1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29814
(51) B01D 25/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0456.1
(22) 07.04.2014
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(72) Монтаев Сарсенбек Алиакбарулы; Першин
Владимир Федорович; Воробьев Александр
Михайлович; Першина Снежана Владимировна;
Бураков Александр Евгеньевич; Таскалиев Азамат
Тюлепкалиевич; Монтаева Айнур Сарсенбековна;
Монтаева Аружан Сарсенбековна; Монтаева
Нургуль Сарсенбековна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Западно-
Казахстанский аграрно-технический университет
им. Жангир хана" Министерства образования и
науки Республики Казахстан
(56) SU 1430061 A1, 15.10.1988
(54) НАСЫПНОЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ
ЖИДКОСТЕЙ
(57) Изобретение относится к фильтрам для
очистки жидкости от взвесей и позволяет повысить
качество очистки за счет улучшения регенерации
фильтрующего материала и может быть
использовано для очистки сточных вод на
предприятиях химической, пищевой и
металлургической промышленности.
1. Фильтр для очистки жидкости, содержащий
разборный корпус, разделенный изолирующими
перегородками на секции, расположенные, одна над
другой, верхнюю и нижнюю крышки,
установленные в секциях горизонтально
перфорированные перегородки с расположенными
на них слоями фильтрующего материала,
сборнораспределительные средства и
присоединенные к ним коллекторы для подачи
очищаемой жидкости и отвода фильтрата,
отличающийся тем, что, с целью улучшения
регенерации фильтрующего материала
перфорированные перегородки установлены с
возможностью вертикального перемещения и
соединены с устройством для вертикального
перемещения перегородок, причем вертикальное
перемещение перегородок составляет от 0,3 до 0,5
от расстояния между перегородками.
2. По пункту 1 отличающийся тем, что
устройство для вертикального перемещения
перегородок соединено с вибратором.
3. По пунктам 1 и 2 отличающийся тем, что в под
перегородкой нижней секции установлена мембрана
для окончательной особо тонкой очистки жидкости.
(19)KZ(13)A4(11)29814

2. 29814
2
Изобретение относится к фильтрам для очистки
жидкости от взвесей и позволяет повысить качество
очистки за счет улучшения регенерации
фильтрующего материала и может быть
использовано для очистки сточных вод на
предприятиях химической, пищевой и
металлургической промышленности.
Аналогом является фильтр для очистки
жидкостей, содержащий корпус, разделенный
изолирующими перегородками на расположенные
одна над другой камеры, размещенные в камерах
дренажные решетки с фильтрующим материалом и
патрубки для подачи жидкости и отвода фильтрата,
для очистки жидкости (Патент SU 1178466).
Недостатком является неполная очистка
фильтрующего материала.
Прототипом является фильтр для очистки
жидкости, содержащий разборный корпус,
разделенный изолирующими перегородками на
секции, расположенные, одна над другой, верхнюю
и нижнюю крышки, установленные в секциях
горизонтально основные перфорированные
перегородки с расположенными на них слоями
фильтрующего материала,
сборнораспределительные средства и
присоединенные к ним коллекторы для подачи
очищаемой жидкости и отвода фильтрата (Патент
SU 1430061).
Основной недостаток конструкции заключается в
невозможности качественной регенерации
фильтрующего материала, поскольку в процессе
промывки он находится в стесненном состоянии.
Целью изобретения является повышение
производительности фильтра и качества
регенерации фильтрующего материала.
На фиг.1 показана схема фильтра в рабочем
состоянии, на фиг.2 - упрощенная схема фильтра
при регенерации всего фильтрующего материала, на
фиг.3 - упрощенная схема фильтра при регенерации
фильтрующего материала в одной секции.
Фильтр состоит из корпуса 1, верхней 2 и
нижней 3 крышек и секций 4,5,6,7. Каждая секция
снабжена перфорированными перегородками
8,9,10,11 с расположенными на них сетками 12,
между которыми засыпан фильтрующий материал
13. Подача исходной жидкости осуществляется
через патрубок 14, а отвод фильтрата через патрубок
15. Подача жидкости для регенерации
фильтровального материала осуществляется через
патрубок 16, а воздуха через патрубок 17. Отвод
промывной жидкости и воздуха осуществляется
через патрубки 18,19,20,21,22 с запорными кранами,
патрубки объединены коллектором 23. При
выполнении фильтра согласно п.3 формулы, ниже
перегородки 11 установлена мембрана 24, над
которой расположен нож 25, который может быть
приведен во вращение приводом 26. Перегородки
8,9,10,11 соединены с приводом вертикального
перемещения 27 с помощью телескопического
устройства 28. Внутри этого устройства проходит
вал привода 26. Телескопическое устройство 28
соединено с вибратором 29.
Фильтр работает следующим образом. В секции
4,5,6 загружается фильтрующий материал
(активированный уголь кварцевый песок, керамзит,
аглопорит, шунгизит, вулканические шлаки, туфы и
др.). Зернистый фильтрующий материал имеет
разный размер частиц. В каждую секцию
загружается материал с одинаковым средним
диаметром частиц, причем, этот диаметр
уменьшается от 4-ой секции к 6-ой. Жидкость,
подлежащая очистки подается в фильтр, через
патрубок 14 и последовательно проходя через
секции 4,5 и 6 очищается от взвесей, сначала
крупных размеров (секция 4), затем средних (секция
5) и мелких (секция 6). При выполнении фильтра
согласно п.3 в нем установлена мембрана 24, где
осуществляется тонкая очистка жидкости. Отвод
очищенной жидкости осуществляется через
патрубок 15. При очистке жидкости краны на
патрубках 18,19,20,21,22 закрыты.
Регенерация загрязненного фильтрующего
материала осуществляется обратным потоком
промывной воды, которая подводится через
патрубок 15 и отводится вместе со шламом через
патрубок 22 и коллектор 23. Для проведения
регенерации фильтрующего материала закрывают
кран патрубка 14 и патрубка 15, т.е. прекращают
подачу загрязненной жидкости в фильтр и отвод
фильтрата. С помощью привода 27 и
телескопического устройства 28 перемещают
перегородки 8,9,10 в крайнее верхнее положение,
как это показано на фиг.2. После этого открывают
кран 22 и через патрубки 16, 17 периодически
подают в фильтр воду или воздух. При
прохождении воды или воздуха через слой
зернистого материала происходит его разрыхление
и частицы начинают ударяться друг с другом, что
способствует лучшему очищению их от
загрязнений, т.е. интенсифицируется процесс
регенерации фильтрующего материала. При
выполнении фильтра согласно п.2 формулы
включают вибратор 29. В этом случае фильтрующий
материал переходит в состояние виброожижения,
частички соударяются друг с другом и
интенсивность регенерации повышается еще
больше. Выбор диапазона вертикальных
перемещений перегородок от 0,3 до 0,5 от
расстояния Н между перегородками (см. фиг.1,2)
объясняется тем, что при значениях менее 0,3H
частицы материала не получают достаточной
свободы для столкновений друг с другом, а при
значениях больше чем 0,5 Н увеличиваются только
габариты фильтра, поскольку в верхних частях
секций образуются объемы не занятые движущи-
мися частицами.
Обычно, в жидкости подлежащей очистке
содержание инородных частиц разных размеров не
одинаково. Другими словами, в исходной жидкости
содержание частиц с определенным диапазоном
размеров может быть существенно больше
содержания частиц других размеров. Например,
если в жидкости большое процентное содержание
частиц средних размеров, то фильтрующий

3. 29814
3
материал средней секции 5 будет загрязняться
намного быстрее, чем фильтрующий материал в
секциях 4 и 6. Сопротивление секции 5 возрастет,
что приведет к снижению производительности всего
фильтра. Поскольку фильтрующий материал в
секциях 4 и 6 практически чистый, нет
необходимости в его регенерации. На фиг.2 показан
вариант регенерации фильтрующего материала в
одной, 5-ой секции. Это возможно благодаря п.5
формулы, поскольку в каждой секции имеется
патрубок для отвода использованной промывной
жидкости. В данном случае открыты только краны
16, 17 и 22. Как видно на фиг.2 промывка
осуществляется только фильтрующего материала
секции 5 и промывная жидкость движется по
кратчайшему пути с минимальным сопротивлением,
что сокращает время и повышает качество
промывки, т.е. в конечном итоге повышает
производительность фильтра.
При выполнении фильтра согласно п.4 формулы,
наличие ножа 25 с приводом его вращения 26
позволяет во время регенерации удалять
загрязнения с поверхности мембраны 24, что
сокращает время и повышает качество регенерации
мембраны.
Таким образом, при выполнении насыпного
фильтра для очистки жидкости согласно формуле
изобретения полностью достигаются поставленные
цели.
Экспериментальную проверку эффективности
работы предлагаемого насыпного фильтра
проводили на лабораторной установке,
выполненной в соответствии с признаками формулы
предлагаемого изобретения. Установка
представляла собой вертикальный цилиндрический
корпус с внутренним диаметром 200 мм, высотой
3000 мм. По высоте корпус разделен тремя
перфорированными перегородками на две секции
высотой 1000 мм каждая.
Средняя и верхняя перегородки установлены с
возможностью вертикального перемещения от 300
до 500 мм. Все перегородки соединены с
вибратором, который при регенерации обеспечивал
вертикальные колебания перегородок с амплитудой
от 1 до 5 мм и частотой 50 Гц. В верхней крышке
установлен патрубок для подачи исходной воды, а в
нижней - для отвода очищенной воды. Кроме этого,
в верхней части каждой секции установлены
патрубки для отвода промывочной воды, при
проведении регенерации фильтрующего материала
согласно п.5 формулы.
Исследования проводились следующим образом:
готовили исходную воду путем размешивания
определенного количества загрязнений в
определенном количестве дистиллированной воды;
с помощью насоса сверху подавали исходную воду,
расход которой контролировали ротаметром. В
качестве фильтрующего материала использовали
керамзит. В верхнюю секцию загружали частицы с
средним диаметром 1,5 мм, а в нижнюю - 0,5 мм.
Для сокращения времени проведения
эксперимента обеспечивали скорость движения
исходной воды порядка 100 м/ч, концентрацию
загрязнений максимальную - 100 мг/л. Цикл
фильтрации продолжался 2 часа. Определение
загрязнений после окончания цикла фильтрации
показало, что фильтрующий материал
использовался примерно на 60-80%. Одним из
существенных отличий предлагаемого фильтра от
прототипа является то обстоятельство, что в
прототипе слой фильтрующего материала находится
в свободном состоянии, а в предлагаемом фильтре, в
процессе фильтрации слой зажат между
подвижными перегородками. С учетом данного
обстоятельства, максимальная скорость фильтрации
у прототипа 20 м/ч, поэтому абсолютно корректного
сравнения с прототипом провести не удалось.
Пример 1.
Фильтрация проводилась согласно п.1 формулы
изобретения. Скорость фильтрации 50 м/ч,
продолжительность - 120 мин., скорость воды при
регенерации 50 м/ч, продолжительность
регенерации - 30 мин, общая продолжительность
цикла фильтрации - 150 мин. Для прототипа
скорость фильтрации 15 м/ч, продолжительность –
400 мин, скорость воды при регенерации 50 м/ч,
продолжительность 30 мин, общая
продолжительность цикла — 430 мин. Поскольку
количество очищенной воды было одинаково,
производительность предлагаемого фильтра в 2,9
раза больше, чем у прототипа.
Пример 2.
Фильтрацию проводили согласно п.2 формулы
изобретения. Наилучшие результаты получены при
следующем регламенте регенерации: 8-10 мин
подача промывной воды; 2-4 мин вибрация; 6-8 мин
подача промывной воды. Таким образом,
длительность регенерации - 20 мин, а общая
продолжительность цикла - 140 мин.
Производительность фильтра, по сравнению с п.1
повысилась на 25%.
Пример 3.
Фильтрацию проводили согласно п.5 формулы
изобретения. Исходную воду подготавливали с 80%
более крупных частиц загрязнения, которые
задерживаются в первой (верхней) секции.
Естественно фильтрующий материал первой секции
исчерпывал свои возможность по задержанию
загрязнений значительно (примерно в 4 раза), чем
материал второй секции. Учитывая это
обстоятельство, после двух часов фильтрации
проводили активную регенерацию только первой
секции, согласно регламенту второго примера, но с
сокращенной продолжительностью цикла: подача
промывной воды -6-8 мин; вибрация 1-2 мин; подача
промывной воды - 3-4 мин. Каждую четвертую
регенерацию проводили для двух секций, в полном
соответствии с примером 2. В данном случае, кроме
повышения производительности примерно на 5-7%,
на 25-30% сократился объем промывной воды.
В связи с отсутствием мембраны проверку 3 и 4
пунктов формулы изобретения экспериментально не
проверялись.

4. 29814
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Насыпной фильтр для очистки жидкости,
содержащий разборный корпус, разделенный
изолирующими перегородками на секции,
расположенные, одна над другой, верхнюю и
нижнюю крышки, установленные в секциях
горизонтально перфорированные перегородки с
расположенными на них слоями фильтрующего
материала, сборнораспределительные средства и
присоединенные к ним коллекторы для подачи
очищаемой жидкости и отвода фильтрата,
отличающийся тем, что, перфорированные
перегородки установлены с возможностью
вертикального перемещения и соединены с
устройством для вертикального перемещения
перегородок, причем вертикальное перемещение
перегородок составляет от 0,3 до 0,5 от расстояния
между перегородками.
2. Насыпной фильтр по пункту.1,
отличающийся тем, что устройство для
вертикального перемещения перегородок соединено
с вибратором.
3. Насыпной фильтр по пунктам 1 и 2,
отличающийся тем, что в под перегородкой
нижней секции установлена мембрана для
окончательной особо тонкой очистки жидкости.
4. Насыпной фильтр по пунктам 1, 2 и 3,
отличающийся тем, что над мембраной соосно с
корпусом фильтра установлен нож с приводом
вращения вокруг вертикальной оси корпуса.
5. Насыпной фильтр по пунктам 1, 2, 3 и 4,
отличающийся тем, что каждая секция снабжена
патрубком с запорной арматурой для отвода
жидкости при регенерации фильтрующего
материала.

5. 29814
5
Верстка Р. Талькенов
Корректор К. Сакалова