в стенку подъемной трубы врезаны паровые патрубки, сообщенные с трубопроводом подвода пара.4. Песочный фильтр по п.3, отличающийся тем, что паровые патрубки направ�1. A sand filter containing a housing made in the form of a cylindrical container, installed vertically and including a working layer of filter sand in the middle part, a lifting pipe installed vertically in the housing, equipped in the lower part with a gas-lift pump formed by a chamber for a gaseous medium made in the form of a pipe , covering the riser pipe with a gap and connected to the gaseous medium inlet branch pipe, and the holes in the wall of the lower part of the riser pipe, communicating it with the chamber for the gaseous medium, and in the upper part - a settler made in the form of two cylindrical axially arranged partitions, the inner one of which adjoins the outer surface of the wall of the lifting or enclosing pipe, and on the surfaces of the walls of these partitions facing each other, there are annular protrusions that form a vertically directed tortuous channel, a pipe for inlet of contaminated water communicated with a distributor placed under the filtering layer, pipes for the removal of the filtrate and wash water, located in the upper part of the housing, characterized in that it is equipped with a pipeline for supplying steam, equipped with shut-off and control valves and communicated with the inlet of a gaseous medium. 2. Sand filter according to claim 1, characterized in that holes are additionally made in the wall of the riser pipe, spaced along its height and communicating with the chamber for the gaseous medium. Sand filter according to claim 1, characterized in that steam nozzles connected with the steam supply pipeline are cut into the wall of the riser pipe. Sand filter according to claim 3, characterized in that the steam pipes are directed

Description

Полезная модель относится к технике фильтрации питьевой воды, сточных вод, содержащих взвешенные частицы, в химической промышленности, на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях, а также может быть использована в других отраслях техники, где требуется очистка воды от механических примесей.The utility model relates to the technique of filtering drinking water, wastewater containing suspended particles in the chemical industry, in oil producing and oil refining enterprises, and can also be used in other branches of technology where water purification from mechanical impurities is required.

Очистка воды от механических примесей фильтрацией через слой песка является наиболее простым, экономичным и достаточно эффективным процессом и поэтому широко используется в различных производствах.Purification of water from mechanical impurities by filtration through a layer of sand is the most simple, economical, and quite effective process and is therefore widely used in various industries.

Известен простой по конструкции песочный фильтр (см. книгу: Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. ГХИ, 1960, С.219. Рис.128), с корпусом, представляющим цилиндрический вертикально установленный резервуар, включающий в средней части рабочий слой фильтрующего песка. В центральной части резервуара размещена вертикально установленная подъемная труба, снабженная в нижней части струйным насосом, сопло которого направлено вверх. Под фильтрующим слоем песка расположен коллектор для сбора и вывода фильтрата. При работе загрязненная вода проходит слой песка сверху вниз. При этом основная масса загрязнений отлагается на песчинках верхних слоев фильтрующего слоя. Вследствие постепенного оседания (движения вниз) этого слоя максимально загрязненным становится весь фильтрующий слой песка. Загрязненный песок из нижней части корпуса аппарата увлекается струей воды струйного насоса и при движении вверх по трубе отмывается от частиц загрязнений, налипших на песчинки. Промывная вода удаляется из верхней части аппарата.A sand filter simple in design is known (see the book: Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. GHI, 1960, P.219. Fig. 128), with a casing representing a cylindrical vertically mounted tank, including a working one in the middle part layer of filtering sand. In the central part of the tank there is a vertically installed lifting pipe equipped with a jet pump in the lower part, the nozzle of which is directed upwards. A collector is located under the sand filtering bed for collecting and discharging the filtrate. During operation, contaminated water passes through a layer of sand from top to bottom. In this case, the bulk of contamination is deposited on the grains of sand of the upper layers of the filter layer. Due to the gradual subsidence (downward movement) of this layer, the entire filtering layer of sand becomes as polluted as possible. Contaminated sand from the lower part of the apparatus is carried away by a jet of water from the jet pump and, when moving up the pipe, it is washed away from particles of contaminants adhering to the grains of sand. Wash water is removed from the top of the apparatus.

Недостаток этого устройства обусловлен однонаправленным движением фильтрующего песка и фильтруемой воды, вследствие чего рабочий слой песка имеет повышенную загрязненность по всей толщине, повышенное гидравлическое сопротивление, а фильтр - малую производительность и эффективность работы. Другой недостаток рассматриваемого фильтра заключается в неэффективности промывки загрязненного песка в вертикальной подъемной трубе из-за довольно спокойного движения по ней потока песчаной суспензии, т.е. из-за незначительного турбулентного перемешивания, способствующего отделению частиц загрязнений от поверхности песчинок.The disadvantage of this device is due to the unidirectional movement of filter sand and filtered water, as a result of which the working sand layer has increased pollution throughout the thickness, increased hydraulic resistance, and the filter has low productivity and operating efficiency. Another disadvantage of the filter under consideration is the inefficiency of washing contaminated sand in a vertical riser pipe due to the rather quiet movement of the flow of sand suspension along it, i.e. due to slight turbulent mixing, contributing to the separation of particles of contaminants from the surface of the grains of sand.

Более эффективны другие известные способ фильтрации и фильтр для его осуществления, описания которых даны в статье: Dyna Sand-filter fur Wasser and Abwasser (Песчаный Dyna-фильтр для очистки природных и сточных вод), «Gas-Wasser-Abwasser». 1984. 64. №7. S.472-476.Other well-known filtration methods and filters for its implementation are more effective, the descriptions of which are given in the article: Dyna Sand-filter fur Wasser and Abwasser (Sandy Dyna filter for treating natural and waste waters), Gas-Wasser-Abwasser. 1984. 64. No. 7. S.472-476.

В этом известном фильтре процесс фильтрации осуществляется при противоточном движении фильтруемой жидкости, которая течет через фильтрующий слой песка снизу вверх и фильтрующего слоя песка, оседающего сверху вниз из-за постоянного удаления нижних слоев на промывку.In this known filter, the filtering process is carried out with countercurrent movement of the filtered fluid, which flows through the filtering sand layer from the bottom up and the filtering sand layer settling from top to bottom due to the constant removal of the lower layers for washing.

Рассматриваемый известный фильтр включает корпус - цилиндрический резервуар, установленный вертикально и вмещающий в средней части фильтрующий слой песка, вертикальную подъемную промывную трубу, размещенную в центральной части корпуса и оснащенную в нижней части газлифтным насосом, состоящим из камеры для газообразной среды, выполненной в виде трубы, охватывающей с зазором подъемную трубу и сообщающейся с патрубком ввода газообразной среды, и отверстий в нижней части подъемной трубы, сообщающих ее с камерой для газообразной среды. Вода, содержащая взвешенные частицы, поступает на фильтрацию через распределительную систему, расположенную под слоем фильтрующего песка, и проходит этот слой снизу вверх, постепенно освобождаясь от взвесей. Фильтрат отводится из верхней части аппарата. При таком взаимном движении фильтрующего песка и воды наиболее загрязняются слои песка в нижней части фильтрующего слоя. Эти слои сразу же непрерывно удаляются при помощи газлифтного насоса в нижнюю часть подъемной трубы. На выходе из насоса формируется песчаная суспензия, которая двигается вверх по подъемной трубе. В качестве среды инициирующей движение песочной суспензии и перемешивание ее для интенсификации процесса промывки песка используется воздух. Под действием подаваемого в насос воздуха в подъемной трубе происходит вихревое перемешивание песочной суспензии и промывка, более интенсивная, чем в ранее рассмотренном известном фильтре. При движении в подъемной трубе происходит только первая стадия промывки. Вторая, окончательная, стадия промывки отработанного песка осуществляется в кольцевом отстойнике, охватывающем верхний конец подъемной трубы, куда попадает песок после выхода из нее. Из выходящей суспензии песчинки оседают в верхнюю часть кольцевого отстойника, попадая в кольцевой канал, образованный стенками отстойника, и оседают в нем в небольшом встречном потоке фильтрата, выходящего вверх из фильтрующего слоя. Для интенсификации процесса промывки путем создания поперечного движения фильтрата, стенки кольцевого отстойника внутри имеют кольцевые выступы, создающие извилистый вертикально направленный канал.Considered a known filter includes a housing - a cylindrical tank mounted vertically and accommodating in the middle part a filter layer of sand, a vertical lifting washing pipe located in the Central part of the housing and equipped in the lower part with a gas lift pump consisting of a chamber for a gaseous medium, made in the form of a pipe, covering with a gap the lifting pipe and communicating with the inlet of the gaseous medium, and holes in the lower part of the lifting pipe, communicating with the chamber for the gaseous medium. Water containing suspended particles enters the filtration through a distribution system located under a layer of filtering sand, and passes this layer from the bottom up, gradually freeing up from the suspension. The filtrate is discharged from the top of the apparatus. With this mutual movement of filter sand and water, sand layers in the lower part of the filter layer are most polluted. These layers are immediately continuously removed by means of a gas lift pump into the lower part of the riser pipe. At the outlet of the pump, a sand suspension is formed, which moves up the lift pipe. Air is used as the medium initiating the movement of the sand suspension and its mixing to intensify the process of washing the sand. Under the action of the air supplied to the pump in the riser, vortex mixing of the sand slurry and rinsing are more intense than in the previously described known filter. When moving in a lift pipe, only the first flushing step occurs. The second, final, stage of washing the waste sand is carried out in an annular settler, covering the upper end of the riser pipe, where the sand gets after leaving it. From the outgoing suspension, grains of sand settle to the upper part of the annular settler, falling into the annular channel formed by the walls of the settler, and settle in it in a small oncoming stream of the filtrate emerging upward from the filter layer. To intensify the washing process by creating a transverse movement of the filtrate, the walls of the annular settler inside have annular protrusions that create a winding vertically directed channel.

Прошедшие через кольцевой отстойник частицы песка, очищенные от загрязнений, оседают далее вниз и образуют чистый верхний фильтрующий слой, постепенно оседающий вниз и заменяющий при этом загрязненные слои песка. Промывная вода, выходящая вверх из кольцевого отстойника и взвешенные в ней частицы загрязнений, отводятся из аппарата вместе с другими промывными водами. Таким образом, очистка воды, отмывка и регенерация фильтрующего слоя происходят одновременно, обеспечивая возможность непрерывной длительной работы аппарата. При этом подъемная труба выполняет еще одну важную функцию - подъем рециркулирующего регенерируемого песка из нижней части корпуса в верхнюю.Sand particles that have passed through the annular sump, cleaned of impurities, settle further down and form a clean upper filter layer, which gradually settles down and replaces the contaminated sand layers. Rinsing water coming up from the annular sump and particles of contaminants suspended in it are discharged from the apparatus along with other rinsing waters. Thus, water purification, washing and regeneration of the filter layer occur simultaneously, providing the possibility of continuous long-term operation of the apparatus. At the same time, the lifting pipe performs another important function - lifting the recirculating regenerated sand from the lower part of the casing to the upper.

По технической сущности и достигаемому положительному эффекту этот песочный фильтр наиболее близок к заявляемому техническому решению и поэтому принят в качестве прототипа.In terms of technical nature and the achieved positive effect, this sand filter is the closest to the claimed technical solution and therefore adopted as a prototype.

Недостаток прототипа состоит в том, что известный фильтр удовлетворительно работает только при фильтрации воды, содержащей механические загрязнения, которые образуют непрочные, легко смываемые осадки и налипания на песчинки фильтрующего слоя. В этом случае небольших воздействий, возникающих при перемешивании песчаной суспензии воздухом в подъемной трубе, достаточно для отделения этих частиц загрязнений от песчинок. В случае наличия в обрабатываемой воде загрязнений с повышенной адгезией, например, нефте-, масло-, смолосодержащих частиц такого воздействия недостаточно и для полной отмывки требуется повышенные механические воздействия при повышенных температурах обрабатываемой суспензии или применение специальных добавок, способствующих процессу отмывки. Работа известного фильтра в таких условиях становится неэффективной из-за быстрого загрязнения фильтрующего слоя и требуются периодические остановки фильтра для извлечения загрязненного фильтрующего слоя песка и замены его чистым песком, что увеличивает эксплуатационные затраты на процесс фильтрации.The disadvantage of the prototype is that the known filter only works satisfactorily when filtering water containing mechanical impurities, which form fragile, easily washed away sediments and sticking to the grains of the filter layer. In this case, small influences arising from the mixing of the sand suspension with air in the riser pipe are sufficient to separate these particles of contaminants from the grains of sand. In the case of contaminants in the treated water with increased adhesion, for example, oil-, oil-, tar-containing particles, such exposure is not enough and for full washing, increased mechanical stresses at elevated temperatures of the treated suspension or the use of special additives to facilitate the washing process are required. The operation of the known filter in such conditions becomes ineffective due to the rapid contamination of the filter layer and periodic filter stops are required to remove the contaminated filter layer of sand and replace it with clean sand, which increases the operating costs of the filtering process.

Кроме того, недостатком известного песочного фильтра, принятого за прототип, является невозможность обеспечения эффективной работы отстойника, установленного на верхнем конце подъемной трубы и предназначенного для окончательной отмывки рециркулирующих в фильтре песчинок и отделения их от загрязняющих взвесей, отмываемых в процессе первой стадии промывки. Неэффективность обусловлена отсутствием возможности регулирования расхода фильтрата через отстойник и установления расхода ее, создающего гидродинамические условия в канале, обеспечивающие наиболее полную отмывку, а также скорости, необходимые для выноса вверх всех загрязняющих частиц при одновременном движении вниз отмытых песчинок.In addition, the disadvantage of the well-known sand filter adopted for the prototype is the inability to ensure the effective operation of the sump installed on the upper end of the riser pipe and intended for the final washing of the grains of sand recirculated in the filter and their separation from the contaminants suspended in the first washing stage. The inefficiency is due to the lack of the ability to control the filtrate flow through the sump and to establish its flow rate, which creates hydrodynamic conditions in the channel, providing the most complete washing, as well as the speeds necessary to carry up all the contaminants while washing the washed sand grains down.

Целью создания предлагаемой конструкции фильтра является устранение указанных недостатков и создание условий, необходимых для обеспечения более быстрой и полной отмывки рециркулирующего песка и увеличения тем самым продолжительности непрерывной работы фильтра с более высокой производительностью.The purpose of creating the proposed filter design is to eliminate these drawbacks and create the conditions necessary to ensure faster and more complete washing of the recirculating sand and thereby increase the duration of continuous operation of the filter with higher performance.

Поставленная цель достигается тем, что в песочном фильтре, содержащем корпус, выполненный в виде цилиндрической емкости, установленной вертикально и включающий в средней части рабочий слой фильтрующего песка, установленную вертикально в корпусе подъемную трубу, оснащенную в нижней части газлифтным насосом, образованным камерой для газообразной среды, выполненной в виде трубы, охватывающей с зазором подъемную трубу и сообщенной с патрубком ввода газообразной среды, и отверстиями в стенке нижней части подъемной трубы, сообщающими ее с камерой для газообразной среды, а в верхней части - отстойником, выполненным в виде двух цилиндрических аксиально расположенных перегородок, внутренняя из которых примыкает к наружной поверхности стенки подъемной или охватывающей ее трубы, а на поверхностях стенок этих перегородок, обращенных друг к другу, выполнены кольцевые выступы, образующие вертикально направленный извилистый канал, патрубок для ввода загрязненной воды, сообщенный с распределителем, размещенным под фильтрующим слоем, патрубки для вывода фильтрата и промывной воды, расположенные в верхней части корпуса, согласно изобретения, новым является то, что он снабжен трубопроводом для подвода пара, оснащенным запорным и регулирующим клапанами и сообщенным с патрубком ввода газообразной среды.This goal is achieved in that in a sand filter containing a housing made in the form of a cylindrical container mounted vertically and including in the middle part a working layer of filter sand installed vertically in the housing of a lifting pipe equipped in the lower part with a gas lift pump formed by a chamber for a gaseous medium made in the form of a pipe, covering the lifting pipe with a gap and communicating with the inlet of the gaseous medium, and holes in the wall of the lower part of the lifting pipe, communicating with a measure for a gaseous medium, and in the upper part - a sump made in the form of two cylindrical axially arranged partitions, the inner of which adjoins the outer surface of the wall of the lifting or covering its pipes, and annular protrusions are made on the surfaces of the walls of these partitions facing each other forming a vertically directed winding channel, a pipe for entering contaminated water, in communication with a distributor located under the filter layer, pipes for outputting the filtrate and washing water, located in the upper part of the housing, according to the invention, new is that it is equipped with a pipeline for supplying steam, equipped with shut-off and control valves and in communication with the inlet of the gaseous medium.

В заявляемом песочном фильтре в стенке подъемной трубы дополнительно могут быть выполнены отверстия, разнесенные по высоте ее и сообщающие ее с камерой для газообразной среды, в стенку подъемной трубы могут быть врезаны паровые патрубки, сообщенные с трубопроводом для подвода пара, и эти паровые патрубки могут быть направлены вверх под острым углом к вертикали. Фильтр дополнительно может быть оснащен трубопроводом для подвода воздуха, снабженным запорным и регулирующим клапанами и сообщенным с патрубком ввода газообразной среды.In the inventive sand filter in the wall of the riser pipe, additional openings can be made spaced apart in height and communicating with the chamber for a gaseous medium, steam nozzles in communication with the pipe for supplying steam can be cut into the wall of the riser, and these steam nozzles can be directed upward at an acute angle to the vertical. The filter can optionally be equipped with a pipeline for supplying air, equipped with shut-off and control valves and in communication with the inlet of the gaseous medium.

В заявляемом песочном фильтре с одним или несколькими паровыми патрубками, врезанными в стенку подъемной камеры и сообщенными с трубопроводом для подвода пара, а также снабженном трубопроводом для подвода воздуха, сообщенным с патрубком ввода газообразной среды, трубопровод для подвода пара может быть разобщен с патрубком ввода газообразной среды. Кроме того, в стенку подъемной трубы могут быть врезаны патрубки для ввода поверхностно-активных веществ и моющих средств, In the inventive sand filter with one or more steam nozzles cut into the wall of the lifting chamber and communicated with a pipe for supplying steam, and also equipped with a pipe for supplying air in communication with the pipe for introducing a gaseous medium, the pipe for supplying steam can be disconnected with a pipe for introducing a gaseous Wednesday. In addition, nozzles for introducing surfactants and detergents can be cut into the wall of the riser pipe,

а наружная перегородка отстойника, размещенного на верхнем конце подъемной трубы, может быть установлена с возможностью перемещения по высоте.and the outer baffle of the sump, located at the upper end of the lifting pipe, can be installed with the possibility of movement in height.

Технический результат реализации предлагаемого песочного фильтра заключается в изменении гидродинамики и механизма промывки песочной суспензии в подъемной трубе путем подачи в нее в качестве побудителя движения суспензии и интенсификатора промывки песка водяного пара или паро-воздушной смеси. При попадании пара в подъемную трубу в ней образуется множество паровых пузырьков, которые, всплывая, действуют аналогично воздухо-водяной смеси в подъемной трубы фильтра-прототипа, и инициируют движение песочной суспензии снизу вверх и интенсивное перемешивание этой суспензии. Одновременно с этим в заявляемом фильтре происходит интенсивная конденсация (схлопывание) части пузырьков пара, попадающих внутрь трубы, которая сопровождается резкими гидроударами. Под воздействием ударных волн от схлопывания паровых пузырьков, распространяющихся в подъемной трубе, частички загрязнений, налипшие на песчинки при фильтрации, отделяются от поверхности песчинок. Причем сила ударов такова, что от песчинок отделяются частички загрязнений, обладающих высокими адгезионными свойствами - продукты переработки нефтепродуктов и смол. Кроме генерирования гидроударных волн при конденсации пара происходит нагревание потока промываемой суспензии, что также интенсифицирует процесс промывки.The technical result of the implementation of the proposed sand filter is to change the hydrodynamics and the washing mechanism of the sand suspension in the riser by supplying it as an incentive for the movement of the suspension and the intensifier for washing sand with water vapor or steam-air mixture. When steam enters the riser, a lot of steam bubbles are formed in it, which, emerging, act similarly to the air-water mixture in the riser of the prototype filter, and initiate the movement of the sand suspension from the bottom up and intensive mixing of this suspension. At the same time, in the inventive filter, intense condensation (collapse) of part of the vapor bubbles falling into the pipe occurs, which is accompanied by sharp hydroblows. Under the influence of shock waves from the collapse of steam bubbles propagating in the riser, the particles of dirt adhering to the grains of sand during filtration are separated from the surface of the grains of sand. Moreover, the impact force is such that particles of contaminants with high adhesive properties are separated from the sand grains - products of the processing of petroleum products and resins. In addition to generating shock waves during steam condensation, the flow of the washed suspension is also heated, which also intensifies the washing process.

Анализ научно-технической и патентной литературы не выявил описания фильтров с заявляемой совокупностью отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого песочного фильтра критерию « новизна», а несомненные и серьезные преимущества его - о соответствии критерию «существенные отличия».Analysis of scientific, technical and patent literature did not reveal a description of filters with the claimed combination of distinctive features, which allows us to conclude that the proposed sand filter meets the criterion of "novelty", and its undoubted and serious advantages are that it meets the criterion of "significant differences".

Предлагаемый песочный фильтр иллюстрируется следующими чертежами: на фиг.1 представлен фильтр, в котором в соответствии с изобретением в качестве рабочей газообразной среды, инициирующей движение песочной суспензии по подъемной трубе и интенсифицирующей промывку загрязненного песка, используется водяной пар, подаваемый в газлифтный насос - в нижнюю часть подъемной трубы; на фиг.2 показан фильтр, в котором подача пара осуществляется не только в нижнюю часть подъемной трубы, но и через отверстия в стенке подъемной трубы, разнесенные по высоте ее; на фиг.3 более подробно изображен кольцевой отстойник, размещенный на верхнем конце подъемной трубы; на фиг.4 приведен вариант конструкции заявляемого фильтра, в котором в стенку подъемной трубы врезаны направленные вверх паровые патрубки, сообщенные с трубопроводом для подвода пара; на фиг.5 приведена конструкция The proposed sand filter is illustrated by the following drawings: Fig. 1 shows a filter in which steam is used as a working gaseous medium, initiating the movement of a sand slurry through a riser and intensifying the washing of contaminated sand, to the lower one part of the lifting pipe; figure 2 shows a filter in which steam is supplied not only to the lower part of the lifting pipe, but also through the holes in the wall of the lifting pipe, spaced along its height; figure 3 shows in more detail an annular sump located on the upper end of the lifting pipe; figure 4 shows a design variant of the inventive filter, in which upwardly directed steam pipes are inserted into the wall of the riser pipe, in communication with the pipeline for supplying steam; figure 5 shows the design

фильтpa, оснащенного дополнительно трубопроводом для подвода воздуха; на фиг.6 показана конструкция фильтра, снабженного трубопроводами для подвода пара и воздуха, в которой трубопровод для подвода пара, соединенный с патрубками, врезанными в подъемную трубу, отсоединен от патрубка ввода газообразной среды в газлифтный насос.filter equipped with an additional air supply pipe; figure 6 shows the design of the filter, equipped with pipelines for supplying steam and air, in which the pipeline for supplying steam, connected to the nozzles cut into the riser pipe, is disconnected from the nozzle for entering the gaseous medium into the gas lift pump.

Заявляемый фильтр (фиг.1), как и песочный фильтр-прототип, содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндрической емкости, установленной вертикально и содержащей в средней части слой фильтрующего песка 2. Под фильтрующим слоем расположен распределитель обрабатываемой воды 3, соединенный с патрубком 4 для ввода загрязненной воды. В центре емкости установлена вертикально подъемная труба 5, оснащенная в нижней части газлифтным насосом 6, образованным камерой для газообразной среды, выполненной в виде трубы 7, охватывающей с зазором подъемную трубу и сообщенной с патрубком 8 ввода газообразной среды, и отверстиями 9 в стенке нижней части подъемной трубы, сообщающими ее с камерой для газообразной среды. На верхнем конце подъемной трубы расположен отстойник (фиг.3), состоящий из двух цилиндрических аксиально размещенных перегородок 10 и 11, внутренняя 10 из которых примыкает к наружной поверхности стенки верхнего конца подъемной или охватывающей ее трубы. На стенках этих перегородок, обращенных друг к другу, выполнены кольцевые выступы 12 и 13, образующие извилистый канал 14. Кроме того, фильтр содержит патрубки: 15 - для вывода фильтрата и 16 - для вывода промывной воды, расположенные в верхней части корпуса. Фильтр оснащен также трубопроводом 23 для подвода пара, снабженным запорным 24 и регулирующим 25 клапанами и сообщенным с патрубком 8 ввода газообразной среды.The inventive filter (Fig. 1), as well as a sand prototype filter, contains a housing 1 made in the form of a cylindrical container mounted vertically and containing in the middle part a layer of filter sand 2. Under the filter layer there is a distributor of treated water 3 connected to the pipe 4 to enter contaminated water. In the center of the tank, a vertically lifting pipe 5 is installed, equipped in the lower part with a gas-lift pump 6 formed by a chamber for a gaseous medium, made in the form of a pipe 7, covering the lifting pipe with a gap and communicating with the gaseous medium inlet 8, and holes 9 in the wall of the lower part a lifting pipe communicating it with a chamber for a gaseous medium. At the upper end of the riser pipe there is a sump (Fig. 3), consisting of two cylindrical axially placed partitions 10 and 11, the inner 10 of which adjoins the outer surface of the wall of the upper end of the riser or pipe covering it. On the walls of these partitions facing each other, annular protrusions 12 and 13 are made, forming a tortuous channel 14. In addition, the filter contains nozzles: 15 for output of the filtrate and 16 for output of washing water located in the upper part of the housing. The filter is also equipped with a pipe 23 for supplying steam, equipped with a shut-off 24 and regulating 25 valves and in communication with the pipe 8 of the input of the gaseous medium.

Этот заявляемый фильтр работает следующим образом.This inventive filter works as follows.

Загрязненная вода (т.е. вода, содержащая взвешенные частицы) подается в аппарат через патрубок 4 и поступает в распределитель 3, с помощью которого равномерно распределяется по сечению корпуса аппарата под рабочим слоем песка 2. При движении воды снизу вверх через фильтрующий слой частицы взвесей задерживаются песчинками и налипают на их поверхность. Фильтрат, выходя из фильтрующего слоя, поднимается в верхнюю часть корпуса и основной поток его удаляется из аппарата через патрубок 15. Небольшая доля фильтрата поступает снизу в канал 14 отстойника для окончательной промывки песка. При противоточном движении фильтруемой воды и песка наиболее загрязненными оказываются нижние слои песка фильтрующего слоя 2. Во время работы фильтра эти слои оседают вниз, по конусу 17 песок скатывается на периферию поперечного сечения корпуса, через зазор 18 попадает на конусное днище корпуса и по нему скользит к нижнему концу подъемной трубы. Здесь песок Contaminated water (i.e. water containing suspended particles) is supplied to the apparatus through the nozzle 4 and enters the distributor 3, with the help of which it is evenly distributed over the cross section of the apparatus body under the working layer of sand 2. When the water moves from bottom to top through the filter layer of suspended particles delayed by grains of sand and stick to their surface. The filtrate, leaving the filter layer, rises to the upper part of the housing and its main stream is removed from the apparatus through the nozzle 15. A small fraction of the filtrate enters the bottom of the channel 14 of the sump for the final washing of sand. During the countercurrent movement of the filtered water and sand, the lower layers of the sand of the filter layer 2 become the most polluted. During operation of the filter, these layers settle down, along the cone 17, the sand rolls to the periphery of the cross section of the body, through the gap 18 it enters the conical bottom of the body and slides to it lower end of the riser pipe. Here is the sand

подхватывается потоком воды, отсасываемой газлифтным насосом из средней части корпуса. Образовавшаяся суспензия загрязненных песчинок прокачивается вверх по подъемной трубе и при движении перемешивается с пузырями пара, поступающими из отверстий 9, образуя паро-водяную смесь, быстро поднимающуюся вверх. В виде интенсивно перемешивающейся паро-водяной смеси нагреваемая паром песчаная суспензия проходит через всю трубу под энергичным воздействием ударных волн от конденсирующихся паровых пузырьков. Все эти факторы обусловливают интенсивную промывку песка, который полностью освобождается от налипших при фильтрации загрязнений.it is picked up by a stream of water, sucked off by a gas lift pump from the middle of the housing. The resulting suspension of contaminated grains of sand is pumped up the lift pipe and, when moving, mixes with steam bubbles coming from the openings 9, forming a vapor-water mixture that rises rapidly upward. In the form of an intensively mixed steam-water mixture, a sand-heated suspension heated by steam passes through the entire pipe under the energetic influence of shock waves from condensing vapor bubbles. All these factors determine the intensive washing of sand, which is completely freed from dirt adhering during filtration.

Выходящие из верхнего конца подъемной трубы почти полностью промытые песчинки оседают вниз и попадают в канал 14 отстойника (фиг.3). В этом канале песчинки продолжают оседать вниз во встречном потоке фильтрата и окончательно отделяются от частиц загрязнений. Некоторое поперечное движение потока фильтрата по извилистому каналу отстойника, инициируемое кольцевыми выступами, способствует отмывке песчинок. Отмытые песчинки, выходящие из отстойника, падают сверху на рабочий слой 2 и образуют новый фильтрующий слой, а частицы загрязнений, отделившиеся от песчинок на входе в отстойник и в канале 14, подхватываются потоком промывной воды и выносятся вверх. В конечном итоге они попадают в патрубок 15 и выводятся из аппарата.Almost completely washed sand grains emerging from the upper end of the riser pipe settle down and fall into the settler channel 14 (Fig. 3). In this channel, the grains of sand continue to settle down in the oncoming stream of the filtrate and are finally separated from the particles of contaminants. A certain transverse movement of the filtrate flow along the winding channel of the sump, initiated by annular protrusions, facilitates the washing of grains of sand. The washed grains of sand leaving the sump fall on top of the working layer 2 and form a new filter layer, and the particles of contaminants separated from the grains of sand at the entrance to the sump and in channel 14 are picked up by the wash water flow and carried up. In the end, they fall into the pipe 15 and are removed from the apparatus.

Для эффективной работы фильтра скорость потока промывной воды на выходе из отстойника и в канале 14 должна регулироваться для того, чтобы она была меньше скорости витания (скорости осаждения) песчинок, но была больше скорости витания частиц загрязнений, отделившихся от песчинок. В этом случае песчинки будут оседать в отстойнике и попадать на рабочий фильтрующий слой, а частички загрязнений, отфильтрованных и отделенных при промывке от песчинок будут вместе с промывной водой выноситься из фильтра. Возможность такой регулировки предусматривает конструкция предлагаемого фильтра. Регулировка обеспечивается перемещением по высоте наружной перегородки 12 отстойника вместе с выступами, при котором изменяется проходное сечение извилистого канала для движения фильтрата. При этом, соответственно, изменяется скорость движения фильтрата (промывной воды) на выходе из извилистого канала и в узких местах самого канала, при которых будет происходить сепарация песчинок и загрязняющих частиц. Такая регулировка должна осуществляться при пуске фильтра в работу, при изменении состава загрязненных вод, при котором могут измениться размеры загрязняющих частиц, а также при замене фильтрующего песчаного слоя, при котором может измениться размер песчинок. При отсутствии такой регулировки возможен неполный вынос загрязняющих частиц и, следовательно, For the filter to work effectively, the flow rate of the wash water at the outlet of the sump and in the channel 14 must be controlled so that it is less than the speed of the soils (deposition rate) of the grains of sand, but greater than the speed of the soils of the particles of contaminants separated from the grains of sand. In this case, the grains of sand will settle in the sump and fall onto the working filter layer, and particles of contaminants filtered and separated during washing from the grains of sand will be removed from the filter together with the wash water. The possibility of such adjustment provides for the design of the proposed filter. The adjustment is provided by moving along the height of the outer partition wall 12 of the sump together with the protrusions, at which the passage section of the tortuous channel for the filtrate movement changes. In this case, accordingly, the speed of the filtrate (wash water) at the exit from the winding channel and in the narrow places of the channel itself, at which the separation of grains of sand and polluting particles will occur, changes. Such adjustment should be carried out when the filter is put into operation, when the composition of contaminated water changes, in which the size of the polluting particles can change, and also when replacing the filtering sand layer, in which the size of the grains of sand can change. In the absence of such adjustment, incomplete removal of polluting particles is possible and, therefore,

повышенное загрязнение фильтрующего слоя или вынос песчинок с промывной водой, т.е. к потере в конечном итоге фильтрующего песчаного слоя.increased pollution of the filter layer or removal of grains of sand with wash water, i.e. to the loss of ultimately a filtering sand layer.

Рассматриваемый фильтр с подачей пара в нижнюю часть подъемной трубы максимально эффективен только при сравнительно небольших разностях температур пара и обрабатываемой загрязненной воды, когда доля пара, конденсирующегося в подъемной трубе, невелика. Большие разности температур пара и обрабатываемой воды обусловливают конденсацию большой доли пара, входящего в подъемную трубу, и, соответственно, уменьшение содержания пара в виде пузырьков в подъемной трубе, обеспечивающего движение вверх песочной суспензии. Это может привести к уменьшению пропускной способности подъемной трубы, ниже необходимой для нормального процесса фильтрации и уменьшение в конечном итоге производительности фильтра.The considered filter with steam supply to the lower part of the lifting pipe is maximally effective only at relatively small differences in the temperature of the steam and the treated contaminated water, when the proportion of steam condensing in the lifting pipe is small. Large differences in temperature of steam and treated water cause the condensation of a large proportion of the steam entering the riser, and, accordingly, a decrease in the vapor content in the form of bubbles in the riser, which ensures an upward movement of the sand slurry. This can lead to a decrease in the throughput of the lifting pipe, which is lower than that necessary for a normal filtration process and ultimately decrease the filter performance.

При большой разности температур пара и обрабатываемой песочной суспензии более эффективен вариант конструкции предлагаемого фильтра, приведенный на фиг.2. Пар, поступающий в аппарат из трубопровода 23 через патрубок 8, проникает в подъемную трубу не только через отверстия 9 газлифтного насоса, но и через отверстия 19, 20, 21, разнесенные по ее высоте. В результате этого по высоте подъемной трубы образуется несколько участков, заполненных большим количеством паровых пузырьков, и суммарный объем паро-водяной смеси в трубе становится значительно больше и, следовательно, обеспечивается значительно более высокая скорость перемещения и перемешивания обрабатываемой песчаной суспензии. Кроме того, при этом увеличивается также механическое воздействие на промываемые песчинки ударных волн от охлопывающихся паровых пузырьков, т.е. улучшается очищение и промывка песка. Следовательно, эта конструкция может быть также использована при необходимости промывки загрязнений, обладающих большой адгезией. Несконденсирововшийся в подъемной трубе пар уходит из подъемной трубы через патрубок 22.With a large temperature difference between the steam and the processed sand slurry, the design option of the proposed filter shown in FIG. 2 is more effective. The steam entering the apparatus from the pipeline 23 through the pipe 8, penetrates into the lifting pipe not only through the holes 9 of the gas lift pump, but also through the holes 19, 20, 21, spaced along its height. As a result, several sections are formed along the height of the riser pipe, filled with a large number of steam bubbles, and the total volume of the steam-water mixture in the pipe becomes much larger and, therefore, a significantly higher speed of movement and mixing of the processed sand suspension is ensured. In addition, the mechanical effect on the washed sand grains of the shock waves from the cooling steam bubbles, i.e. cleaning and washing of sand improves. Therefore, this design can also be used if necessary, flushing contaminants with great adhesion. Steam that has not condensed in the riser leaves the riser through the pipe 22.

Ввод пара в подъемную трубу может быть осуществлен также через один или несколько разнесенных по высоте паровых патрубков 26 и 27, как это показано на фиг.4. Паровые патрубки 26 и 27 сообщаются непосредственно с трубопроводом для подвода пара 23. На газлифтный насос 6 пар из трубопровода 23 поступает через патрубок 8, камеру для газообразной среды и отверстия 9. При этом паровые патрубки целесообразно установить направив их вверх под острым углом к вертикали, как это показано на фиг.4. Преимущество этой конструкции состоит в том, что для создания и поддержания высокоскоростного движения песочной суспензии и промывки песка в подъемной трубе используется механическая энергия (скоростной напор) поступающего через паровые патрубки пара, направляемого непосредственно из паровой трубы 23.The introduction of steam into the riser can also be carried out through one or more spaced apart in height steam pipes 26 and 27, as shown in Fig.4. Steam pipes 26 and 27 communicate directly with the pipeline for supplying steam 23. To the gas lift pump 6, steam from the pipe 23 enters through pipe 8, a chamber for gaseous medium and openings 9. In this case, it is advisable to install the steam pipes by pointing them upward at an acute angle to the vertical, as shown in FIG. 4. The advantage of this design is that to create and maintain high-speed movement of sand slurry and wash sand in the riser, mechanical energy (velocity head) of steam supplied through the steam nozzles, sent directly from the steam pipe 23, is used.

Практические наблюдения показывают, что гидравлические удары при мгновенной конденсации больших масс пара могут быть весьма велики, что создает дополнительные нагрузки на корпус и конструктивные элементы фильтров. В связи с этим сила ударов не должна быть излишне велика и не превышать значений, минимально необходимых для обеспечения высококачественной промывки песчинок в подъемной трубе. Следовательно, сила ударов, возникающих при конденсации паровых пузырьков, должна регулироваться в зависимости от адгезионных свойств загрязнений, содержащихся в фильтруемой загрязненной воде. Известно, что скорость конденсации пара и, следовательно, сила гидроударов при конденсации паровых пузырей зависит от чистоты пара, в частности - от содержания в нем воздуха. Из этого следует, что силу ударных волн от конденсирующихся паровых пузырьков можно регулировать и устанавливать минимально необходимой для высокоэффективной промывки песка дозированием воздуха в поток пара, направляемый в подъемную трубу.Practical observations show that hydraulic shocks during instant condensation of large masses of steam can be very large, which creates additional loads on the housing and structural elements of the filters. In this regard, the impact force should not be unnecessarily large and not exceed the values minimally necessary to ensure high-quality washing of grains of sand in the riser. Consequently, the force of the blows arising from the condensation of steam bubbles should be regulated depending on the adhesive properties of the contaminants contained in the filtered polluted water. It is known that the rate of steam condensation and, consequently, the power of water hammer during condensation of steam bubbles depends on the purity of the steam, in particular, on the air content in it. From this it follows that the strength of the shock waves from the condensing steam bubbles can be adjusted and set to the minimum necessary for high-efficiency washing of sand by dosing air into the steam stream directed into the riser pipe.

Фильтр, в котором используется этот способ регулирования качества мойки приведен на фиг.5. Приведенный вариант заявляемого фильтра оснащен дополнительно трубопроводом 28 для подвода сжатого воздуха, снабженным запорным 29 и регулирующим 30 клапанами и сообщенным с патрубком 8 для ввода газообразной среды. Этот фильтр предназначен для фильтрации воды, содержащей взвешенные частицы, имеющие выше средней адгезию к поверхности песчинок.The filter that uses this method of regulating the quality of the sink is shown in Fig.5. The above version of the inventive filter is additionally equipped with a pipe 28 for supplying compressed air, equipped with a shut-off 29 and regulating 30 valves and in communication with the pipe 8 for introducing a gaseous medium. This filter is designed to filter water containing suspended particles having above average adhesion to the surface of sand grains.

Фильтр работает следующим образом. На трубопроводе 23 подвода пара открывают запорный 24 клапан и регулирующим клапаном 25 устанавливают расход пара, необходимый для того, чтобы поток песчаной суспензии в подъемной трубе соответствовал заданному рабочему расходу. Затем открывают запорный клапан 29 на трубопроводе 28 и регулирующим клапаном 30 устанавливают поток воздуха в поток пара таким, чтобы сила гидроударов от конденсирующихся пузырьков пара обеспечивала высокоэффективную отмывку песчинок от загрязнений.The filter works as follows. On the steam supply line 23, the shut-off valve 24 is opened and the control valve 25 sets the steam flow rate necessary so that the flow of sand slurry in the riser pipe corresponds to a predetermined working flow rate. Then, the shut-off valve 29 is opened on the pipe 28 and the control valve 30 sets the air flow into the steam stream so that the force of hydroblows from condensing bubbles of steam provides a highly efficient washing of sand grains from pollution.

При малых и средних значениях адгезии взвешенных частиц к песчинкам фильтрующего слоя рационален следующий режим работы фильтра, изображенного на фиг.5. На трубопроводе 28 подвода воздуха открывают запорный клапан 29 и регулирующим клапаном 30 устанавливают поток воздуха в газлифтный насос, который обеспечивает требуемый расход суспензии отмываемого песка по подъемной трубе. Затем открывают запорный клапан 24 на трубопроводе пара 23 и регулирующим клапаном 25 дозируют поток пара в поток воздуха в таком количестве, чтобы либо вследствие микроударов от конденсирующихся паровых пузырьков, либо из-за увеличения температуры обрабатываемой суспензии, обеспечивалось необходимое качество отмывки песчинок.With small and medium values of adhesion of suspended particles to the grains of the filter layer, the following mode of operation of the filter shown in Fig. 5 is rational. On the air supply pipe 28, the shutoff valve 29 is opened and the control valve 30 sets the air flow into the gas lift pump, which provides the required flow rate of the sand to be washed off the sand through the riser pipe. Then, the shut-off valve 24 is opened on the steam pipe 23 and the control valve 25 doses the steam stream into the air stream in such an amount that either due to microblows from condensing steam bubbles, or due to an increase in the temperature of the processed suspension, the required quality of washing out the grains of sand is ensured.

На фиг.6 представлен фильтр, который может работать эффективно при фильтрации загрязненной воды с различной адгезией загрязняющих частиц к поверхности фильтрующих песчинок. В этом фильтре функции потоков пара и воздуха разделены:Figure 6 presents a filter that can work effectively when filtering contaminated water with different adhesion of polluting particles to the surface of filter grains of sand. In this filter, the functions of the steam and air flows are separated:

поток воздуха из трубопровода 28 в патрубок 8 и далее - в газлифтный насос поддерживается таким, чтобы через подъемную трубу стабильно прокачивался необходимый поток песчаной суспензии, а в паровые патрубки 26 и 27, установленные на стенке подъемной трубы, из трубопровода подвода пара 23 через регулирующие клапаны 25 дозировали поток пара, достаточный для полной очистки рециркулирующих по подъемной трубе песчинок.the air flow from the pipe 28 to the pipe 8 and then to the gas lift pump is maintained so that the necessary flow of sand suspension is stably pumped through the lift pipe, and from the steam supply pipe 23 through the control valves to the steam pipes 26 and 27 installed on the wall of the lift pipe 25, the steam flow was dosed enough to completely clean the grains that recycle through the riser.

В особых случаях при трудноудаляемых загрязнениях в заявляемом фильтре предусмотрена подача в подъемную трубу растворов поверхностно-активных веществ и других моющих средств, например - через специальный патрубок, врезанный в ее стенку.In special cases, with difficult to remove contaminants, the inventive filter provides for the supply of solutions of surface-active substances and other detergents to the riser pipe, for example, through a special pipe cut into its wall.

Таким образом, заявляемый фильтр, в котором в качестве газообразной среды при осуществлении регенерации фильтрующего слоя промывкой загрязненного песка используется пар и паро-воздушная смесь, обеспечивает высокоинтенсивный процесс промывки песка даже при фильтрации загрязненной воды, содержащей взвеси с высокой адгезией к песчинкам, и изменение условий проведения этого процесса в зависимости от свойств загрязняющих частиц, что в конечном итоге позволяет расширить диапазон эффективного применения песочных фильтров и при прочих равных условиях существенно увеличить производительность их по исходной загрязненной воде.Thus, the inventive filter, in which steam and a steam-air mixture are used as a gaseous medium during the regeneration of the filter layer by washing contaminated sand, provides a high-intensity sand washing process even when filtering contaminated water containing suspensions with high adhesion to sand grains and changing conditions conducting this process depending on the properties of the polluting particles, which ultimately allows you to expand the range of effective use of sand filters and other things s conditions substantially increase the performance of their original contaminated water.

Claims

1. Sand filter comprising a housing made in the form of a cylindrical container mounted vertically and including in the middle part a working layer of filter sand, a lifting pipe installed vertically in the housing, equipped in the lower part with a gas lift pump formed by a chamber for a gaseous medium made in the form of a pipe , covering the lifting pipe with a gap and connected to the gaseous medium inlet pipe, and holes in the wall of the lower part of the lifting pipe, communicating with the chamber for the gaseous medium, and in the upper parts of it - a sump, made in the form of two cylindrical axially located partitions, the inner of which adjoins the outer surface of the wall of the lifting or covering its pipes, and on the surfaces of the walls of these partitions facing each other, annular protrusions are formed, forming a vertically directed winding channel, contaminated water inlet pipe in communication with a distributor located under the filter layer, filtrate and wash water outlet pipes located in the upper part of the housing, exl. sistent in that the conduit is provided for supplying steam, and equipped with a shut-off control valves and communicating with the input conduit of the gaseous medium.

2. The sand filter according to claim 1, characterized in that the holes in the wall of the riser are additionally spaced apart in height and communicating with the chamber for a gaseous medium.

3. The sand filter according to claim 1, characterized in that steam nozzles in communication with the steam supply pipe are cut into the wall of the riser pipe.

4. Sand filter according to claim 3, characterized in that the steam nozzles are directed upward at an acute angle to the vertical.

5. The sand filter according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an air supply pipe equipped with shut-off and control valves and in communication with the inlet of the gaseous medium.

6. Sand filter according to claims 3 and 5, characterized in that the pipeline for supplying steam is disconnected from the pipe for introducing a gaseous medium.

7. The sand filter according to claim 1, characterized in that a pipe is inserted into the wall of the riser pipe for introducing surfactants and detergents.

8. The sand filter according to claim 1, characterized in that the outer baffle of the sump, located on the upper end of the riser pipe, is installed with the possibility of movement in height.