3. Процес фільтрування. Швидкі та повільні фільтри.

Фільтрація є наступним (після коагуляції та відстоювання) технічним прийомом звільнення води від завислих речовин, не затриманих на попередніх етапах обробки (переважноце тонкодисперсна суспензія мінеральних сполук). Сутність фільтрації полягає в тому, що воду пропускають через дрібнопористий матеріал, найчастіше - через пісок з певним розміром частинок. Фільтруючи, вода залишає на поверхні і в глибині фільтрівзважені речовини. Фільтри класифікують з урахуванням різних характеристик: залежно від гідравлічних умов роботи - відкриті (ненапорние) і напірні; по виду фільтруючої основи - сітчасті (мікрофільтри, мікросіта), каркасні, або намивні(Діатомітові), зернисті (піщані, антрацитові і т. п.); за величиною фільтруючого матеріалу - дрібнозернисті (02-04 мм), середовищ-незерністие (04-08 мм), грубозернисті (0 ,8-1 5 мм), і за швидкістю фільтрування - повільні (01-02 м /ч) і швидкі (5-12 м /ч); у напрямку фільтруючого потоку -одно-і двопоточні, і за кількістю фільтруючих шарів - одно-, двох-, трьох-, багатошарові.

Фільтри повільної дії - Це перший тип фільтрів, які почали використовувати в практиці водообробки. У 1829 р. Джон Сімпсон побудував для лондонськоговодопроводу піщані фільтри, які отримали назву англійських, або повільних. Фільтри повільної дії застосовують в тому випадку, коли каламутність води не перевищує 200 мг /л і можна обмежитися попередніми природним відстоюванням її без коагуляції. Це резервуари з бетону, залізобетону або цегли, заповнені пошарово щебенем, галькою, гравієм і піском. азмери частинок поступово зменшується в напрямку знизу вгору (від 40 до 2 мм). Загальна товщина шару піску становить 08-1 м Фільтр має подвійне дно - нижня його частина суцільна, верхня - перфорована. Між ними утворюється дренажний простір, в яке і надходить профільтрувати вода. На верхню частину дна кладуть шар щебеню або гравію (товщиною 04-045 м), а на нього - власне фільтруючий шар кварцового піску (08-085 м), на який подають воду, що очищається.

Процес фільтрації на повільному фільтрі наближається до природного: вода проходить через фільтр повільно, зі швидкістю 01-02 м /ч. При таких умовах досягається практично повне освітлення води та очищення її від мікроорганізмів (на 95-99%).

У міру фільтрації води на поверхні фільтруючого шару піску утворюється біологічна плівка (товщиною 05-1 мм) із затриманих різноманітних органічних залишків, мінеральних речовин, колоїдних частинок і великої кількості мікроорганізмів. Формується вона протягом кількох діб, і цей період називається періодом "дозрівання" фільтра. Плівка сама є фільтром і затримує дрібну суспензія, яка пройшла б крізь пори піску. Тобто на повільному фільтрі відбувається плівкова фільтрація води. Біологічна плівка сприяє також мінералізації органічних речовин і знищення мікрофлори, зниженню окислюваності (на 20-45%) і кольоровості (на 20%).

З часом пори біологічної плівки забиваються зваженими частинками, що призводить до підвищення опору і гальмує фільтрацію. Тому повільні фільтри потрібно періодично очищати шляхом видалення 15-20 мм верхнього шару і підсипання чистого піску 1 раз в 10-30 діб. В цей час фільтр виводять з роботи.

Основними факторами, що сприяють очищенню води на повільних фільтрах, є: механічна затримка зважених частинок, адсорбція, окислення (хімічна дія розчиненого у воді кисню), ферментативна діяльність мікроорганізмів, біологічні процеси, пов'язані з життєдіяльністю найпростіших.

Незважаючи на високу ефективність очищення, простоту обладнання та експлуатації, повільні фільтри сьогодні використовують тільки на малих водопроводах, в сільських населених пунктах унаслідок їх низької продуктивності.

Об'ємна фільтрація за допомогою швидких фільтрів є фізико-хімічним процесом. При об'ємної фільтрації механічні домішки води проникають в товщу фільтруючогошару завантаження і абсорбуються під дією сил молекулярного тяжіння на поверхні його зерен і пристали раніше частинок. Чим вище швидкість фільтрації і крупніше зерна завантаження, тим забруднюючі речовини глибше проникають в товщу і рівномірніше розподіляються.

В даний час швидкі фільтри знайшли широке застосування в практиці очищення питної води. Вони пропускають за годину стовп води висотою 5-10 м, тобто їх продуктивність в 50-100 разів вище повільних і слідчий ¬ но зменшується площа і об'єм споруд. Ось чомуповільні фільтри поступилися місцем швидким на великих водопроводах. Вода, що пройшла коагуляцію, відстійник або освітлювач, надходить через бічну кишеню в резервуар фільтра. Висота шару води над поверхнею завантаженняповинна бути не менше 2 м. У процесі роботи фільтру вода проходить через фільтруючий (кварцовий пісок товщиною 07-10 м) і підтримує (щебінь, гравій товщиною 04-06 м) шари і розподільної системою направляється в резервуар чистої води. Важливо, щоб швидкість фільтраціїбула постійною протягом фільтро-циклу, тобто не зменшувалася у міру його забруднення. З цією метою на трубопроводі, який відводить профільтровану воду, встановлюють автоматичні регулятори швидкості фільтрації. Завдяки регуляторам, через фільтр проходитьпостійна кількість води.

Швидкі фільтри пропускають значно більше води, ніж повільні, тому вони швидше забруднюються. У результаті затримки зважених частинок в товщі фільтруючого шару зменшується розмір пор, що призводить до підвищенняопору завантаження під час фільтрації і втрати напору. Тривалість фильтроцикла коливається в предалах 12-24 ч. Тому швидкі фільтри потребують очищення 1 - 2 рази на добу, а в паводок, п р і високої каламутності води, - частіше. Після закінчення фильтроцикла фільтр промиваютьструменем чистої профільтрованої води, спрямованої знизу вгору (зворотним струмом), яку подають під тиском в розподільну систему. Промивна вода, проходячи з високою швидкістю (в 7-10 разів більшою, ніж швидкість фільтрування) через фільтруючу завантаження знизу вгору,піднімає і зважує її. Промивна вода разом з брудом переливається в збірні жолоби над поверхнею фільтруючого матеріалу і відводиться у водостік. Тривалість промивки швидких фільтрів - 7-10 хв. Кількість води, яка використовується для промивання фільтра, залежить від типу завантаження і коливається від 12 до 18 л /с на 1 м2.

Для інтенсифікації процесу фільтрації намагаються підвищити грязеем-кість фільтрів, під якою розуміють масу забруднень (в кг), затриманих 1м2 фільтруючого завантаження фільтра протягом фильтроцикла. Підвищену гря-зеемкость мають фільтри з двошаровою завантаженням, двопоточні фільтри системи АКХ і ДЦФ.

У фільтрах з двошаровою завантаженням над шаром піску товщиною 04-05 м насипається шар подрібненого антрациту чи керамзиту. В такому фільтрі верхній шар, що складається з більш великих зерен, затримує основну масу забруднень, а піщаний - їх залишок, що пройшов через верхній шар. Загальна грязеемкость двошарового фільтру в 2-25 рази більше грязеємність звичайного швидкого фільтра. Щільність антрациту (керамзиту) менше щільності піску, тому після промивки фільтра пошарове розташування завантаження відновлюється самостійно. Швидкість фільтрації в двошаровому фільтрі становить 10-12 м /ч, що в 2 рази більше, ніж в одношаровому незабаром. Суть роботи двопоточних фільтрів АКХ полягає в тому, що основна маса води (70%) фільтрується знизу вгору, а менша частина (30%) - як і в звичайних швидких фільтрах - зверху вниз. Завдяки цьому основна маса забруднень затримується в нижній частині фільтру, найбільш крупнозернистою, що має велику грязеемкость. Товщина фільтруючого шару в фільтрі АКХ - 145-165 м. На глибині 05-06 м від поверхні фільтруючого шару завантаження встановлюється трубчастий дренаж, через який відводиться профільтрована вода.

При промиванні фільтру АКХ спочатку протягом 1 хв промивну воду подають в дренажний простір для розпушування верхнього шару піску, потім протягом 5-6 хв - через розподільну систему, розташовану на дні фільтра. Брудна вода, як і в звичайних фільтрах, збирається в жолобі і відводиться у водостік. Фільтри ДДФ конструктивно відрізняються тим, що мають два шари завантаження (антрацит і пісок, керамзит і пісок) в наддренажном шарі. У фільтрах АКХ і ДДФ затримує здатність фільтруючого завантаження використовується по всій її висоті, що дозволяє підвищити швидкість фільтрації до 12-15 м /ч і збільшити продуктивність фільтра на 1 м2 поверхні в 2 рази.

Після коагуляції, відстоювання і фільтрації вода стає прозорою, безбарвною, очищеної від яєць гельмінтів і мікроорганізмів на 70-98%.