5.3. Фильтрующие материалы

При выборе фильтрующего материала необходимо учитывать его стоимость, возможность получения в близлежащих районах, надлежащий фракционный состав, механическую прочность, химическую стойкость по отношению к фильтруемой воде. Использование мелкого материала приводит к сокращению фильтроцикла, росту объема промывной воды, увеличению эксплуатационных затрат. Применение крупных фракций снизит качество фильтрата. При большой неоднородности фильтрующей загрузки ухудшаются условия промывки, так как вынос мелких фракций начнется раньше, чем придет в движение загрузка крупных фракций. Можно снизить интенсивность промывки, но это приведет к недостаточной промывке.

При недостаточной механической прочности загрузки происходит истирание и измельчение, вследствие чего возрастает гидравлическое сопротивление слоя из-за забивания мелочью и вынос измельченной загрузки с промывной водой. Механическую прочность оценивают по истираемости (вследствие трения друг о друга зерен во время промывок) и по измельчаемости (т.е. износ вследствие растрескивания зерен)

Недостаточная химическая стойкость приводит к обогащению осветленной воды вредными для здоровья людей веществами, содержащимися в материале. Фильтрующий материал считается стойким, если он дает прирост растворенного остатка не более 20 мг/л, окисляемости до 10 мг О₂/л и кремниевой кислоты – до 10 мг/л. Также проводится оценка по содержанию токсичных веществ.

Важнейшие характеристики фильтрующих материалов: межзерновая пористость засыпки, форма зерен и плотность. Зерна угловатой формы, имеющие шероховатую поверхность, характеризуются повышенным эффектом адсорбции примесей, а большая пористость обеспечивает меньшее гидравлическое сопротивление. Плотность зерен загрузки определяет необходимую интенсивность промывки фильтрующей загрузки. Межзерновую пористость засыпки определяют по формуле

, (5.13)

где m - масса отмытого и отсортированного материала, имеющего объем V,  – плотность материала.

Форма зерен оценивается коэффициентом формы, представляющим собой отношение поверхности зерна к поверхности равновеликого по объему шара. Коэффициент формы реальных загрузок всегда больше единицы.

Наибольшее распространение в качестве фильтрующего материала получил кварцевый песок - речной или карьерный. Наряду с песком применяют антрацит, керамзит, шунгизит, горелые породы, доменные шлаки и т.д. Находят применение зерна полистирола, получаемого в результате вспучивания при тепловой обработке исходного материала - полистирольного бисера. Зерна такой загрузки имеют плотность от 100 до 200 кг/м³ и плавают в воде. В последнее время в качестве фильтрующих материалов находят применение материалы, способные извлекать из воды не только взвешенные вещества, но и растворенные примеси: магномасса, активные угли, природные ионообменники - цеолиты. В качестве поддерживающих материалов используют щебень или гравий.

Очистку маломутных и малоцветных вод можно проводить фильтрованием через слой специального фильтрующего материала - порошка, предварительно намытого на фильтрующую основу: плоские, цилиндрические керамические материалы, сетчатые и каркасно-навитые элементы. В качестве фильтрующих материалов используют диатомит, целлюлозу, бентонит, древесную муку и опилки, волокнистые материалы. Такие фильтры называют намывными. Работают фильтры по напорной схеме, реже как гравитационные или вакуумные. Скорость фильтрования – от 1 до 50 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 35 - 60 ч, потери напора – до 15 - 20 м, расход воды на промывку – 0,5 - 0,7 %. На м² основы намывают 300 - 400 г порошка за 3-4 мин. Равномерный слой фильтрующего материала удерживается за счет разности давлений внутри и вне слоя. Для предотвращения образования на поверхности слоя малопроницаемой пленки примесей в очищаемую воду непрерывно или периодически вводят небольшие количества фильтрующего порошка (до 10 мг/л).