2.4. Фильтрование воды.

В схемах ВПУ проводят доосветление воды путем ее фильтрования.

Фильтрованием называется процесс очистки воды от ГДП при течении ее через слой пористой среды.

d_ч – диаметр частиц ГДП

d_п – диаметр пор фильтрующей среды

Если d_ч  d_п, то происходит задерживание частиц ГДП на поверхности фильтра. Образуется пленка грязи – это поверхностное или пленочное фильтрование.

Если d_ч  d_п, то вместе с водой частицы будут проникать в объем слоя и задерживаться внутри него за счет адгезии и механического застревания в щелях, образующихся в точках контакта зерен слоя. Это объемное или адгезионное фильтрование.

2.4.1. Физико-химические основы фильтрования.

При фильтровании воды твердые частицы задерживаются на поверхности или в толще фильтрующего материала. В результате фильтрования происходит осветление воды. При отсутствии предварительной коагуляции в осветлителях вода, содержащая грубодисперсную взвесь, образует фильтрующую пленку на поверхности фильтрующего материала. Если же применяется предварительная коагуляция в осветлителе, в котором задерживается основная масса взвеси, и на фильтры поступает вода, содержащая мель­чайшие взвешенные частицы, фильтрование идет не на поверхности, а в толще фильтрующего слоя. При таком процессе полнее используется вся толща зернистой загрузки фильтра и обеспечивается высокая степень осветления.

Эффект осветления воды при фильтровании объясняется прилипанием взвешенных частиц к зернам фильтрующего слоя к ранее прилипшим частицам под действием молекулярных сил притяжения. Явление прилипания мельчайших частиц, содержа­щихся в воде, к поверхности зерен фильтрующего материала получило название контактной коагуляции.

В верхних слоях загрузки фильтра задерживается наибольшее количество взвеси, и эти слои раньше других могут оказаться в состоянии предельного насыщения. Постепенно область предельного насыщения распростра­няется в глубь загрузки. Одновременно в глубь загрузки перемещается и область интенсивного изменения концентрации взвеси в воде.

Прилипающие частицы заполняют поры. При постоянном расходе воды это приводит к увеличению скорости воды в порах и гидравлического сопротивления слоя, срыву уловленных частиц. Со временем устанавливается динамическое равновесие между процессами захвата и срыва (слой насыщается). И в первую очередь это происходит на первых участках слоя.

Ширина участка 1 растет. Наступит проскок примеси в фильтрах.

Время работы фильтра от начала фильтрования воды до момента проскока примесей в фильтрат называется временем защитного действия фильтрующего слоя. Количество удержанных за это время примесей, отнесенное к объему слоя, называется его рабочей емкостью.

Е_р – рабочая емкость, кг/м³.

Е_р и _зд зависит от размера слоя зерен, их формы, природы, материала, высоты фильтрующего слоя, скорости фильтрования, начальной концентрации примесей и т.д.

Так с увеличением Н слоя и уменьшением d зерен – увеличивается _зд, Е_р, при этом увеличивается гидравлическое сопротивление слоя (р).

Потеря напора в фильтрующем слое или сопротивление этого слоя тем больше, чем больше скорость фильтрования, высота фильтрующего слоя и степень засорения последнего загрязнениями, удаляемыми из воды, и чем меньше размеры зерен фильтрующего материала и температура фильтруемой воды. Процесс осветления воды фильтрованием сопровождается увеличением гидравлического сопротивления фильтра вследствие накопления в нем задержанной взвеси и уменьшения свободного объема пор между зернами фильтрующего материала.

По мере увеличения сопротивления фильтра умень­шаются скорость фильтрования и производительность фильтра. Поэтому для обеспечения необходимой производительности фильтра приходится периодически увеличивать перепад давлений в нем путем увеличения степени открытия задвижки на трубопроводе подвода воды к фильтру. При достижении максимально допустимого загрязнения, характеризуемого предельно допустимой потерей напора, фильтр выключается из работы на взрыхляющую промывку, которая состоит в пропуске через него осветленной воды снизу вверх. Период работы фильтра от начала одной промывки до начала следующей называется фильтроциклом.

Продолжительность фильтроцикла складывается из полезной работы фильтра между промывками и продолжительности выключения фильтра на промывку.