10.3. Фильтрование

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонко - диспергированных твердых или жидких веществ, удаление которых отстаиванием затруднено. Разделение проводят при помощи порис­тых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих диспергированную фазу Процесс идет под действием гидростатического давления столба жидкости, повышенного давления над перего­родкой или вакуума после перегородки.

10.3.1Фильтрование через фильтрующие перегородки.

Выбор пе­регородок зависит от свойств сточной воды, температуры, давления фильтрования и конструкции фильтра.

В качестве перегородки используют металлические перфорированные листы, и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля,

меди, латуни и др., а также разнообразные тканевые перегородки (ас­бестовые, стеклянные, хлопчатобумажные, шерстяные, из искусст­венного и синтетического волокна).

Для химически агрессивных сточных вод при повышенной тем­пературе и значительных механических напряжениях наиболее при­годны металлические перегородки, изготовляемые из перфорирован­ных листов, сеток и пластин, получаемых при спекании сплавов.

Фильтровальные перегородки, задерживающие частицы, долж­ны обладать минимальным гидравлическим сопротивлением, дос­таточной механической прочностью и гибкостью, химической стой­костью и не должны набухать и разрушаться при заданных условиях фильтрования. По материалу, из которого изготовляют перегородки, их разделяют на органические и неорганические, по принципу дей­ствия — на поверхностные и глубинные, а по структуре — на гиб­кие и негибкие.

Глубинные фильтровальные перегородки обычно применяют при осветлении суспензий с малой концентрацией твердой фазы, кото­рая, проникая внутрь перегородки, задерживается в порах, оседает и адсорбируется. На поверхностных, фильтровальных перегородках проникания частиц в поры перегородки не происходит.

Процесс фильтрования проводят с образованием осадка на по­верхности фильтрующей перегородки или с закупоркой пор фильт­рующей перегородки.

Осадки, которые образуются в процессе фильтрования, могут быть сжимаемыми и несжимаемыми. Сжимаемые осадки характеризуют­ся уменьшением порозности вследствие уплотнения и увеличением сопротивления с ростом перепада давлений. У несжимаемых осад­ков порозность и сопротивление потоку жидкости в процессе фильт­рования остаются постоянными. К таким осадкам относят вещества минерального происхождения (песок, мел, сода и др.) с размером частиц > 100 мкм. Производительность фильтра определяется скоро­стью фильтрования, т.е. объемом воды, прошедшей в единицу вре­мени через единицу поверхности.

Скорость фильтрования определяют уравнением:

(19)

Процесс фильтрования можно проводить при постоянной разно­сти давлений или при постоянной скорости. Уравнение фильтрова­ния при постоянной разности давлений имеет вид:

dV / Fdt = P/ r_o(x_oV / F+ ). (20)

Время, необходимое для образования осадка, при данном режи­ме фильтра равно:

= r_oV/ PF(x_oV/F+ ) (21)

Уравнение фильтрования при постоянной скорости процесса:

Р = г_оV / F(x_oV / F+ ) (22)

Так как скорость фильтрования равна v = V/F , то уравнение имеет вид:

Р= (23)

где V — объем фильтрата за время т, м³; F — поверхность фильтро­вания, м²; x — продолжительность фильтрования, с; Р — перепад давления, Па; — динамическая вязкость фильтрата. Пас; R_o и R. — сопротивление осадка и фильтровальной перегородки соот­ветственно, м^-1; г₀ — удельное сопротивление осадка, м^-2: х₀ — от­ношение объема осадка к объему фильтрата.

Для фильтрования используют различные по конструкции филь­тры. Основные требования к ним: высокая эффективность выделе­ния примесей и максимальная скорость фильтрования.

Фильтры подразделяют по различным признакам: по характеру протекания процесса — периодические и непрерывные, по виду про­цесса — для разделения, сгущения и осветления; по давлению при фильтровании — под вакуумом (до 0,085 МПа), под давлением (от 0,3 до 1,5 МПа) или при гидростатическом давлении столба жидко­сти (до 0,05 МПа); по направлению фильтрования — вниз, вверх или вбок; по конструктивным признакам; по способу съема осадка, наличию промывки и обезвоживания осадка, по форме и положе­нию поверхности фильтрования.

В системах очистки сточных вод используют фильтры периоди­ческого действия: нутч-фильтры, листовые и фильтр-прессы и филь­тры непрерывного действия: барабанные, дисковые, ленточные.

Из фильтров периодического действия наиболее простыми по ус­тройству являются нутч - или друк-фильтры. Они предназначены для разделения нейтральных, кислых и щелочных суспензий. Фильтры представляют собой емкость с ложным перфорированным днищем, на котором закреплена фильтровальная ткань. Нижняя часть фильт­ра присоединяется к вакуумной системе через ресивер. Осадок, на­капливающийся на ткани, удаляют вручную.

Для разделения труднофильтруемых суспензий применяют фильтр-прессы, работающие при давлении 0,3-1,2 МПа. Рамные фильтр-прессы используют при фильтровании разных суспензий; пре­дусматривается возможность промывки и продувки осадка.

Фильтр-пресс ФПАКМ имеет поверхность фильтрования 2,5, 5 и 12,5 м² его применяют для очистки сточных вод химических произ­водств. Он работает под давлением 1,5 МПа, обеспечивает эффек­тивную промывку осадка, отличается минимальным временем вспо­могательных операций.

Листовой фильтр представляет собой емкость, в которой разме­щены листовые элементы. Фильтровальный элемент представляет собой полую раму с проволочной сеткой, обтянутую снаружи филь­тровальной тканью. Суспензия поступает внутрь аппарата. В про­цессе фильтрования осадок намывается на фильтровальный элемент, а фильтрат непрерывно отводится из емкости. По окончании процес­са фильтрования осадок сжатым воздухом удаляют с фильтрующих элементов внутрь емкости и выводят через специальный штуцер. Наиболее эффективно листовые фильтры используют в процессах сгущения суспензий.

Для разделения труднофильтруемых суспензий разработаны не­прерывные высокопроизводительные барабанные вакуум-фильтры со сходящим полотном и поверхностью фильтрования до 40 м² (рис. II-11). При вращении барабана жидкая фаза поступает в его внутрен­нюю полость под действием вакуума, а через распределительное устройство выводятся из барабана. Твердая фаза собирается на поверх­ности полотна, от которого отделяется ножом. Регенерация ткани производится промывной жидкостью, подаваемой под давлением че­рез систему насадок.

Рис. 15. Барабанный вакуум-фильтр со сходящим полотном: 1 — фильтро­вальная ткань; 2,5,7 — ролики; 3 — нож; 4 — сопло для подачи промывной воды, 6 — лоток для удаления промывной жидкости; 8 — корыто

Для различных целей очистки сточных вод и для обезвоживания осадков широко применяют барабанные, дисковые и ленточные ва­куум-фильтры непрерывного действия. Барабанные вакуум фильт­ры используют для разделения суспензий, быстро образующих оса­док. Дисковые фильтры предназначены преимущественно для филь­трования суспензий с невысокой скоростью осаждения твердой фазы, а также для разделения легкоиспаряющихся, вязких, окисляемых и токсичных суспензий. Сравнительная характеристика фильтров дана в табл. 10.