КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ МИКРОФИЛЬТРОВ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ ПОР Мусеев Т.С.,Солдатов К.В.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет


Номер: 1-1
Год: 2017
Страницы: 77-82
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

фильтр, мембрана, резервуар, фильтрат, переменная структура пор, filter, membrane, storage tank, filtrate, variable pore structure

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье подробно рассмотрены конструкция и основные конструктивные элементы микрофильтров с переменной структурой пор, описано основное их назначение. Ссылаясь на рабочие чертежи, подробно изложен принцип работы, описываемого аппарата, установлены основные требования к отдельным элементам фильтра. Рассмотренная конструкция фильтров является относительно новой для Российского рынка, тем самым, данная статья будет полезна инженерно-техническим работникам и научным сотрудниками, которые непосредственно связаны с темой водоподготовки и очистки сточных вод.

Текст научной статьи

В настоящее время микрофильтры используются в качестве устройства для очистки различного рода жидкостей от взвешенных частиц; для предварительной обработки различных сточных вод перед их обработкой активированным углем, озоном, фотокатализаторами; для обработки вод повторного использования; для очистки воды в водоочистительных бассейнах. В случае с микрофильтрами, используемыми в вышеописанных целях, размер каждой из пор определяется расчетами и строго фиксированный. Соответственно, если поры забиваются загрязнениями в результате фильтрации, то полностью восставить пропускную способность фильтрующего элемента будет практически невозможно, или же степень очистки будет крайне мала. Таким образом, отработанный элемент микрофильтра требуется заменить на новый. Причина низкой эффективности прочистки кроется в том, что пористая структура не меняется при фильтрации и прочистке. В результате, загрязнения, забивающие поры микрофильтра, почти невозможно удалить. Для исправления проблемы существующих фильтров корейской компанией ChoongHyunChoi был предложен фильтр с переменным фильтрующим слоем, в котором взвешенные твердые частицы, содержащиеся в жидкости, в частности в воде, фильтруются с более высокой степенью очистки, благодаря изменению структуры пор в фильтрующем слое, как при фильтрации, так и при прочистке. Прочистка проводится с использованием воздушного потока и чистой воды, что обеспечивает ее высокую степень. Микрофильтр с переменными порами, способен фильтровать параллельные и перпендикулярные потоки и эффективно применяется для фильтрации исходной воды с большой концентрацией взвешенных частиц, часть которой фильтруется через верхний слой сжатого фильтрующего слоя, а другая часть - через боковую часть фильтрующего слоя. Таким образом, увеличивается площадь фильтрации и количество очищаемой воды. Очищенная вода, образующаяся вдоль внутренних канавок резервуара высокого давления, подается в резервуар очищенной воды по выпускной трубке для, расположенной в нижней части резервуара высокого давления. Сущность изобретения. Микрофильтр снабжен большим количеством канавок в резервуаре высокого давления. Твердые взвешенные частицы фильтруются под действием сжатия подвижного поперечного нитевого фильтра, в котором часть потока исходной воды проходит через верхний фильтрующий слой, сжатый при помощи верхнего держателя. Вследствие этого, большинство частиц фильтруется через боковую часть фильтрующего слоя вдоль внутренних канавок резервуара высокого давления, тем самым увеличивается площадь фильтрации и объем обработанной воды. Во время прочистки чистая вода подается в трубку слива очищенной воды для ослабления натяжения поперечного нитевого фильтра, затем подаются сжатый воздух и чистая вода раздельно, через трубку подачи воздуха и трубку слива очищенной воды соответственно. Таким образом, сжатый воздух и чистая вода равномерно поступают в резервуар высокого давления. Микрофильтр с переменными порами, который включает в себя: - цилиндрический резервуар высокого давления; - верхний пластинчатый фланец, соединенный с трубкой впуска исходной воды (через которую подается исходная вода, содержащая взвешенные твердые частицы); - нижний пластинчатый фланец, соединенный с трубкой отвода очищенной воды; - поперечное фильтрующее устройство, нижняя часть которого неподвижно закреплена на неподвижном держателе, а верхняя часть свободно перемещается под действием давления жидкости вертикально по оси фильтра. Устройство имеет множество сквозных отверстий, образующихся за счет множества гибких поперечных нитевых волокон, которые обеспечивают прохождение и фильтрацию исходной воды; - резервуар для сбора очищенной воды, установленный по центру в нижней части резервуара высокого давления. Он предназначен для сбора очищенной воды, прошедшей через фильтрующий слой в полую внутреннюю часть резервуара, и дальнейшего ее отвода. - устройство подачи сжатого воздуха, которое нагнетает сжатый воздух с целью прочистки поперечных нитевых фильтров, загрязненных твердыми взвешенными частицами. Установка для сбора очищенной воды расположена в нижней части фильтра. На нижнем пластинчатом фланце расположено множество сквозных отверстий, имеющих положение, соответствующее канавкам резервуара высокого давления. Такие сквозные отверстия предназначены для сбора и отвода очищенной воды непосредственно в установку сбора. Рис. 1. Внутренняя структура микрофильтра с переменной структурой пор Вышеуказанные функции и другие преимущества микрофильтра с переменной структурой пор станут более очевидными при дальнейшем описании со ссылкой на чертежи, в которых представлены: Рис.1. Поперечный разрез, показывающий внутреннюю структуру микрофильтра. Рис.2. Поперечный разрез для объяснения процесса фильтрации. Рис.3. Поперечный разрез для объяснения процесса промывки. Детальное описание изобретения. Ссылаясь на Рис.1., показывающий микрофильтр с переменными порами, верхний пластинчатый фланец 27 соединен с верхней частью цилиндрического резервуара высокого давления 25. Напорная труба 30 для направления исходной воды, предназначенной для фильтрования воды в верхнюю часть фильтра, установлена на верхний пластинчатый фланец 27. Нижний пластинчатый фланец соединен с соединительным фланцем 28, который расположен в нижней части резервуара высокого давления 25. В этом случае трубка слива очищенной воды 31 и трубка впуска сжатого воздуха 33 для прочистки установлены на нижнем пластинчатом фланце 29. Трубка слива очищенной воды 31 соединена в центре нижнего пластинчатого фланца 29. А установка подачи сжатого воздуха 37 для обхватывания трубки слива очищенной воды и впущенного равномерно сжатого воздуха расположена на нижней части нижнего пластинчатого фланца 29. Установка подачи сжатого воздуха 37 включает в себя первую и вторую камеру 37а и 37b, которые соединяются друг с другом в ее центральной части. Трубка подачи сжатого воздуха 33 соединена с первой камерой 33а, и сжатый воздух может поступать из второй камеры 37b в резервуар под давлением 25 через множество отверстий для впуска 29а, находящихся на равном расстоянии друг от друга на нижнем пластинчатом фланце 29. Установка подачи сжатого воздуха 37 разделена на первую и вторую камеры 37а и 37b перегородкой 37с. Один конец установки подачи сжатого воздуха 37 попадает в пространство между нижним держателем 23, который будет описан далее, и нижним пластинчатым фланцем 29 через отверстие для впрыскивания 29а на нижнем пластинчатом фланце 29. А другой конец соединен с воздушным компрессором (не показан) для создания сжатого воздуха, необходимого для прочистки, через трубку подачи сжатого воздуха 33.Множество сквозных отверстий 23а расположены вертикально на нижнем держателе 23 в таком положении, в котором сжатый воздух может быть впрыснут между парой гибких поперечных нитевых фильтров 21а и 21b.Между тем, верхняя часть пары гибких поперечных нитевых фильтров расположена концентрически в двойной цилиндрической форме на нижней части верхнего держателя 22, который способен перемещаться вверх и вниз в резервуаре под давлением 23. Нижние части расположены на нижнем держателе 23 нижнего пластинчатого фланца 29. Резервуар очищенной воды 24 установлен в центре нижнего пластинчатого фланца 29 и собирает очищенную воду, профильтрованную через фильтрующий слой 40 Рис.2А, образованный гибкими поперечными нитевыми фильтрами 21а и 21b. Также, резервуар очищенной воды 24 передает собранную техническую воду к трубке слива очищенной воды 31. Множество сквозных отверстий 22а располагаются на верхнем держателе 22. Соответственно, в случае, когда исходная вода, поступает к верхним держателям 22, сквозные отверстия 22а позволяют ей поступить в фильтрующий слой 40, расположенный в нижней части резервуара высокого давления 25. Множество отверстий сбора очищенной воды 24а расположены на верхней и боковой части резервуара очищенной воды 24. В другом случае, множество отверстий для сбора очищенной воды 24а расположены только в средней части резервуара очищенной воды 24. А нижняя резервуара неподвижно соединена с нижним держателем 23 и с трубкой слива очищенной воды 31. Между тем, как было показано выше, поперечные нитевые фильтры 21а и 21b концентрически расположены в двухцилиндровой форме. Тем не менее, поперечные нитевые фильтры могут располагаться в трех- и четырехцилиндровой форме. Число целых поперечных нитевых фильтров может быть увеличено или уменьшено в соответствии с размером микрофильтра с переменными порами. Концентрически расположенные поперечные нитевые фильтры 21а и 21b расположены с постоянным интервалом на резервуаре высокого давления 25 с целью создания равномерных воздушных клапанов на фильтрующем слое 40. Кроме того, когда исходная вода перерабатывается с высокой степенью очистки, когда используются поперечные нитевые фильтры из тонких волокон. Таким образом, лучше, если внутренний фильтр будет сделан из волокон малого диаметра, а наружный фильтр - из волокон большого диаметра. Это делается для того, чтобы исходная вода плавно проходила через боковую часть фильтрующего слоя. То есть, в резервуар высокого давления лучше устанавливать гибкие комплексные поперечные нитевые фильтры двойной структуры. Например, такие синтетические волокна, как полиэфир, нейлон, полипропилен и гибкие тонкие металлические нити стали или меди могут быть использованы в качестве гибкого или прочного материала для поперечных нитевых фильтров 21а и 21b, образующих фильтрующий слой 40 по мере снижения давления верхнего держателя 22. Верхний держатель 22 может быть сделан из пластика, таким образом, поперечные нитевые фильтры будут вертикально подвешены. Формы верхнего 22 и нижнего 23 держателей определяются в соответствии с формой резервуара высокого давления. Функции микрофильтра будут подробно описаны далее со ссылкой на Рис. 2 и 3. Рис. 2. Процесс фильтрации микрофильтров с переменной структурой пор Рис. 2 представляет собой поперечный разрез, показывающий процесс фильтрации, а Рис. 3 - процесс прочистки. Прежде всего, ссылаясь на Рис. 2, далее будет описан процесс фильтрации. Верхний держатель 22 в состоянии плавучести поднимается в резервуаре высокого давления 25, как показано на Рис. 1. Во время фильтрации исходной воды, насос исходной воды (не показан) приводится в действие для перекачивания исходной воды из резервуара с исходной водой (не показан) в резервуар высокого давления 25 при определенном уровне давления воды, с целью нажима на верхний держатель 22. В этом случае верхний держатель 22 сохраняет небольшое расстояние до внутренней поверхности резервуара высокого давления 25. Соответственно, когда исходная вода под определенным давлением попадает в резервуар высокого давления, верхний держатель 22 опускается и сжимает поперечные нитевые фильтры 21а и 21b. Соответственно, поперечные нитевые фильтры 21а и 21b сжимаются до уровня нижнего держателя 23 под действием давления воды для того, чтобы образовать фильтрующий слой 40. При этом фильтрующий слой имеет поры конечного размера, например, воздушные клапаны различных размеров в зависимости от толщины материала гибких поперечных нитевых фильтров, к примеру, от 25 мкм до 0,05 мкм, как показано на Рис. 2А. Затем, когда внутреннее давление резервуара высокого давления 25 под действием верхнего держателя 22 поднимается, исходная вода течет по направлению к фильтрующему слою 40 через множество отверстий 22а, и преодолевая расстояние между верхним держателем 22 и резервуаром высокого давления 25. В этом случае поперечные нитевые фильтры 21а и 21b располагаются между верхним держателем 22 и резервуаром очищенной воды 24, в отличие от традиционной технологии, формируя таким образом часть фильтрующего слоя 40.Таким образом, взвешенные твердые частицы, содержащиеся в исходной воде, проходят и удаляются через фильтрующий слой 40 . Фильтрованная очищаемая вода через отверстия 24а проходит в резервуар очищенной воды 24, расположенный в центральной части резервуара высокого давления 25. Далее, очищенная вода выливается в трубку слива очищенной воды 31. Так, во время фильтрования исходной воды через фильтрующий слой 40, взвешенные твердые частицы фильтровались через верхнюю и боковую часть фильтрующего слоя 40. Далее будет описан процесс прочистки в соответствии с Рис. 3. В случае, если микрофильтр с переменными порами используется больше заданного времени, фильтрующий слой 40 засоряется взвешенными твердыми частицами выше контрольного значения. Тогда производится прочистка поперечных нитевых фильтров 21а и 21b. Для прочистки чистая вода под определенным давлением подается через трубку слива очищенной воды 31 с целью ослабления сжатия фильтрующего слоя 40. Рис. 3. Процесс промывки микрофильтров с переменной структурой пор Затем, при ослабленном фильтрующем слое 40, чистая вода подается через трубку слива очищенной воды 31, а сжатый воздух впрыскивается через трубку подачи воздуха 33. Здесь, сжатый воздух равномерно распределяется между гибкими поперечными нитевыми фильтрами 21а и 21b. При этом он проходит через множество отверстий 29а, вертикально расположенных на нижнем держателе 23, а также через первую и вторую камеры 37a и 37b установки подачи сжатого воздуха 37. Здесь, чистая вода и сжатый воздух увеличивают размер каждой поры в ослабленном фильтрующем слое 40. При этом с целью более легкого удаления твердых частиц, застрявших в поперечных нитевых фильтрах 21а и 21b, формируется вихревой поток. Далее, вода после прочистки выливается через трубку впуска исходной воды 30. В заключении хотелось бы отметить следующее: в вышеописанном фильтре используется метод тупиковой фильтрации, данный метод на сегодняшний момент не является совершенным по ряду причин, одна из которых высокая скорость накопления взвешенных частиц на поверхности фильтра, в результате чего энергоэффективность установки значительно снижается по сравнению с методом «тангенциального» фильтрования. В результате отсутствия каких-либо данных по качеству очищаемой воды, применение данных аппаратов на сегодняшний момент невозможно на территории Российской Федерации, вследствие чего хотелось бы обратить особое внимание научного сообщества на проблему исследования микрофильтров с переменной структурой пор.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.