11.3. Разновидности фильтрования воды в природе и технологиях осветления

Известны три разновидности фильтрования воды в природе. Во-первых, выделение взвесей из воды исключительно внутри пористой среды, например в слое крупнозернистого песка, обнажённом на склоне берега реки и быстро затопляемом мутной паводковой водой, или в ложах водохранилищ и каналов, впервые заполняемых. Во-вторых, это выделение взвесей из воды внутри пористой среды и в виде слоя отложений на входной ее поверхности, например, если в составе взвесей есть фракции по крупности больше поперечных размеров пор. В-третьих, когда фракции по различным причинам не вовлекаются потоком воды внутрь пористой среды и выделяются из потока преимущественно на входной поверхности среды, например в условиях малых скоростей фильтрации, в мелкозернистом песке и на поверхности глинистых грунтов. Из этих трёх разновидностей фильтрования первая и третья активно используются в практике водоочистки. При этом первая – обычно на станциях по схемам искусственного и естественного методов осветления воды, третья – только естественного.

Несколько углубимся в известные современные искусственный и естественный методы осветления воды фильтрованием.

Основной чертой искусственного метода осветления является привнесение в воду химических веществ, интенсифицирующих процесс осветления, т. е. он осуществляется по реагентной схеме. Она представляет собой технологически связанную цепочку гидравлических устройств, составляющих основу станции осветления воды. Воду сначала обрабатывают химическими реагентами, в результате реакций мелкие взвешенные частицы слипаются в хлопья (коагулируют), крупные хлопья осаждаются. Затем эту существенно осветленную отстаиванием воду фильтруют на фильтрах. Полученную глубоко осветленную воду направляют на следующий технологический этап очистки, например на обеззараживание.

Для реализации искусственного метода требуются химикалии (сернокислый алюминий или др.), реагентное хозяйство, дозатор раствора, смеситель для смешивания раствора реагента с осветляемой водой, камера химических реакций, отстойник и фильтр. Все эти устройства гидравлически связаны между собой трубами и содержат запорно-регулирующую арматуру.

Главные достоинства искусственного метода заключаются в его высокой удельной производительности и универсальности, благодаря чему он применим для осветления воды практически из любого водоисточника. Однако этот метод обладает и крупным недостатком: обработка воды реагентами изменяет химический состав очищаемой воды, что порождает экологический риск, так как отходы химических реакций сбрасываются в источник. Требуется принятие соответствующих природоохранных мер и дополнительных инженерных сооружений.

Применение реагентов делает технологический процесс дорогим, а станцию осветления воды – сложной по конструкции и в эксплуатации. Наличие большого числа запорно-регулирующей арматуры снижает надежность работы станции и осложняет её автоматизацию. Большое число устройств станции требует больших капиталовложений, значительных эксплуатационных расходов, в том числе на содержание высококвалифицированного штата специалистов. Однако искусственный метод осветления воды фильтрованием не только в нашей стране, но и за рубежом применяется интенсивно.

Естественный метод осуществляется без применения каких-либо реагентов. Поэтому он называется безреагентным. Реализация метода производится на издавна применяемых в водоснабжении медленных (плёночных) фильтрах и сравнительно новых фильтрах объёмного фильтрования.

Основными достоинствами естественного метода, реализуемого на фильтрах, являются отсутствие необходимости предварительной обработки воды реагентами и вытекающая из этого простота конструкции безреагентной станции осветления воды. Однако ему присущи следующие крупные недостатки: его малая удельная производительность требует строительства станций осветления с большой площадью в плане фильтрующих поверхностей, что делает их весьма дорогими по капитальным вложениям. Наличие большого числа задвижек на трубах фильтров затрудняет их надежную автоматизацию, известные средства автоматизации фильтров на основе этого метода громоздкие и дорогие. Тем не менее пленочные фильтры широко применяются в водоснабжении.