6. Фильтры с зернистой и плавающей загрузкой

Фильтры используются на стадии глубокой очистки сточных вод. При этом каждый тип фильтра имеет свою основную область применения, а именно:

• однослойные, двухслойные и двухступенчатые фильтры с песчаной загрузкой – доочистка сточных вод практически после любых видов очистки;

• фильтры с восходящим потоком сточных вод – доочистка биохимически очищенных стоков;

• каркасно-засыпные фильтры – доочистка биохимически очищенных вод и установки денитрификации;

• фильтры с плавающей загрузкой из вспененного полистирола – доочистка механически и биохимически очищенных сточных вод;

• фильтры с пенополиуретановой загрузкой – доочистка биохимически очищенных сточных вод;

• напорные сверхскоростные фильтры – доочистка промышленных сточных вод в системах повторного и оборотного водообеспечения;

• фильтры Оксипор – доочистка биохимически очищенных сточных вод на станциях производительностью до 25000 м³/сут;

• напорные намывные фильтры – доочистка биохимически очищенных сточных вод при небольших расходах.

При доочистке биохимически очищенных сточных вод в

фильтрах протекают два процесса:

• задержание в фильтрующей загрузки суспензированных частиц, выносимых из вторичных отстойников;

• минерализация растворенных в воде органических веществ накапливающимися в загрузке фильтров микроорганизмами активного ила.

В общем случае необходимая площадь фильтров, м²,

(71)

где: К – коэффициент неравномерности подачи сточных вод;

Q– суточный расход сточных вод, м³/сут.

Т – продолжительность работы фильтров в течении суток, ч;

n– количество промывки каждого фильтра в сутки;

W₁ ,W₂,W₃ - интенсивность подачи воды, соответственно, на первом, втором и третьем этапах промывки фильтров, л/ (с^.м²);

t₁,t₂,t₃– продолжительности, соответственно, первого, второго и третьего этапов промывки фильтров, ч;

t₄– продолжительность простая фильтра из-за промывки, ч.

6.1. Однослойные фильтры с мелкозернистой песчаной загрузкой

Они относятся к фильтрам с нисходящим потоком сточной воды (рис.14). Очищаемый сток подводится к фильтру по водораспределительному каналу, а его отвод осуществляется по трубчатой дренажной системе. Промывка фильтров предусматривается одноэтапной. Для подачи промывной используется дренажная система. Эта вода отводится по лоткам в карман, из которого по трубопроводу она подается в резервуар загрязненной воды.

Исходя из вышесказанного, формула (71), используемая для определения необходимой площади фильтрования, принимает вид:

(72)

Значение скорости фильтрования (v_Ф) при рабочем (нормальном) режиме принимается в зависимости от крупности фильтрующей загрузки по табл. 15, интенсивность (W₁) и продолжительность (t₁) промывки – по табл.16, а время простоя фильтра из-за промывки (t₄) – равным 0,33 ч.

Количество промывок фильтра

(73)

где t_Ф– продолжительность фильтроцикла при рабочем (нормальном) режиме,t_Ф = 8…12 ч.

Общее число фильтров:

. (74)

Скорость фильтрования в форсированном режиме, м/ч,

(75)

здесь N_p– число фильтров находящихся в ремонте, принимаемая по табл. 17.

Примечание: Рассчитанная по формуле (75) скорость фильтрования в форсированном режиме должна находится в пределах, указанных в табл.15.

Площадь одного фильтра, м²,

(76)

Ширина фильтра, м,

(77)

где К_L = 1,0…1,5.

Таблица 15

Основные расчетные характеристики фильтров с мелкозернистой песчаной загрузкой

Характеристика фильтрующего слоя					Скорость фильтрования в рабочем (нормальном) режиме vФ, м/ч.	Скорость фильтрования в форсированном режиме, v'Ф, м/ч.
Гранулометрический состав				Высота слоя h1, мм.
Мини мальный диаметр зерен dmin, мм.	Макси мальный диаметр зерен dmax, мм.	Эквивалентный диаметр зерен dЭ, мм.	Коэффициент неоднородности
0,5	1,25	0,7…0,8	2,0…2,2	700	5,6…6,0	6,0…7,5
0,7	1,6	0,8…1,0	1,8…2,0	1200…1300	7,0…8,0	8,0…10,0
0,8	2,0	1,0…1,2	1,5…1,7	1800…2000	8,0…10,0	10,0…12,0

Таблица 16

Характеристика режимов промывки фильтров с мелкозернистой песчаной загрузкой

Эквивалентный диаметр зерен фильтрующей загрузки dэ , мм	Относительное расширение загрузки при промывке, %	Интенсивность промывки фильтров W1, л / (с.м2)	Продолжительность промывки фильтров t1, мин.
0,7…0,8	45	12…14	5…6
0,8…1,0	30	14…16
1,0…1,2	25	16…18

Таблица 17

Число фильтров, находящихся в ремонте

Общее число фильтров	Число фильтров в ремонте
До 20	1
Более 20	2

Длина рабочей части фильтра, м,

(78)

Диаметр подводящего трубопровода D_Tp определяется по формуле (53). Ширина водораспределительного канала, м,

(79)

здесь К_В = 1,1…1,25.

Глубина воды в водораспределительном канале (в подводящем канале), м,

, (80)

где v_K - скорость движения воды в канале,v_K = 0,8…1,2 м/с.

Глубины водораспределительного и подводящего каналов, м,

(81)

(82)

здесь h₄– высота борта (резервная высота), принимаемая не менее 0,5 м.

Ширина подводящего канала, м,

(83)

Расчет дренажной системы фильтра в данном случае следует производить по расходу промывной воды, так как эта система выполняет роль распределительной системы указанной воды.

Расход промывной воды, м³/с,

(84)

Диаметр коллектора дренажной системы, м,

(85)

где v_д– скорость движения промывной воды в начале коллектора,v_д = 1,0…1,2 м/с.

Количество ответвлений дренажной системы:

(86)

здесь l– расстояние между ответвлениями,l= 0,25…0,35 м.

Диаметр ответвлений, м,

(87)

где v₀– скорость движения промывной воды в начале ответвлений,v₀=1,8…2,0 м/с.

Длина ответвлений, м,

(88)

Количество отверстий на ответвлении:

(89)

здесь l_OTB– расстояние между осями отверстий,l_OTB = 0,2…0,3 м.

Отверстия на ответвлениях принимаются диаметром 10…12 мм и располагаются в шахматном порядке по углом 45⁰к вертикальной оси.

Общая высота поддерживающих слоев, м,

(90)

где: n_сл– количество поддерживающих слоев,n_сл = 4.

i_сл– порядковый помер поддерживающего слоя заданной крупности зерен загрузки;

h_iсл– высотаi-го слоя, м, принимаемая по табл. 18.

Таблица 18

Крупность зерен и высота поддерживающих слоев

Порядковый номер поддерживающего слоя (снизу вверх)	Крупность зерен загрузки, мм	Высота поддерживающего слоя hiСЛ, мм
1	40…20	Верхняя граница слоя должна быть на уровне ответвлений распределительной системы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий.
2	20…10	100…150
3	10…5	100…150
4	5…2	50…100

Примечание: Высоту первого слоя следует определять с учетом расстояния от низа ответвлений распределительной системы до дна фильтра, которое должно находиться в пределах 80…100 мм.

Рабочая глубина фильтра, м,

(91)

здесь h₂– высота слоя фильтрующей загрузки, принимаемая по таблице 15;

h₃– высота слоя воды над поверхностью фильтрующей загрузки, должна быть не менее 2 м.

Полная глубина фильтра, м,

(92)

Количество лотков для отвода промывной воды в фильтре

(93)

где В_Л– расстояние между осями соседних лотков, В_Л ≤ 2,2 м.

Ширина лотка, м,

(94)

здесь: K_Л– коэффициент, учитывающий форму лотка, в данном случае К=2,1;

а – отношение высоты прямоугольной части лотка к половине его ширины, а =1,0…1,5

Примечание: Кроме лотков пятиугольного сечения в фильтрах могут быть использованы лотки полукруглого сечения. Тогда в формуле (94) коэффициент К_Л = 2.

Площадь сечения лотка, м²,

(95)

Высота прямоугольной части лотка, м,

. (96)

Площадь прямоугольной части лотка, м²,

. (97)

Высота треугольной части лотка, м,

. (98)

Примечание: Если используется лоток полукруглого сечения, то высота закругленной части принимается равной ее радиусу, т.е. .

Полная глубина лотка, м,

(99)

Полная глубина лотка у кармана, м,

. (100)

где i– уклон лотка в сторону кармана,i= 0,01

Высота расположения кромок лотков над поверхностью фильтрующей загрузки, м,

(101)

здесь е – относительное расширение фильтрующей загрузки при промывке фильтра, принимаемое по табл. 16.

Диаметр трубопровода для отвода промывной воды, м,

(102)

где v'_К– скорость движения воды в трубопроводе,v'_К = 1,0…1,5 м/с.

Ширина кармана, м,

, (103)

здесь К_К=1,1…1,25.

Примечание: ширина кармана принимается не менее 0,7 м.

Глубина промывной воды в кармане, м,

(104)

Расстояние от дна лотка до дна кармана, м,

. (105)

Полная глубина кармана, м,

. (106)

Промывка фильтров с мелкозернистой песчаной загрузкой может быть водо-воздушной трехэтапной. Тогда необходимая площадь фильтрования определяется по формуле (71) и далее по рассмотренной выше методике с учетом данных таблицы 19 и 20. Кроме того, в указанной формуле продолжительность простоя фильтров из-за промывки t₄принимается равной 0,5 часа. При определении общей высотыh₁поддерживающих слоев загрузки по формуле (90) следует использовать данные табл. 21,а при расчете расхода промывной воды – наибольшее значение ее подачи из табл. 20.

Примечание: Высоту первого слоя следует определять с учетом расстояния от низа ответвлений распределительной системы до дна фильтра, которое должно быть не менее 150 мм, а так же размещения под этой системой распределительной системы воздуха.

Трубчатую воздухораспределительную систему располагают непосредственно у дна фильтра, при этом магистральный воздуховод следует прокладывать по верху фильтров выше максимального уровня воды в них и предусматривать устройство, исключающее попадание в него воды.

Расход воздуха , диаметр коллектора воздухораспределительной системы, количество ответвленийэтой системыUи их диаметри длинурассчитывают аналогично дренажной системе, соответственно, по формулам (84)-(87).

При этом значение интенсивности подачи воздуха W_Bпринимают по табл. 20., а скорость движения воздухаv_Bв коллекторе и ответвлениях рассматриваемой системы – равной 15-20 м/с.

Выходные отверстия располагаются на ответвлениях воздухораспределительной системы с их нижней стороны под углом 45⁰к вертикальной оси в шахматном порядке. Количество этих отверстийможно определить по аналогии с отверстиями дренажной системы, используя формулу (89), приняв расстояние между ними= 100…200 мм.

Таблица 19

Основные расчетные характеристики однослойных фильтров с мелкозернистой песчаной загрузки.

Характеристики фильтрующего слоя				Скорость фильтрования в рабочем (нормальном) режиме vф, м/ч	Скорость фильтрования в формированном режиме V'Ф, м/ч
Гранулометрический состав			Высота слоя h2, м
Минимальный диаметр зерен dmin , мм	Максимальный диаметр зерен dmax , мм	Эквивалентный диаметр dэ, мм
1,2	2,0	1,5…1,7	1,2…1,3	6…7	7…8

Таблица 20

Характеристики режима водо-воздушной промывки фильтров с мелкозернистой песчаной загрузкой

Этапы промывки	Интенсивности подачи, л/(с.м2)		Продолжительность, мин.
	воды	воздуха
1	18…20	-	2
2	3..5	18…20	10…12
3	7	-	6…8

Таблица 21

Крупность зерен и высота поддерживающих слоев для фильтров с мелкозернистой песчаной загрузкой при водо-воздушной промывке

Порядковый номер поддерживающего слоя (снизу вверх)	Крупность зерен загрузки, мм	Высота поддерживающего слоя, hiСЛ, мм
1	40…20	Верхняя граница должна быть на уровне ответвлений распределительной системы, но не менее чем на 100 мм выше отверстий.
2	10…20	100…150
3	5…10	150…200
4	2…5	150…200

Диаметр указанных отверстий, м,

(107)

где - скорость выхода воздуха из отверстий воздухораспределительной системы,= 40…50 м/с.

Примечание: Диаметр отверстий воздухораспределительной системы должен составлять 2…5 мм.