7. Промывка скорых фильтров и способы подачи промывной воды. Типы и конструкции дренажных систем.

Дренажно-распределительная система (ДРС) является главным элементом фильтра, от которого зависит состояние фильтрующей загрузки (регенерационный режим) и, следовательно, нормальная работа. Расчет ДРС производят на расход промывной воды, который во много раз больше расхода воды, поступающей на фильтрование. Отсюда и основное его назначение – равномерное распределение воды в стадии промывки фильтрующей загрузки. Очень важно, чтобы эта промывка осуществлялась с надлежащей интенсивностью и степенью расширения загрузки, при которой создаются оптимальные условия отмывки ее от загрязнений.

По принципу действия в период промывки фильтра, дренажно-распределительные системы могут быть малого и большого сопротивления. Промывку фильтра можно производить с расчетным расходом воды и равномерным ее распределением по площади но с различными скоростями выхода воды из отверстий или щелей ДРС. При небольшой скорости имеем малое значение скоростного напора υ²/2g и, вследствие этого вялотекущий процесс промывки, что не обеспечивает полноту отмывки загрузки от загрязнений, и наоборот.

Поэтому в скорых фильтрах рекомендовано применять дренажно-распределительные системы большого сопротивления.

В настоящее время применяют следующие типы дренажно-распределительных систем: трубчатые (дырчатые или щелевые) и колпачковые щелевые. Трубчатые дырчатые системы обязательно устраивают с поддерживающими слоями, а системы из щелевых труб или щелевого ложного дна, без гравийных поддерживающих слоев.

Трубчатые распределительные системы представляют собой чугунные, асбестоцементные, пластмассовые или стальные трубы с отверстиями диаметром 10... 12 мм, укладываемые параллельно на расстоянии 0,25... 0,35 м друг от друга в нижних слоях гравия и присоединяемые к коллектору (трубе большего диаметра или каналу, расположенному в середине днища фильтра параллельно его дли­ной стороне). От низа ответвлений до дна фильтр должно быть 8...12 см. Отверстия в трубах располагают в шахматном порядке на расстоянии 15...20 см в нижней части под углом 45° к вертикали. Общая площадь отверстий должна составлять 0,25... 0.5% площади фильтра.

Рис. 1. Трубчатая дырчатая дренажно-распределительная система скорого фильтра

1 вариант - расположение боковых ответвлений в две стороны от коллектора, который устраивается в средней части фильтра; 2 вариант - расположение боковых ответвлений в одну сторону от коллектора, который устраивается в за пределами фильтра около одной из сего сторон.

1 – корпус фильтра; 2 – коллектор; 3 – боковые ответвления; 4 – отверстия в боковых ответвлениях.

Щелевые трубчатые дренажно-распределительные устройства представляет собой систему труб из нержавеющей стали, либо полиэтилена серии С или Т. Ширина щелей должна быть на 0,1 мм меньше размера самой мелкой фракции загрузки, обычно составляет 0,5 мм. Щели располагают равномерно поперек оси и по периметру трубы не менее чем в два ряда на расстоянии не менее 20 мм друг от друга. Общая площадь щелей — 1,5...2% площади фильтра.

Применение колпачковых дренажей в условиях водовоздушной промывки позволяет уменьшить расход промывной воды, снизить строительную стоимость сооружений за счет уменьшения диамет­ров трубопроводов и снижения объема резервуаров для хранения промывной воды. Эффект отмывки загрязнений из зернистой за­грузки фильтра при водовоздушной промывке намного выше, чем при водяной, поэтому некоторое увеличение высоты фильтра с колпачковым дренажем и поддонным пространством по сравнению с фильтрами, не имеющи­ми горизонтальной ком­пенсации, полностью оправдывается большей эффективностью эксплуа­тации.

Рис. 2. Типы колпачковых дренажей

1 – пластмассовые конусные колпачки; 2 – фарфоровые или пластмассовые круглые колпачки; 3 – пластмассовые цилиндрические с расположением щелей по окружности (применяются для ионообменных фильтров) колпачки

Промывку фильтра выполняют водой или совместным применением воздуха и воды.

При промывке, загрузка расширяется и ее поверхность, которую она занимала в процессе фильтрования, приближается к кромке же­лобов. Находясь во взвешенном состоянии, отдельные зерна за­грузки непрерывно соударяются друг с другом, в результате чего загрязнения, налипшие на них, отделяются и с потоком промыв­ной воды удаляются из фильтра. Для нормально работающих скорых фильтров достаточна продолжительность промывки 5...7 мин. Хотя промывка фильтров является вспомогательным процессом (главная стадия – фильтрование воды), од­нако она оказывает решающее влияние на нормальный режим его работы. Если в процессе промывки фильтрующая за­грузка отмывается недостаточно (подбор типа дренажа и его неправильный расчет является частой причиной неудовлетворительной работы фильтра), то это приводит к постепенному накоплению остаточных загрязнений, что сокращает фильтроцикл вплоть до полной остановки фильтра.

Расход воды на промывку, как правило, превышает расход воды на фильтрование.

Основной задачей промывки фильтров является установление такой интенсивности промывки и адек­ватного ей относительного расширения слоя загрузки, при кото­рых обеспечивается практически полная отмывка зерен загрузки от прилипших к ним в процессе фильтрования загрязнений.

Теория промывки фильтров разработана Д.М. Минцем и С. А. Шубертом, сущность которой сводится к следующим основ­ным положениям. При промывке зерна фильтрующей загрузки переходят во взвешенное состояние, и весь ее слой расширяется при достижении некоторой критической скорости восходящего движения промывной воды.

Расширение слоя прямо пропорцио­нально скорости восходящего движения воды, т. е. интенсивности промывки. При этом каждой скорости восходящего потока воды при данной ее температуре соответствует определенная степень расширения загрузки. При достижении предельного для данной восходящей скорости расширения устанавливается динамическое равновесие взвешенного слоя, хотя зерна его и пребывают в непрерывном хаотическом движении.

Для скорых фильтров, процесс регенерации фильтрующей загрузки заключается в отмывки зёрен от загрязнений, задержанных при фильтровании воды. Достигается это двумя способами: обратной промывкой фильтра путём подачи в его нижнюю часть промывной воды, взмучивание самой загрузки и отвод загрязнённой промывной воды через желоба и сборный канал из фильтра или применением водовоздушной промывки, т.е. одновременно с водой подаётся воздух. Водовоздушная промывка намного эффективнее, чем обычная, особенно если в загрузке задерживаются тяжелые примеси (например, железистые соединения) или когда загрузка малоподвижна (не подвижна). В то же время, для легкоподвижной загрузки, песок ( ), керамзит, уголь, достаточно промывки обратным током воды.

Основные характеристики процесса промывки фильтра:

- Интенсивность подачи промывной воды W, расход воды равен

q=W·F, л/с

- Степень расширения загрузки e (в период промывки) и продолжительность промывки

- t_пр - Общая продолжительность промывки фильтра

≤ 0,33 ч.

где: продолжительность понижения уровня воды в фильтре до границы фильтрующего слоя (объём воды направляется в РЧВ), до 10 мин; продолжительность промывки фильтрующей загрузки, 5…10 мин; продолжительность сброса первого фильтрата в систему отвода промывных вод, 1…2 мин, (после промывки в нижних слоях загрузки могут быть остаточные загрязнения).

Промывка фильтра может осуществляться как исходной, так и профильтрованной водой из резервуаров чистой воды.

Водовоздушную промывку фильтрующей загрузки производят в несколько этапов:

- фильтр выключают из стадии фильтрования с понижением слоя воды практически до границы фильтрующей загрузки;

- по отдельной распределительной системе подаётся сжатый воздух, интенсивностью W=15…20 л/с·м² и продолжительностью 1…2 мин со скоростью выхода воздуха из отверстий 15…20 м/с;

- совместная подача воздуха и промывной воды, продолжительностью 4…5мин и интенсивностью для воды 3…4, воздуха 15…20 л/с·м²;

- подача сжатого воздуха прекращается, дальнейшая отмывка загрузки производится только водой, продолжительностью 4…5мин и интенсивностью 4…6 л/с·м²

- осуществляют сброс первого фильтрата продолжительностью 1…2 мин.

Общая продолжительность водовоздушной промывки загрузки не превышает 0,5 ч (30 мин.),

Рис3. Схема водовоздушной промывка в скором безнапорном фильтре

1-корпус фильтра; 2- желоба; 3 – фильтрующая загрузка; 4- поддерживающий слой; 5,6 –коллектор водной дренажно-распределительной системы с боковыми ответвлениями;

7,8 - коллектор воздушной системы (сжатый воздух) с боковыми ответвлениями.

При устройстве фильтров без междонного пространства, продувка песка воздухом осуществляется через распределительную трубчатую систему, уложенную на дне фильтра под песком параллельно с трубча­той системой, подающей промывную воду.

Недостатком наиболее широко применяемой промывки обратным потоком воды является возможная недостаточная степень отмывки зерен загрузки от загрязнений, а водовоздушной промывки: более сложная конструкция промывных устройств, т.е. сложность в эксплуатации, а также дополнительные энергозатраты.

Существует два способа подачи воды на промывку скорых фильтров:

- использование центробежных насосов (1 рабочий и 1 резервный), которые, как правило, устанавливаются в машинном зале насосной станции 2-го подъема (рис.2);

- промывка скорых фильтров осуществляется поочередно водой из водонапорной башни, которая располагается рядом со зданием фильтров. В этом случае в период между промывками фильтров центробежными насосами (1 рабочий и 1 резервный) вода подаётся из резервуаров чистой воды на заполнение бака.

Рис.4. Схема подачи промывной воды на скорый фильтр

центробежным насосом