Фильтры для очистки хозяйственно-питьевых вод.

§1. Классификация фильтров.

Фильтры можно классифицировать на несколько типов:

1. По скорости фильтрования:

• медленные, v_ф≤0,1м/ч…0,5м/ч;

• полускорые, v_ф=0,5…3 м/ч;

• скорые, v_ф=3…20 м/ч;

• сверхскоростные, v_ф>20 м/ч.

2. По направлению движения воды:

• однопоточные с нисходящим или восходящим фильтрованием;

• двухпоточное, когда в одном фильтрованном сооружении вода;

фильтруется как сверху вниз, так и снизу вверх (фильтры системы

АКХ) с.162.

3. В зависимости от составляемого напора перед фильтрованием:

• безнапорные (открытые);

• напорные.

4. По виду загрузочного фильтрующего материала:

• с тяжелыми фильтрующими материалами;

• ρ≥2 г/см³;

• с легкими-1,2≤ρ<г/см³;

• с плавающими ρ_{объемное}<1г/см³;

5. По количеству слоев фильтрующего материала в фильтре:

• однослойные;

• многослойные (≥2).

Каждому типу фильтров соответствует область применения по:

• качеству и количеству очищенной за фильтроциклом воды на единицу площади фильтрования;

• надежности и долговечности в эксплуатации.

При технологическом и конструкторском исполнении фильтровального сооружения основная роль отводится фильтрующей загрузке, а так же виду фильтрующего материала, так как именно в загрузке происходит основное осветление природной воды допитьевого качества.

§2. Очистка воды на скором открытом безнапорном фильтре.

В практике водоочистки наибольшее распространение получили открытые безнапорные фильтры. Они могут быть с боковым карманом (при площади фильтров < 40 м²) и с центральным каналом (>40 м²).

Схема фильтра с боковым карманом

1 – труба, подводящая воду на очистку;

2 – фильтрующая загрузка;

3 – гравийные поддерживающие слои;

4 – центральный коллектор;

5 – труба для отведения очищенной воды;

6 – водораспределитель сборный желоб;

7 – труба, подводящая воду на промывку фильтра;

8 – труба, отводящая грязную промывную воду из кармана фильтра;

9 – боковой карман.

Напор, необходимый для обеспечения фильтрования, создается разностью уровней воды и уровнем воды в резервуаре очищенной воды.

Принцип работы открытого скорого фильтра:

- вода из сооружений I ступени очистки по трубопроводу -1 поступает в карман 9, из которого с помощью желобов 6 подается на фильтрующую загрузку 2; профильтровавшись, вода собирается перфорированной трубчатой распределительной системой и по центральному коллектору 4 отводится в трубопровод 5 и далее в резервуар очищенной воды.

§3. Типы и расчёт распределительных систем скорых фильтров.

Схема равномерного распределения воды по площади фильтра, особенно при промывке, является одним из важнейших элементов обеспечения эффективности работы фильтров. В настоящее время в основном применены трубчатые распределительные системы большего сопротивления.

Равномерность подачи воды по площади фильтра в таких системах достигается посредством остальных дырчатых труб, приваренных перпендикулярно к центральному коллектору и расположенных от дна корпуса фильтра на 0,1 … 0,15 м.

План (вид сверху)

1 – центральная труба (коллектор), ϑ_в.нач. < 2 м/с;

2 – перфорированные ответвления (лучи), d ≥ 50 мм.

а = 250 … 350 мм;

b = 150 … 200 мм.

Перфорация ответвлений (лучей):

3 – круглые отверстия, d = 10…12 мм.

Отверстия устраиваются в нижней части трубы ответвлений в один или два ряда.

Суммарная площадь отверстий должна быть (0,2…0,3)% от площади фильтра.

В настоящее время разработано и используется в практике много других конструкций водораспределительных устройств.

Наибольшее распространение получили колпачковые, щелевые, трубчатые распределительные системы; трубчатые распределительные системы со шторками, пористые железобетонные плиты; система «Тритон», система (?).

Достоинством конструкций этих водораспределительных систем в том, что им не нужны поддерживающие гравийные слои, т. е. они более надёжны и экологичны в работе.

Обоснованием (НЕПОНЯТНО СТР. 26 В ПДФ)

Схема колпачковой трубчатой распределительной системы

1 – центральный коллектор;

2 – боковое ответвление;

3 – штуцера;

4 – колпачки.

В образующей нарезаны щели, шириной 0,3…0,4 мм (и даже 100).

Дренажная система «TRITON».

Промывка скорых фильтров

Фильтр должен быть остановлен на промывку обратным током воды или воздуха и воды если: а) загрузка исчерпала задерживающую способность и начался повышенный проскок загрязнений с водой, или б) потери напора в загрузке достигли предельно возможных 2-2,5 м. При использовании водовоздушной промывки сначала через загрузку с большой интенсивностью 15…20 л/с на м² подают воздух в течение 2-х минут, затем снижают подачу воздуха до 8…10 л/с на м² и одновременно с воздухом включают подачу воды с одновременно с интенсивностью 10…12 л/с на м². Подачу воздуха и воды проводят в течение 3-4-х минут. Затем прекращают подачу воздуха и проводят домывку фильтрующей загрузки водой с интенсивностью 13-14 л/с на м² в течение 2-х минут.

Водовоздушную промывку чаще всего применяют при использовании в качестве фильтрующей загрузки таких материалов, как песок, металлургический шлак, гранодиорит.

Если загрузка фильтров состоит из керамзита, антрацита, вулканических шлаков, то применение водовоздушной промывки не желательно, в связи (из-за) с повышенным выносом с пузырьками воздуха зерен фильтрующих материалов.

Перед промывкой фильтра перекрывают подачу воды на него, а воду продолжают фильтровать (пока уровень воды в растворе не сравняется до кромки водоотводящих желобов). Закрывают задвижку на трубопроводе отводящей фильтрат, открывают задвижку на трубопроводе, отводящем грязную воду из кармана фильтра и включают промывной насос. Промывная вода поступает в трубчатую распределительную систему, равномерно распределяется по площади фильтра, подымается вверх через зернистую загрузку с такой интенсивностью (л/с на м²), которая обеспечивает переход плотного фильтрующего слоя во взвешенное «псевдосжиженное» состояние. При этом фильтрующая загрузка расширяется, зерна фильтрующего материала хаотически двигаются, прилипшие к зернам загрязнения оттираются, измельчаются и вместе с потоком промывной воды поступают в водоотводящие желоба, затем в карман фильтра и по трубопроводу отводятся в емкость грязной промывной воды. Продолжительность промывки фильтра 7-8 минут. Интенсивность подачи промывной воды принимается в зависимости от вида фильтрующего материала. Для тяжёлых (песка, гранодиорита) – 14-16 л/с на м². Для лёгких (керамзит, вулканические шлаки, синтетические гранулированные материалы) – 11…13 л/с на м².

Дефекты от обратной промывки

Если в процессе промывки фильтрующая загрузка отмывается недостаточно, то это приводит к постепенному накоплению загрязнений, снижается качество очистки воды, сокращается продолжительность фильтроцикла. Такое нежелательное явление может произойти из-за недостаточной интенсивности промывки загрузки, из-за смещения гравийных слоев, а также в случае, когда расстояние между поверхностью фильтрующей загрузки и сливной кромки желоба слишком велико и транспортирующей способности потока промывочной воды недостаточно для удаления сравнительно крупных комочков загрязнений – продуктов разрушения гелеобразной структуры за пределы фильтра. Это расстояние должно быть:

где L – толщина слоя загрузки (если L = 1,5 м, то Н₁= 0,8 м).

Водоприёмные и водоотводящие желоба

Водоотводящие желоба имеют поперечное сечение 2-х видов:

Для ориентировочных расчетов размеров поперечного сечения желобов можно считать, что суммарная площадь водосборных желобов составляет 20% от площади фильтра.

Многослойные фильтры

Повысить эффективность и надежность контактного осветвления воды можно применение контактных фильтров с многослойной фильтрующей загрузкой, составленной из 2-х или нескольких различных гранулированных материалов, имеющих различную плотность зерен с таким расчетом, чтобы в результате гидравлической сортировки после промывок фильтрующей загрузки её слои из разных материалов не перемешивались и располагались в направлении убывающей крупности, считая по ходу фильтрации воды (сверху вниз). Более крупные, но относительно более легкие зерна фильтрующего материала должны располагаться выше, чем более мелкие, но более тяжёлые.

1 – корпус фильтра;

2 – гравийные поддерживающие слои;

3 – нижний фильтрующий слой из песка (мелкозернистого);

4 – промежуточный фильтрующий слой из керамзита (среднезернистого);

5 – верхний фильтрующий слой из гранулированного полимерного материала (крупнозернистого);

6 – трубчатая распределительная систем;

7 – трубопровод для подведения воды на очистку;

8 – боковой карман фильтра;

9 – водосборный желоб;

10 – трубопровод для отведения очищенной воды;

11 – трубопровод для подачи воды на промывку;

12 – трубопровод для отведения грязной промывочной воды.

Скорость фильтрования очищаемой воды на контактных фильтрах в 1,8-2,2 раза выше, чем на контактных осветителях типа К0-1.

Общая толщина фильтрующей загрузки составляет обычно 1,5-1,8 м. Смещение гравийных слоев в процессе эксплуатации не наблюдается. Возможны сочетания 2-х и 3-х слойных загрузок разных материалов, например: керамзит – песок; вулканические шлаки – песок; антрацит – песок; гранулированный капрон – керамзит; капрон – керамзит – песок – вулканический шлак – гранодиарит.

Напорные фильтры

В практике железнодорожного водоснабжения часто применены скорые фильтры напорного типа.

Схема такого фильтра:

Где:

1 – корпус фильтра;

2 – фильтрующая загрузка;

3 – трубопровод для подведения воды на очистку и отведения промывочной воды;

4 – трубчатая распределительная система;

5 – трубка с вантузом для выпуска воздуха из фильтра;

6 – трубопровод для отведения очищенной воды и подачи воды на промывку;

7 – воронка для приема грязной промывочной воды.

Фильтры, как правило, изготавливаются из металла. Диаметра напорных фильтров от 1 до 3 метров. Если более 3 метров, то возникают трудности с транспортировкой и монтажом. Напорный фильтр состоит из корпуса (1) цилиндрической формы с приваренными верхним и нижним сферическими днищами. Внутри корпуса находится трубчатая распределительная система (4) колпачковая, либо щелевая. Фильтрующий слой толщиной 1,4-1,8 м. Водоприемная воронка (7) расположена по центру фильтра. Фильтр снабжен маномерами для измерения давления воды до и после фильтрования, вантузом (5) для выпуска воздуха, остающегося в фильтре после его опорожнения. Скорость фильтрования очищенной воды от 6 до 10 м/ч. Принцип работы и промывка аналогичны безнапорным скорым фильтрам.

Фильтрующие материалы для фильтровальных водоочистных сооружений