Технологический расчет механических и Nа-катионитных фильтров
Принципиальная схема однокамерного однопоточного механического фильтра показана на рис. 10.
Рис. 10. Принципиальная схема однопоточного механического фильтра:
I – фильтрующий материал (дробленый антрацит); II – распределительное устройство; III, IV – люки для осмотра и проведения ремонта фильтра; 1 – подача обрабатываемой воды; 2 – выход осветленной воды; 3 – промывочная вода; 4 – выход промывочной воды; 5 – сброс воды в дренаж; 6 – подача сжатого воздуха
Фильтроцикл работы механического фильтра предусматривает рабочий период – фильтрацию воды сверху – вниз через зернистую загрузку (обычно – дробленный антрацит) и взрыхляющую промывку снизу – вверх водой и воздухом с удалением накопившейся грязи. Технологические показатели работы механического фильтра приведены в табл. 8.
Технологический расчет механических фильтров состоит в определении времени работы одного фильтра между взрыхляющими промывками, необходимом количестве МФ для обработки всего потока воды, необходимом объеме фильтрующего материала, скорости фильтрования воды и необходимом расходе воды на взрыхляющую промывку. При этом ряд параметров процесса принимается на основании опыта эксплуатации, отраженного в руководящих технических материалах.
Таблица 8. Технологические показатели механических фильтров
Показатели |
Обозначение |
Величины |
Скорость фильтрования, м/ч |
W |
56 |
Интенсивность взрыхления, л/(м2·с) |
i |
1013 |
Время взрыхления, мин |
τвзр. |
57 |
Удельная грязеёмкость, кг/м3 |
ĒГР |
2,03,0 |
Высота загрузки фильтрующего материала, м |
h |
0,91,0 |
Такими нормативными параметрами являются:
- допустимая высота загрузки h – не более 1м;
- допустимая скорость фильтрования Wфдоп – менее 10 м/ч;
- минимальное количество МФ n – 3 шт;
- диаметр фильтра – из стандартного ряда d – 2,0м; 2,6; 3,0м; 3,4м;
Для расчета технологических характеристик используются следующие базовые уравнения:
- уравнение материального баланса:
;
- уравнение фильтрации:
м/ч;
- уравнение расхода взрыхляющей воды:
м3/ч,
где Vзагр – объем загрузки фильтрующего материала в одном фильтре;
Г – удельная грязеемкость загрузки, кг/м3 (по табл. 7.);
Q – расход обрабатываемой воды на все фильтры, м3/ч;
n – количество установленных фильтров с учетом одного резервного, шт.;
Т – время работы фильтра между промывками, ч;
Cвзв.в. – концентрация взвешенных веществ, удаляемых из воды, мг/л;
Wф – фактическая скорость фильтрования воды, м/ч;
d – диаметр установленных механических фильтров, м;
i – интенсивность взрыхления, л/(м2·с).
Перед расчетом необходимо выбрать количество и диаметр устанавливаемых фильтров. Для этого используется уравнение фильтрации в предположении, что n≥3; Wф ≤ Wфдоп; d – из стандартного ряда, желательно большего диаметра.
Так, для рассматриваемого примера, если принять n=3, а Wф=Wфдоп=10м/ч, то при Q=300 м3/ч
получим d=6,2 м, что значительно больше максимального диаметра из стандартного ряда (dmax=3,4 м). Увеличивая число фильтров получим при n=7; d=2,8 м. Тогда принимаем диаметр ближайший больший из стандартного ряда, а именно d=3 м, получим фактическую скорость фильтрования:
м/ч.
м3/ч
Такую скорость фильтрования можно принять в качестве проектной, имея в виду, что один из установленных фильтров находится в резерве, а один фильтр выведен из работы на взрыхляющую промывку. В практических условиях скорость фильтрования часто снижается до 6 м/ч, чтобы обеспечить требуемую глубину удаления взвешенных веществ (см. табл.7).
После нахождения числа и диаметра механических фильтров можно рассчитать технологические характеристики:
- грязеемкость одного фильтра, кг;
- время работы фильтра, ч;
- объем фильтрующего материала в одном и во всех n фильтрах, м3;
- расход и объем воды на одну взрыхляющую промывку
Дальнейшая обработка осветленной воды производится на Na-катионитных фильтрах.
Принципиальная схема Na-катионитного фильтра приведена на рис. 11.
Рис. 11. Принципиальная схема однопоточного прямоточного катионитного фильтра:
1 – вход обрабатываемой воды; 2 – выход обработанной воды; 3 – подача взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – подача регенерационного раствора; 6 – сброс регенерационного раствора и отмывочной воды; 7 – нижнее распределительное устройство; 8 – верхнее распределительное устройство; 9 – люк для ревизии и ремонта фильтра; 10 – смотровой люк
Рабочий процесс фильтрования воды производится так же, как на механическом фильтре: сверху – вниз. Процесс восстановления рабочей способности катионита – регенерация – складывается из трех стадий: взрыхления, собственно регенерации и отмывки катионита от продуктов регенерации. Так же как и в расчете механических фильтров, здесь необходимо опираться на опытные (или нормативные) параметры технологического процесса, основные из которых приведены в табл. 9.
В расчете технологических характеристик Na-катионитных фильтров используются следующие базовые уравнения:
- уравнение материального баланса ионов:
,
ΔЖ=ЖоОсв-ЖоNa=2,4-0,1=2,3мг-экв/л
- уравнение фильтрации:
Перед расчетом необходимо выбрать количество и диаметр устанавливаемых фильтров. Для этого используется уравнение фильтрации в предположении, что n≥3; Wф ≤ Wфдоп; d – из стандартного ряда, желательно большего диаметра.
Так, для рассматриваемого примера, если принять n=3, а Wф=Wфдоп=20 м/ч, то при Q=300 м3/ч
получим d=4,4 м, что значительно больше максимального диаметра из стандартного ряда (dmax=3,4 м). Увеличивая число фильтров получим при n=6; d=2,2 м. Тогда принимаем диаметр ближайший больший из стандартного ряда, а именно d=2,6 м, получим фактическую скорость фильтрования:
м/ч,
- уравнение регенерации (расхода 100% - го реагента NaCl):
,
- уравнение стоков Na-катионитного фильтра:
расход соли NaCl в сток:
,
расход солей жесткости (CaCl2 и MgCl2) в сток:
,
где, Жо – общая жесткость осветленной воды, поступающей на Na-катионитный фильтр, мг-экв/л;
Eр – рабочая обменная емкость катионита по катионам жесткости, г-экв/м3;
qNaCl – удельный расход соли на регенерацию, г/г-экв;
58,5 – эквивалент соли NaCl.
Таблица 9. Основные технологические показатели для Na-катионитных фильтров
Показатели |
Обозначение |
Величины | |
Na1 |
Na2 | ||
Скорость фильтрования при Ж0до 5,0 мг-экв/л, м/ч |
WФ |
1015 |
2530 |
Интенсивность взрыхления, л/(м²·с) |
i |
4 |
4 |
Линейная скорость взрыхления, м/ч |
WВЗР |
14 |
14 |
Продолжительность взрыхления, мин |
τВЗР |
15 |
15 |
Скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч |
WРР |
34 |
35 |
Скорость пропуска отмывочной воды, м/ч |
WОТ |
68 |
68 |
Удельный расход отмывочной воды, м³/м³ |
qОТ |
4 |
4 |
Концентрация регенерационного раствора, % |
СNaCl |
68 |
812 |
Удельный расход поваренной соли на регенерацию, г/г-экв |
dNaCl |
170230 |
350400 |