PL192630B1 - Sposób filtrowania medium ciekłego oraz warstwowe złoże filtracyjno-sorpcyjne do filtrowania medium ciekłego, zwłaszcza zaolejonego - Google Patents

Abstract

1. Sposób filtrowania medium ciekłego, zwłaszcza wody i ścieków zaolejonych, polegający na poddawaniu go znanej obróbce wstępnej, a następnie przepuszczaniu go przez złoże filtracyjno-sorpcyjne i odbieraniu poprzez drenaż, znamienny tym, że filtrowane medium ciekłe, zwłaszcza zaolejone, wprowadza się na złoże w kierunku równoległym do powierzchni warstwowego włókninowego złoża filtracyjnego-sorpcyjnego, przy czym cały strumień filtrowanego medium przepływa przez to złoże. 2. Warstwowe złoże filtracyjno-sorpcyjne do filtrowania medium ciekłego, zwłaszcza zaolejonego, w postaci pakietu utworzonego co najmniej z dwóch arkuszy włókniny polipropylenowej, połączonych mechanicznie lub umieszczonych w ażurowej obudowie, znamienne tym, że zawiera arkusze włóknin o właściwościach hydrofobowo-liofilowych (1), czyli niechłonących wody, a chłonących oleje, i hydrofilowych (2), czyli wodochłonnych, ułożonych naprzemiennie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób filtrowania medium ciekłego, oraz złoże filtracyjno-sorpcyjne przeznaczone do filtrowania medium ciekłego, zwłaszcza zaolejonego, przeznaczone do umieszczania w komorze filtracyjnej filtrów grawitacyjnych powolnych i pospiesznych w stacjach uzdatniania wody i w oczyszczalniach ścieków.

Dotychczas stosowany sposób filtracji wody i ścieków polega na przepływie, czy to grawitacyjnym czy też wymuszonym, wody czy ścieków przez złoże warstwowe ziarniste (z piasku i żwiru), w którym warstwy filtracyjne ułożone są prostopadle do kierunku przepływu.

W filtrach powolnych, w których przepływ następuje pod wpływem grawitacji, czy w filtrach pospiesznych charakteryzujących się grawitacyjnym względnie wymuszonym przepływem, przy filtracji wody i ścieków stosuje się obecnie wyłącznie złoża filtracyjne ziarniste z piasku, węgla aktywnego, względnie z granulowanego styropianu lub antracytu. Przez dobór odpowiedniego uziarnienia złoża uzyskuje się w tych filtrach efekt zatrzymania zanieczyszczeń grubodyspersyjnych - zawiesin. Zatrzymywane są także zanieczyszczenia rozpuszczone sorbowane biologicznie w przypadku filtracji powolnej lub sorbowane fizyczno-chemicznie w przypadku złóż żwirowych lub innych ziarnistych, stosowanych głównie w filtrach grawitacyjnych pospiesznych. Złoża takie wymagają częstego płukania oraz okresowej wymiany.

Znane są także filtry w postaci warstwy włókniny wykonanej z włókien polipropylenowych, stosowane w technice laboratoryjnej oraz w przemyśle do filtracji ciśnieniowej mediów ciekłych. Stosuje sieje także w laboratoriach jako sączki w przemyśle, zaś jako przegrody filtracyjne w ciśnieniowych prasach ramowych. Nie nadają się one jednak do filtrowania roztworów zawierających emulsje olejowe. Przepływ cieczy przez warstwę włókniny polipropylenowej, która jest wodoniezwilżalna, jest blokowany i w zasadzie, bez zastosowania wysokich ciśnień, niemożliwy. W obu przedstawionych zastosowaniach przepływ filtrowanego medium jest prostopadły do powierzchni jednowarstwowego filtru włókninowego.

Wykorzystanie włókniny do filtracji wody w stacjach uzdatniania czy filtracji ścieków w oczyszczalniach ścieków napotykało duże przeszkody, ponieważ w przypadku przepływu w kierunku prostopadłym do płaszczyzny arkusza włókniny opory hydrauliczne przepływu są bardzo wysokie, co praktycznie uniemożliwia grawitacyjny przepływ tych mediów przez filtr.

Znane jest też wykorzystywanie luźnych włókien polipropylenowych lub mat wykonanych z tych włókien przy likwidacji awaryjnych rozlewisk substancji olejowych, bo polipropylen nie chłonie wody, a chłonie oleje. Włókniny w postaci mat stosowane są w tym przypadku jako materiały sorpcyjne do usuwania z powierzchni utwardzonych, jak i z powierzchni wody rozlewisk oleju i produktów ropopochodnych.

Celem wynalazku było rozwiązanie zagadnienia zastosowania włókien polipropylenowych, charakteryzujących się doskonałymi właściwościami liofilowymi czyli olejochłonnymi do filtracji cieczy, zwłaszcza wody i ścieków, zawierających zanieczyszczenia olejowe.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że filtrowany strumień medium ciekłego, po wstępnym oczyszczeniu znanymi metodami, wprowadza się w kierunku równoległym do powierzchni warstwowego włókninowego złoża filtracyjno-sorpcyjnego, przy czym cały strumień filtrowanego medium przepływa przez to złoże pomiędzy równolegle ułożonymi względem siebie arkuszami włókninowymi, co powoduje zminimalizowanie hydraulicznych oporów przepływu. Włókniny tworzące złoże układa się na warstwie podtrzymującej, korzystnie piaskowej i/lub żwirowej.

Warstwowe włókninowe złoże według wynalazku stosuje się w postaci pakietu sorpcyjno-filtracyjnego zawierającego co najmniej dwa arkusze włóknin z włókien polipropylenowych połączonych mechanicznie, lub zespołu takich pakietów sorpcyjno-filtracyjnych zawierającego co najmniej dwa pakiety filtracyjno-sorpcyjne powiązane mechanicznie. Przepływ równoległy, zarówno poziomy jak i pionowy, w stosunku do płaszczyzny arkuszy włókniny niweluje do 0,1 m słupa wody opory hydrauliczne tego złoża filtracyjnego, a tym samym umożliwia grawitacyjny przepływ filtrowanego medium bez konieczności angażowania dodatkowej energii.

Warstwowe włókninowe złoże filtracyjno-sorpcyjne według wynalazku ma postać pakietu utworzonego z kilku - kilkudziesięciu arkuszy włókniny polipropylenowej, połączonych mechanicznie, korzystnie za pomocą cięgien, lub umieszczonych w lekkiej ażurowej obudowie. Pakiet taki zawiera arkusze włóknin o właściwościach hydrofobowo-liofilowych, czyli niechłonących wody, a chłonących oleje, i hydrofilowych czyli wodochłonnych, ułożonych naprzemiennie.

PL 192 630 B1

Warstwowe złoże filtracyjno-sorpcyjne w postaci pakietu zawiera jako materiał o właściwościach hydrofobowo-liofilowych arkusze włókniny polipropylenowej o geometrycznie rozwiniętej powierzchni otrzymywane metodą pneumotermiczną, czyli metodą rozdmuchu stopionego polimeru, o masie powierzchniowej 200-250 g/m, zaś jako materiał przekładkowy o właściwościach hydrofilowych - arkusze włókniny polipropylenowej puszystej - wysokoodprężnej o masie powierzchniowej 150-200 g/m otrzymane metodą klasyczną. Włókninę o geometrycznie rozwiniętej powierzchni otrzymano metodą pneumotermiczną, czyli rozdmuchu stopionych polimerów według sposobu opisanego w patencie Instytutu Włókiennictwa nr 164 005. Rozwinięcie powierzchni włókniny osiągnięto przez odbieranie włókniny na siatce drucianej zamocowanej na bębnie odbierającym. Zastosowanie włóknin hydrofobowo-liofilowych o geometrycznie rozwiniętej powierzchni znacząco zwiększa skuteczność sorpcyjną pakietu.

W zależności od zaprojektowanej objętości złoża filtracyjnego, warstwowe złoże według wynalazku ma postać bądź pojedynczego pakietu, bądź większej ilości pakietów połączonych mechanicznie.

W praktyce okazało się, że zastosowanie przepływu medium filtrowanego równolegle do arkuszy włóknin stanowiących pakiet znacznie zmniejszyło opory hydrauliczne tego rodzaju warstwowego złoża filtracyjnego. Przeprowadzone badania wykazały, że wynoszą one około 0,1 m słupa wody. W przypadku przepuszczania medium filtrowanego: wody lub ścieków w tradycyjnie stosowanym kierunku, tzn. prostopadłym do płaszczyzny arkuszy pakietu, opory hydrauliczne przepływu są bardzo wysokie, średnio około 1,0 m słupa wody na jeden arkusz pakietu, co właściwie wyklucza grawitacyjny przepływ medium filtrowanego.

Zastosowanie w złożach według wynalazku arkuszy włóknin o zróżnicowanych właściwościach, a szczególnie arkuszy włókniny o geometrycznie rozwiniętej powierzchni, uaktywnia proces turbulencji przepływu i powoduje równomierny rozdział strumienia medium filtrowanego. Podczas operacji filtrowania wody czy ścieków domieszki zanieczyszczające zatrzymywane są zarówno na powierzchniach arkuszy, jak i w ich wnętrzu. Zastosowanie warstwowego złoża według wynalazku w filtrach grawitacyjnych na stacjach uzdatniania wody i w oczyszczalniach ścieków nie wymaga zmian konstrukcyjnych drenażu filtrów grawitacyjnych i warstwy podtrzymującej. Ponadto nie jest wymagana zmiana systemu płukania filtrów. Złoża te można płukać wodą i powietrzem, jak i samą wodą.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku (fig. 1), na którym przedstawiono złoże filtracyjno-sorpcyjne w widoku ogólnym.

Przykład

Warstwowe złoże filtracyjno-sorpcyjne w postaci pakietu składa się z arkuszy włókniny polipropylenowej o geometrycznie rozwiniętej powierzchni - olejochłonnej 1 i arkuszy włókniny polipropylenowej puszystej - wysoko odprężnej 2 o właściwościach hydrofilowych, czyli wodochłonnych, przy czym na końcach pakietu znajdują się arkusze z włókniny puszystej - wysoko odprężnej 2. Arkusze włókniny połączone są mechanicznie za pomocą czterech linek 3 przechodzących przez wszystkie arkusze pakietu. Na skrajnych arkuszach pakietu umiejscowione są pętle 4 uformowane z końcówek linek 3, umożliwiające łączenia pakietów między sobą.

Sposób według wynalazku zrealizowano w typowej miejskiej oczyszczalni ścieków z filtrami pospiesznymi jako końcowymi urządzeniami oczyszczającymi, (fig. 2), zachowując następującą procedurę: Pakiety w ilości 25 sztuk o wysokości 0,7 m każdy i całkowitej powierzchni filtracji 4,1 x 4,7 m, dające objętość złoża filtracyjno-sorpcyjnego 5 - 13,5 m³, ułożono w prostopadłościan na żwirowo - piaskowej ziarnistej warstwie podtrzymującej 6. Warstwa ta składała się z:

- 30 cm warstwy o uziarnieniu 16-32 mm

- 10 cm warstwy o uziarnieniu 8-16 mm

- 10 cm warstwy o uziarnieniu 4-8 mm

- 10 cm warstwy o uziarnieniu 2-4 mm

Połączonych między sobą pakietów nie mocuje się do konstrukcji obudowy filtra ani także do układu drenażowego umiejscowionego pod warstwą podtrzymującą. Z uwagi na małą masę pakietów z włókien polipropylenowych oraz małą gęstość samego polipropylenu - mniejszą od wody, utworzone złoże filtracyjne z tych pakietów zabezpieczone zostało przed wypłynięciem za pomocą siatki nylonowej 7 rozpiętej na ramie, którą zamocowano do obudowy filtra.

Oczyszczany strumień ścieków 8 wprowadzono od góry przewodem 9 z natężeniem umożliwiającym osiągnięcie znamionowej prędkości filtracji 5 m/h w kierunku równoległym do powierzchni arkuszy włókniny w pakietach złoża 5 tak, że cały strumień oczyszczanych ścieków z przewodu 9 przepły4

PL 192 630 B1 wał równomiernie przez utworzone z pakietów warstwowe złoże filtracyjno-sorpcyjne. Filtrat odbierany był przez drenaż 10 ułożony pod warstwą podtrzymującą 6 i odprowadzany przewodem 11.

W trakcie eksploatacji filtra ze złożem według wynalazku, filtr był płukany zgodnie z dotychczasową procedurą, zarówno wodą . z przewodu 12, jak i powietrzem z przewodu 13.

Claims (4)

1. Sposób fiitr^o\^i^r^i^ medium ciekłego, zwłaszcza wody i ścieków zaolejonych, polegający na poddawaniu go znanej obróbce wstępnej, a następnie przepuszczaniu go przez złoże filtracyjno-sorpcyjne i odbieraniu poprzez drenaż, znamienny tym, że filtrowane medium ciekłe, zwłaszcza zaolejone, wprowadza się na złoże w kierunku równoległym do powierzchni warstwowego włókninowego złoża filtracyjnego-sorpcyjnego, przy czym cały strumień filtrowanego medium przepływa przez to złoże.

2. Warstwowe złoże 11^80^0-80^0^6 do ffttowania medium dektego, zwłasszca zaolejonego, w postaci pakietu utworzonego co najmniej z dwóch arkuszy włókniny polipropylenowej, połączonych mechanicznie lub umieszczonych w ażurowej obudowie, znamienne tym, że zawiera arkusze włóknin o właściwościach hydrofobowo-liofilowych (1), czyli niechłonących wody, a chłonących oleje, i hydrofilowych (2), czyli wodochłonnych, ułożonych naprzemiennie.

3. Warsswowe ztoże według zas^z. 2, znamienne tym, że zawiera fako materiał o właściwościach hydrofobowo-liofilowych arkusze włókniny polipropylenowej o geometrycznie rozwiniętej powierzchni (1) - otrzymane metodą pneumotermiczną, czyli rozdmuchu stopionego polimeru, zaś jako materiał o właściwościach hydrofilowych - polipropylenową włókninę puszystą - wysokoodprężną (2).

4. Warsswowe zzoże weclług zastrz. 2, znamienne tym, że arkusse włóknin w ρ3^βοϊβ pooączone są za pomocą linek (3).