5.2. Технологические основы очистки стоков фильтрованием

В технологии очистки фильтрованием важным является соотношение между продолжительностью периода защитного действия загрузки _з и продолжительностью достижения предельной потери напора _н . Это соотношение может быть различным для различных условий осуществления процессов очистки. Когда _з < _н, фильтр выключают на промывку из-за ухудшения качества фильтрата. При _з = _н моменты достижения предельной потери напора и начала ухудшения качества фильтрата совпадают, что является наилучшим с точки зрения технико-экономических показателей очистки. Если _з > _н, задерживающая способность загрузки используется только частично, т.е. фильтр мог бы еще работать, обеспечивая требуемую очистку фильтрата, но необходимо отключение по причинам превышения допустимого гидравлического сопротивления слоя. При _з < _н не полностью используется имеющийся напор, так как необходимо отключение фильтра на промывку из-за ухудшения качества фильтрата.

Путем изменения толщины слоя загрузки, эквивалентного диаметра зерен загрузки, изменения скорости фильтрования можно уменьшить _з, если _з > _н , или _н , если _{н >} _з и добиться их равенства, при котором достигается максимальная производительность фильтра. Для обеспечения требуемого качества фильтрата, повышения надежности сооружений целесообразно принимать значения _з / _н >1.

Трудности расчета фильтров очистки сточных вод различного состава из-за многих причин предопределяют необходимость технологического моделирования фильтрования. Оно основано на предположении о неизменности физической сущности явлений, сил, действующих на объекты, наблюдаемых в производственных и лабораторных условиях. Для большей воспроизводимости лабораторных данных на производстве, в том числе для исключения влияния на показатели процесса пристеночного эффекта, изменения скорости потока по высоте слоя из-за отбора проб, в лабораторных опытах рекомендуют применять фильтрующие колонки диаметром 150 - 200 мм в высотой 2 - 3 м.

Выключение фильтров на промывку осуществляют при достижении предельного значения регламентированного гидравлического сопротивления или ухудшения качества фильтрата. Промывку осуществляют обратным током воды или воздуха и воды. Промывная вода подается снизу фильтра со скоростью, обеспечивающей переход зерен загрузки во взвешенное состояние. Объем загрузки при этом увеличивается, и ее поверхность приближается к кромке желоба. Находясь во взвешенном состоянии, отдельные зерна непрерывно соударяются друг о друга, происходит оттирание налипших частиц примесей, которые уносятся потоком воды. Для промывки нормально работающих фильтров достаточна продолжительность 5 - 8 мин. Промывку кварцевых песков с диаметром зерна 1 мм ведут, например, в следующем режиме: продувка воздухом с интенсивностью 15 - 20 л/м² с в течение 1 - 2 мин, затем водовоздушная промывка при подаче воздуха 15 - 20 л/м²  с и воды 3 - 4 л/м²  с в течение 4 - 5 мин с последующей подачей воды с интенсивностью 6 - 8 л/м²  с в течение 4 - 5 мин. Расход воды на промывку составляет от 2 до 8 % от объема очищаемой воды.

Для безреагентного осветления и частичного обесцвечивания воды из поверхностных источников используют медленные фильтры. В зависимости от содержания взвешенных веществ в исходной воде (50 - 1000 мг/л) рекомендуют различные технологические схемы: регенерация с удалением зернистой загрузки при малом содержании взвешенных; механическое рыхление и гидросмыв загрязнений - при среднем содержании; предфильтры и медленные фильтры с механическим рыхлением и гидросмывом - при мутности до 1000 мг/л. Образующаяся на поверхности загрузки пленка из взвешенных веществ обеспечивает высокую степень очистки и обеззараживания воды. Стоимость очистки на медленных фильтрах невысока, но они пригодны только при относительно небольшой производительности очистных сооружений, не более 3000 м³/сут. Скорость фильтрования – 0,1 - 0,3 м/ч.

Скорые фильтры используются для очистки воды с предварительным осветлением и без осветления (прямоточные фильтры). В зависимости от способа создания напора, необходимого для преодоления гидросопротивления зернистой загрузки, различают фильтры открытые, самотечные и напорные. В открытых фильтрах перепад давлений создается за счет разности уровней воды на фильтре и в резервуаре воды; в напорных давление создается насосом. Скорости фильтрования изменяются в интервале 5 - 15 м/ч.

Разновидность скорых фильтров - контактные осветлители работают по принципу фильтрования воды с добавлением коагулянтов через слой зернистой загрузки. Коагуляция в слое зернистой загрузки протекает полнее и быстрее, чем при коагуляции в слое жидкости. Однако нельзя исключить опасность загрязнения распределительной системы, поэтому необходима предварительная очистка от грубых примесей.

Суммарную площадь фильтров (F, м²) рассчитывают по формуле

(5.12)

где Q – полезная производительность очистной станции, м³/сут; Т – продолжительность работы станции в течение суток, ч; _т – расчетная скорость фильтрования, м/ч; n – число промывок каждого фильтра в сутки;  – интенсивность промывки, л/м²с; ₁ – продолжительность промывки, ч; ₂ – время простоя фильтра в связи с промывкой, ч.