Удаление примесей воды фильтрованием через зернистые материалы

 

Удаление примесей воды (осветление воды) фильтрованием через зернистые материалы широко применяется для практически полного извлечения из воды нерастворенных примесей при получении воды питьевого качества. Для мало мутных вод фильтрование через зернистые материалы может быть единственным технологическим процессом извлечения из воды примесей, например схемы с контактными фильтрами или контактными осветлителями. Чаще фильтрование через зернистые материалы применяется на финишной стадии в двух или трех ступенчатых схемах подготовки воды.

Фильтры подразделяются по ряду признаков.

По скорости фильтрования фильтры могут быть:

- медленными, работающими со скоростями фильтрования 0, 1 -.0, 2 м/ч;

- скорыми, работающими со скоростями фильтрования 5, 0 - 12, 0 м/ч;

- сверхскорыми, (ультраскорыми), работающими со скоростями фильтрования более 15 м/ч.

В отечественной практике для получения воды питьевого качества применяются только первые два типа, особенно широко – скорые фильтры.

Сверхскорые фильтры применяются для частичного осветления в промышленном водоснабжении и в качестве префильтров в коммунальном водоснабжении.

Фильтры могут быть безнапорными, имеющими открытое зеркало воды и работающими под атмосферным давлением, и напорными, имеющими закрытый корпус и работающими под давлением выше атмосферного. В коммунальном водоснабжении чаще применяются безнапорные фильтры. Напорные фильтры применяются в небольших установках заводского изготовления и при обезжелезивании воды.

Фильтры могут быть загружены инертной или активной загрузкой. Инертные загрузки никак не воздействуют на химический состав воды (кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит и др.) и применяются в осветлительных фильтрах для извлечения из воды нерастворенных примесей.

Активные загрузки (активированные угли, дробленый мрамор, полу обожженный доломит и др.) применяются для извлечения из воды примесей на молекулярном уровне или насыщения воды недостающими примесями. Особое место занимают ионообменные зернистые материалы, которые широко применяются для умягчения и обессоливания воды, и довольно редко для получения воды питьевого качества.

По количеству слоев фильтрующей загрузки фильтры могут быть одно-, двух, и многослойными.

По способу промывки фильтры могут промываться только водой или водой и воздухом. В последнем случае промывка может осуществляться с расширением загрузки или без ее расширения с горизонтальным отводом промывной воды.

У всех фильтров, независимо от их конструкции, имеются общие элементы:

- корпус, железобетонный у безнапорных фильтров и стальной или пластмассовый у напорных фильтров;

- верхняя распределительная система, предназначенная для подачи и распределения исходной воды и сбора промывной воды;

- нижняя распределительная система (дренаж), предназначенная для подачи и распределения промывной воды и сбора фильтрованной воды;

- фильтрующая загрузка, предназначенная для извлечения из воды примесей;

- трубопроводы с арматурой (трубопроводная обвязка фильтра) для управления работой фильтра:

- подача исходной воды;

- отвод фильтрованной воды;

- отвод первого фильтрата;

- подача воды для промывки фильтра;

- подача сжатого воздуха для промывки фильтра (при водо-воздушной промывке);

- отвод промывной воды;

- опорожнения фильтра;

- аппаратура КИП и автоматики.

 

 

Скорые фильтры

Скорые фильтры представляют собой прямоугольный в плане резервуар с дренажной системой, на которой укладывается фильтрующая загрузка высотой 700 – 2000 мм с размером зерен 0, 5 – 2, 0 мм. Работают фильтры со скоростями фильтрования 5 – 12 м/ч. Для обеспечения высокого эффекта осветления воды (практически полного извлечения всех нерастворенных примесей) при столь высоких скоростях фильтрования и крупнозернистой загрузке необходима предварительная коагуляция примесей воды.

       В скорых фильтрах задержание примесей идет практически во всей толщине загрузки (во всем объеме). Восстановление фильтрующей способности загрузки в скорых фильтрах осуществляется восходящим потоком воды, либо воды и воздуха.

Скорые фильтры очень широко применяются на водопроводных очистных сооружениях для подготовки воды питьевого качества.

Конструктивная схема скорого фильтра зависит от его площади и конструкции дренажа. При использовании трубчатого дренажа и площади фильтра не более 15 – 20 м² коллектор дренажа (диаметр не более 400 – 500 мм) располагается в площади фильтрования. При большем диаметре коллектора возникают проблемы с промывкой фильтрующей загрузки, расположенной над коллектором. Для исключения этого в фильтрах площадью более 20 м² коллектор выносится из площади фильтрования. При площади фильтра более 30 м² устраиваются фильтры с центральным каналом, в которых коллектор дренажа вынесен из площади фильтрования и раздает воду в распределительные трубы на две стороны.

 

Рис. 1.3.14. Конструктивная схема скорого фильтра с центральным каналом

1 – коллектор дренажа; 2 – дырчатые распределительные трубы дренажа; 3 – поддерживающий гравийный слой; 4 – фильтрующая загрузка; 5 – желоба верхней распределительной системы; 6 – канал; 7 – подача исходной воды в фильтр; 8 – отвод фильтрованной воды; 9 – отвод первого фильтрата; 10 – подача воды на промывку фильтра; 11 – отвод промывной воды; 12 – опорожнение фильтра; 13 - трубопровод фильтрованной воды; 14 – трубопровод исходной воды; 15 - трубопровод воды на промывку фильтров; 16 - трубопровод отвода промывной воды

 

Контактные осветлители

Контактные осветлители представляют собой разновидность фильтровальных аппаратов, работающих по принципу фильтрования воды в направлении убывающей крупности зерен через слой загрузки большой толщины, который реализуется применением восходящего фильтрования, снизу вверх.

Обрабатываемая вода после смешения с коагулянтом через нижнюю распределительную систему подается в КО и фильтруется через слои загрузки, крупность зерен которых постепенно уменьшается. Осветление воды происходит в условиях контактной коагуляции.

В КО применяется фильтрующая загрузка плотностью не менее 2, 5 г/см³ с размером зерен 0, 7 – 2, 0 мм, высотой слоя 2, 0 – 2, 3 м.

КО могут устраиваться с поддерживающими слоями и без них.

Промывка КО может осуществляться только водой (КО-1) или водой и воздухом (КО-3).

 

 

     

Рис. 1.3.15. Контактные осветлители КО-1 (а) и КО-3 (б):

1, 9 – подача и отвод промывной воды; 2, 7 – нижнее и верхнее отделения бокового кармана; 3 – дренаж; 4 – слой гравия, 5 – слой песка; 6 – водосборный желоб; 8, 10 – отвод фильтрата и подача исходной воды; 11 – воздухораспределительная система; 12 – подача воздуха на промывку; 13 – струенаправляющий выступ; 14 – слой воды над загрузкой; 15 – пескоулавливающий желоб

 

Фильтрующая загрузка

Фильтрующая загрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, извлекающим из воды примеси. От правильности выбора фильтрующего материала, размеров его зерен, высоты слоя зависит эффективность работы фильтров.

Фильтрующая загрузка должна отвечать следующим основным требованиям:

- иметь соответствующий условиям фильтрования фракционный состав (размер зерен) и высоту слоя;

- иметь надлежащую степень однородности размеров ее зерен;

- обладать достаточной механической проч­ностью и химической стойкостью материала по отношению к фильт­руемой воде;

- иметь небольшую стоимость и возможность получения в районе строительства данного фильтровального комплекса.

       Использование более крупного фильтрующего материала - влечет за собой снижение качества фильтрата.

Использование более мелкого фильтрующего материала вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасход промывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды.

При большой степени неоднородности происходит вынос верхних, мелких фракций, раньше, чем придет в движение основная масса зерен загрузки. Снижение интенсивности промывки приводит к ухудшению промывки более крупных фракций. Кроме того наличие верхних, мелких фракций может привести к образованию поверхностной фильтрующей пленки.

Крупность и однородность фильтрующего материала определяют ситовым анализом путем просеивания навески материала через ряд калиброванных сит.

       Механическая прочность фильтрующих материалов оценивается:

- истираемостью, т. е. процентом износа материала вследствие трения зерен друг о друга (должно быть не более 0, 5);

- измельчаемостью, процентом износа вследствие растрескивания зерен (должно быть не более 4, 0).

       Для оценки этих показателей 100 г фильтрующего материала, прошедшего через сито калибром 1 мм и оставшегося на сите калибром 0, 5 мм помещают в емкость со 150 мл воды и встряхивают в течение 24 часов.

Истираемость определяют массой, %, его частиц, прошедших через сито калибром 0, 25 мм, измельчаемость – массой, %, его частиц, прошедших через сито калибром 0, 5 мм и оставшихся на сите калибром 0, 25 мм.

       Важным требованием, предъявляемым к качеству фильтрующих материалов, является их химическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, т. е. чтобы вода не обогащалась веществами, вредными для здоровья людей (в питьевых водопроводах) или для технологии того производства, где вода используется.

       Фильтрующие материалы, используемые в хозяйственно-питьевом водоснабжении, проходят санитарно-гигиеническую оценку.

       Важнейшие характеристики фильтрующих материалов:  

-  межзерновая пористость засыпки, m_о, %;

-  коэффициент формы зерен, α ;

-  плотность, ρ , г/см³.

Межзерновая пористость. Чем больше пористость,  тем меньше гидравлическое сопротивление загрузки, больше грязеемкость,  больше длительность фильтроцикла и меньше расход воды на промывку.

       Коэффициент формы α, представляет собой отношение поверхности зерна к поверхности равновеликого по объему шара. Коэффициент формы реальных загрузок всегда больше единицы. Зерна угловатой формы (дробленые материалы) имеют шероховатую поверхность, повышенный эффект адсорбции примесей и большую пористость засыпки.

       Плотность зерен, ρ, определяет необходимую интенсивность промывки фильтрующей загрузки, а также определяет технологический режим работы контактных осветлителей.

Особое место занимают фильтрующие загрузки с плотность меньше плотности воды (плавающие загрузки).

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: