. Фильтрующая загрузка
Требования к фильтрующим загрузкам.
Основные требования к загрузкам фильтров могут быть разделены на следующие группы:
Механическая прочность.
Химическая стойкость.
Достаточная пористость.
Помимо перечисленных требования, загрузка должна обладать очевидным свойством – способностью задерживать загрязнения, однако, к сожалению, это свойство загрузки можно пока определить только экспериментально.
Механическая прочность характеризуется двумя параметрами: истираемостью и измельчаемостью. Схема определения этих характеристик приведена на рис. 9.8.
Берут 100 г фильтрующего материала крупностью менее 1 мм, но больше 0,5 мм, помещают в банку с 150-200 мл воды и встряхивают (100-120 раз в мин.) в течении 24 ч. После высушивания материала просеивают его через сито 0,5 и 0, 25 мм. Вес зерен, оставшихся на сите 0,25 мм, характеризует измельчаемость загрузки (%). Эта фракция появилась в результате недостаточной прочности зерен и их растрескивания. Вес зерен, прошедших сито 0,25 мм, характеризует истираемость загрузки (в %). Эти пылевидные фракции появились в результате трения зерен друг о друга. СНиП допускает применение зернистых загрузок при условиях:
измельчаемость –4%,
истираемость - 0,5%
В случаях, когда фильтрующий материал недостаточно прочен, будет велика его потеря вследствие уноса при промывке. Кроме того, мелкий песок скапливается на поверхности загрузки и резко увеличивает потери напора при фильтрации, при этом сокращается фильтроцикл и уменьшается производительность фильтра.
Химическая стойкость загрузки необходима для того, чтобы вода при фильтровании не обогащалась вредными для потребителя веществами. Испытания химической стойкости проводят по методике ВОДГЕО в кислой, нейтральной и щелочной средах. Разница испытаний с фильтрующей средой и без нее не должен превышать:
растворенный осадок – 20 мл/л,
окисляемость – 10 мг/л,
кремнекислота – 10 мг/л.
Пористость зернистой среды существенно влияет на работу фильтра. Пористостью называется отношение объема порового пространства между зернами к общему объему загрузки. При малой пористости материала резко возрастают потери напора при фильтровании, и сокращается фильтроцикл.
9.5.2. Характеристики фильтрующих материалов.
Правильный выбор фильтрующей загрузки определяет эффективность работы фильтра. Наиболее распространенными видами загрузки являются:
1. Кварцевый песок (речной).
2. Керамзит.
3. Горелые породы.
4. Антрацит.
Кварцевый песок для станций очистки воды поставляется централизованно (Волгоградский карьер), стоимость 1 т около 40 руб. *)
Керамзит представляет собой гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глины в специальный печах.
Горелые природные породы представляют собой угленосные породы из аргиллитов или песчанников, подвергнутых обжигу при подземных пожарах.
К применению рекомендуют керамзит, выпускаемый Безимянским заводом (г. Куйбышев), Обуховским ДСК №2 (г. Ленинград) и горелые породы угольного карьера №8 комбината «Кузбасскарьероуголь». При необходимости применения керамзита других заводов или горелых пород других карьеров необходимо проведение специальных санитарно-гигиенических исследований и разрешение органов Минздрава. Объясняется это тем, что в упомянутых материалах могут содержаться токсичные примеси.
Применяемый керамзит может быть дробленый и недробленый.
Антрацитовую крошку для загрузки фильтров изготовляют из антрацита марки АП, АК и АС– мытое. Зерна антрацита должны быть кубической или шаровидной формы. Зольность его должна быть не выше 10%, содержание серы – до 3%. Применение антрацита слоистого строения не допускается. Антрацит применяется в фильтрах вместе с песком – двухслойная загрузка.
Основные характеристики перечисленных материалов приведены в табл.9.2.
Таблица 9.2.
Основные характеристики фильтрующих материалов.
Характеристика материала |
Единица измерения |
Материал |
||||
Песок кварцевый |
Антрацит |
Керамзит |
Горелые породы |
|||
дробленый |
недробленый |
|||||
Плотность |
г/см3 |
2,6-2,65 |
1,6-1,7 |
1,7-1,8 |
1,2-1,5 |
2,4-2,5 |
Насыпная плотность |
т/м3 |
1,3-1,4 |
0,9-1,1 |
0,7-0,8 |
0,35-0,5 |
1,5-1,8 |
Пористость |
% |
36,5-44,5 |
41-46 |
46 |
49 |
44-48 |
Коэффициент формы |
- |
1,1-1,2 |
1,7-2,1 |
2,2 |
2,8 |
2,2-2,5 |
Стоимость 1 м3 |
руб. |
40 |
|
20 |
|
18-20 |
Коэффициентом формы зерен загрузки называют отношение поверхности к поверхности равновеликого по объему шара:
Пористость и коэффициент формы существенно влияют на гидравлические характеристики слоя. При ламинарной фильтрации, характерной для скорых фильтров, потеря напора (см) в зернистой среде может быть определена по формуле Козени-Кармана-Минца:
,
L – высота слоя загрузки, см;
g – ускорение силы тяжести, см/с2;
V – скорость фильтрования, см/с;
- коэффициент кинетической вязкости воды, см2/с;
dэ – эквивалентный диаметр зерен, см;
dф – коэффициент формы;
m – пористость загрузки.
Приведенная формула позволяет рассчитать потери напора в чистом песке. Из формулы видно, что характеристики загрузки (эквивалентный диаметр, форма, пористость) существенно влияют на потери напора.
Эффективность удаления взвеси из воды увеличивается при росте удельной поверхности загрузки, поскольку при этом возрастает вероятность прилипания взвеси к зернам.
Удельная поверхность определяется формулой:
.
Поверхность керамзита и горелых пород более развита, чем у песка, а потеря напора меньше, из-за большей пористости. Поэтому керамзит в последнее время считается весьма прогрессивным материалом, позволяющим улучшить качество очистки или повысить нагрузку на фильтры.
9.5.3. Подбор фильтрующих загрузок.
Задача выбора фильтрующей загрузки сводится к определению следующих ее параметров:
1. Вид фильтрующего материала.
2. Гранулометрический состав загрузки – dmin, dmax, dэ, коэффициент неоднородности.
3. Высота слоя (или слоев при многослойной загрузке).
При подборе фильтрующих загрузок следует учитывать следующие соображения:
1. Необходимость получения воды заданного качества при возможно более высоких скоростях фильтрования и достаточно длительном фильтроцикле.
2. Возможность получения того или иного фильтрующего материала заданного гранулометрического состава, его стоимость.
3. Возможность быстрой отмывки загрузки с приемлемыми расходами воды.
Поставленные задачи могут быть решены методами технологического моделирования процесса фильтрования путем исследований на конкретной воде (или использованием опыта эксплуатации аналогичных сооружений на воде близкого качества, если, разумеется, опыт этот можно считать прогрессивным). При отсутствии таких данных параметры загрузки могут быть приняты для проектирования по СНиП (табл. 9.3). Как видно из таблицы, чем мельче загрузка, тем меньшая высота слоя:
В нормальном режиме работают все имеющиеся фильтры, в форсированном – часть фильтров находится в ремонте (1 при общем числе фильтров N до 20 и 2, если N>20).
В связи с введением ГОСТа 2874-82, требования к качеству питьевой воды повысились, и поэтому рекомендуется для хозпитьевых водопроводов принимать меньшее значение из приведенного диапазона скоростей. Кроме того, крупнозернистая загрузка рекомендуется только для производственного водоснабжения.
Следует еще раз подчеркнуть, что наиболее надежным способом выбора параметров фильтров (крупности, высоты слоя и скорости) является технологическое моделирование процесса фильтрования.
Таблица. 9.3.
Рекомендуемые параметры фильтров с кварцевым песком.
Загрузка |
dmin, мм |
dmax, мм |
dэ мм |
|
Высота слоя, L, мм |
Скорость фильтрования, м/ч |
|
Нормальный режим |
Форсированный |
||||||
Мелкозернистая |
0,5 |
1,2 |
0,7-0,8 |
1,8-2,0 |
700-800 |
5-6 |
6-7,5 |
Среднезернистая |
0,7 |
1,6 |
0,8-1,0 |
1,6-1,8 |
1300-1500 |
6-8 |
7-9,5 |
Крупнозернистая |
0,8 |
2,0 |
1,0-1,2 |
1,5-1,7 |
1800-2000 |
8-10 |
10-12 |
