Глава 6. Особенности подготовки воды для целей производственного водоснабжения

6.1. Общие положения

В настоящей главе рассмотрены некоторые особенности подготовки воды природных источников водоснабжения для целей производственного водоснабжения, отличные от подготовки воды питьевого качества, технология получения которой читателям уже известна.

При подготовке воды в хозяйственно-питьевых водопроводах независимо от размеров населенных пунктов и качества воды источников водоснабжения должна быть получена вода, соответствующая требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода", В соответствии с требованиями питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, иметь благоприятные органолептические свойства. При подготовке ее из воды источника извлекаются практически все нерастворенные примеси, нежелательные растворенные и коллоидные примеси, вода обеззараживается.

В отличие от населенных пунктов на промышленных предприятиях имеется всегда много (десятки, сотни) производственных водопотребителей, каждый из которых может предъявлять свои требования к качеству воды. Именно многообразие требовании к качеству воды со стороны производственных водопотребителей приводит к необходимости применения разнообразных методов и сооружений подготовки воды разного качества, что и является основной особенностью подготовки воды в производственном водоснабжении.

Обычно на промышленных предприятиях создается несколько систем водоснабжения с различным качеством воды. Кроме этого, в ряде случаев устраиваются дополнительные установки подготовки воды со специфическими требованиями для отдельных водопотребителей.

При подготовке воды для производственных целей в зависимости от требований к качеству воды наиболее часто производятся частичное и более глубокое удаление из воды нерастворенных примесей (осветление воды), умягчение и обессоливание воды, удаление из воды отдельных примесей, например железа, марганца,

60

кремния и др., дегазация и стабилизация воды.

В настоящем учебном пособии будут рассмотрены особенности осветления воды только для целей производственного водоснабжения.

61

6.2. Осветление воды для целей производственного водоснабжения

При подготовке воды для целей производственного водоснабжения очень часто требуется различная степень извлечения из воды нерастворенных (механических) примесей, определяемых показателем "мутность". При этом отдельные потребители могут предъявлять требования не только по общему показателю мутности, но и по размерам частиц.

Для осветления воды природных источников в производственных водопроводах могут применяться все известные методы и сооружения. В зависимости от качества воды источника водоснабжения и требований водопотребителей применяются процеживание на сетчатых фильтрах, удаление примесей в центробежном поле на гидроциклонах, осветление воды отстаиванием и флотацией, фильтрованием через зернистые материалы на фильтрах, мембранной технологией и др.

Выбор метода и состава сооружений в каждом конкретном случае осуществляется на основании анализа требований к качеству воды и показателей качества воды источника в результате технико-экономической оценки возможных вариантов. При этом предпочтение отдается безреагентным методам и сооружениям осветления воды, позволяющим создать компактные высокопроизводительные установки заводского изготовления с простой эксплуатацией.

6.2.1. Сетчатые установки

Сетчатые установки применяются для извлечения из воды механических примесей различной степени дисперсности. В зависимости от технических характеристик сеток (размеров и форм ячеек, типа плетения сеток), конструктивных отличий и режимов работы установок исходная вода может очищаться от крупных механических примесей, мелкодисперсной взвеси, планктона, и ряда других

61

примесей, содержащихся в воде.

Примеси могут задерживаться на рабочей поверхности сеток или непосредственно, или после образования на сетке искусственного или естественного фильтрующего слоя. В первом случае на сетке будут оставаться только частицы, размеры которых больше размеров ячеек сеток. Во втором случае эффект осветления будет зависеть от структуры слоя, созданного на поверхности сетки.

Достаточно широкий диапазон размеров отверстий сеток позволяет сетчатым установкам играть роль как самостоятельных, так и вспомогательных устройств в сооружениях подготовки воды.

Самостоятельное назначение сетчатые установки приобрели в системах, водопотребители которых предъявляют требования только по фракционному составу взвешенных веществ и содержанию планктона в воде. В этом случае сетки являются единственным сооружением, извлекающим нежелательные примеси из воды. Обычно это системы охлаждения крупного оборудования в энергетике и других отраслях промышленности, в воде которых допускается содержание взвешенных веществ размером менее 30-40 мкм.

Очень часто сетчатые установки используются как вспомогательные сооружения для защиты оборудования от попадания крупного, особенно, волокнистого мусора (насосное оборудование, дренажи фильтров и др.), для улучшения технико-экономических показателей работы сооружений (снижение числа промывок фильтров, уменьшение объема осадка в отстойниках), защиты сооружений от планктона и др.

Сетчатые установки систематизируются по ряду признаков:

по степени очистки воды - могут быть грубой (сетки водозаборов, фильтров скважин и др. с размерами ячеек 0,5 мм и более) и тонкой (микрофильтры с размерами ячеек 100-40 мкм) очистки;

по способу создания разности давления до и после сетки - могут быть безнапорные (гравитационные), напорные и вакуумные;

по периодичности действия - подразделяются на непрерывного (при восстановлении фильтрующей способности сетки без отключения из работы) и периодического (при необходимости отключения сетки для восстановления фильтрующей способности) действия;

по способу восстановления фильтрующей способности сеток -могут быть с промывкой сеток водой, продувкой воздухом, с использованием механических, вибрационных, электроимпульсных, ультразвуковых и других устройств;

62

по конструкции рабочих элементов - подразделяются на плоские, ленточные, цилиндрические и конические;

по числу сеток в сетчатом полотне - могут быть однослойные и многослойные;

по способу закрепления - подразделяются на неподвижные и подвижные.

Основным элементом сетчатых установок, определяющим их технологические параметры, является сеточное полотно. Основные требования к сетчатым материалам, применяемым в установках систем водоснабжения, сводятся к следующему:

сеточное полотно должно обеспечивать необходимую степень очистки воды при наименьших значениях потерь напора;

форма отверстий ячеек сетки, характер поверхности, способ соединений нитей должны обеспечивать возможность очистки сеток от задержанных загрязнений для восстановления начальной пропускной способности;

материал, из которого изготавливаются сетки, должен обладать механической прочностью и химической стойкостью.

В сетчатых установках систем водоснабжения наиболее широко применяются сетки металлические проволочные тканые, которые выпускаются промышленностью в соответствии с действующими стандартами. В государственных стандартах сетки классифицируются по способу соединения проволок, размерам отверстий, плотности, роду металла, виду покрытия, форме поперечного сечения проволок и др. [6].

Конструктивное решение сетчатых установок зависит от их назначения и места установки в системе водоснабжения.

Практически все водозаборные сооружения оборудуются сороудерживающими сетками, а в некоторых случаях и рыбозащитными [9]. Сороудерживающие сетки водозаборов малой производительности выполняются плоскими, съемными. Для очистки от задержанного мусора эти сетки периодически извлекаются на поверхность и промываются. На крупных водозаборах устанавливаются ленточные вращающиеся сетки, промывка которых может быть автоматизирована. Размер ячеек сеток водозаборов обычно колеблется от 0,5x0,5 до 5,0x5,0 мм. Сетки водозаборов в ряде случаев являются единственным очистным сооружением систем производственного водоснабжения, например систем охлаждения конденсаторов турбин тепловых электростанций и др.

63

Широкое применение в коммунальном водоснабжении нашли безнапорные барабанные сетки и микрофильтры [9]. Барабанные сетки используются для защиты дренажа и фильтрующей загрузки от засорения мусором, а микрофильтры - для извлечения из воды планктона. Для аналогичных целей эти аппараты применяются и в промышленном водоснабжении.

Однако в системах производственного водоснабжения предпочтение отдается напорным сетчатым фильтрам с регенерацией сеточного полотна без выключения сетки из работы. Напорные аппараты значительно упрощают высотно-технологическую схему водоочистных сооружений и позволяют создавать высокопроизводительные, компактные установки. Возможность регенерации сетки без выключения сетчатого фильтра из работы позволяет поддерживать постоянную производительность сооружений. Рассмотрим некоторые конструкции напорных самопромывающихся сетчатых фильтров.

Конусная водоочистная сетка конструкции ВНИИ ВОДГЕО(рис. 6.1) устанавливается непосредственно на трубопроводе, по которому движется очищаемая вода.

Рис. 6.1. Конусная водоочистная сетка:1- патрубок с фланцами (корпус сетки);2- опорное кольцо сетчатого конуса;3- сетчатый конус;4- вращающееся промывное устройство;5и7- подшипники;6- ось вращения промывного устройства;8- неподвижная труба;9- сопла;10- отвод промывной воды

Корпус сетки 1выполнен в виде патрубка с присоединительными фланцами. Внутри корпуса приварено опорное кольцо2, к

64

которому крепится сетчатый конус3. Внутри сетчатого конуса в подшипниках5и установлено вращающееся реактивное промывное устройство4, оборудованное соплами9. Кроме того, имеется трубопровод8для подвода промывной воды к промывному устройству и патрубок10с задвижкой для отвода смытых загрязнений из корпуса сетки.

Сетчатое полотно конуса может быть с ячейками от 0,25x0,25 до 4x4 мм в зависимости от характера задерживаемых примесей и требований к качеству очищенной воды.

При работе сетки исходная вода фильтруется через сетчатый конус в направлении снаружи внутрь и извлеченные примеси задерживаются на наружной поверхности сетки. При подаче воды к промывному устройству она выходит из сопел с большой скоростью и изнутри смывает с сетки загрязнения. При этом сопла расположены так, что создается реактивное вращательное движение промывного устройства и осуществляется равномерная промывка всего сеточного полотна. Смытые загрязнения отводятся с промывной водой через патрубок 10. Расход промывной воды составляет около 2 % от количества профильтрованной воды. Потери напора на сетке не должны превышать 0,25 м. Конусная сетка может устанавливаться на трубопроводе в горизонтальном или вертикальном положении конусом вверх. В частности, такие сетки могут применяться для очистки охлаждающей воды от крупных примесей, внесенных с воздухом в охладителях.

Высокопроизводительные напорные сетчатые фильтры (ВСФ)с автоматической промывкой сетчатого полотна (рис. 6.2) разработаны ВНИИхиммаш (Москва) и выпускаются заводом Пензхиммаш. Предназначены они для очистки воды от механических примесей, размеры которых больше размеров ячеек фильтрующего сетчатого полотна, имеют большую производительность при сравнительно небольших размерах. Так, фильтр ВСФ-2000 при диаметре корпуса 2 м имеет производительность 1700-2000 м³/ч, скорость фильтрации 600-700 м/ч и задерживает механические примеси размером 0,05 мм и более.

Фильтр состоит из корпуса 1(см. рис. 6.2), являющегося отсеком чистой воды, в котором крепятся два фильтрующих элемента2. К корпусу приварен выходной штуцер3. Фильтрующий элемент состоит из двух перфорированных дисков, между которыми зажат пакет сеток. К корпусу на фланцах крепятся крышка4и днище5,

65

являющиеся отсеком исходной воды. К крышке фильтра приварены входной штуцер6, люк для осмотра7и устройство для крепления привода. Днище оборудовано входным штуцером8, люком для осмотра9и устройством для вывода промывной воды10. К днищу приварены три цилиндрические опоры11.

Рис. 6.2. Схема сетчатого фильтра ВСФ-2000:1- корпус;2- сетчатые фильтрующие элементы;3- выходной штуцер;4- крышка;5- днище;6и8- входные штуцера;7и9- люки;10- отвод промывной воды;11- цилиндрические опоры;12- полый вал;13- короба;14- электропривод промывного устройства

Промывное устройство предназначено для очистки фильтрующих элементов и состоит из полого вала 12, двух коробов13, соединяющихся с валом коленом. В верхней части вал соединен с

66

приводом, в нижней - со штуцером для отвода промывной воды. Короба плотно прижаты к поверхности перфорированных дисков фильтрующих элементов специальными пружинами, а при работе фильтра дополнительно прижимаются к дискам давлением воды. Перемещение коробов во время промывки осуществляется при помощи водила, имеющего форму рамки, неподвижно закрепленной на валу.

Привод 14предназначен для вращения промывного устройства и состоит из мотор-редуктора и пары зубчатых колес, обеспечивающих частоту вращения вала промывного устройства 2,2 об/мин.

Фильтр комплектуется электрифицированными задвижками на входе, выходе, отводе промывной воды и запасной (обводной) линии, служащей для предохранения от разрушения фильтрующего элемента при достижении перепада давления 0,1 МПа (1 кгс/см²), а также оборудованием для автоматического управления работой фильтра.

Во время работы фильтра исходная вода подается через входные штуцера, проходит через фильтрующие элементы в средний отсек и отводится к потребителю.

Очистка исходной воды от механических примесей осуществляется непрерывно по всей площади фильтрующих элементов за исключением участков, закрытых промывочными коробами. Промывка фильтрующих элементов осуществляется обратным током воды, проходящей из чистого отсека через сетку в промывочный короб и полый вал за счет разности давлений в чистом отсеке и полом валу, соединенном на отводе с атмосферой. Промывка всей фильтрующей поверхности осуществляется перемещением промывочных коробов при вращении вала. Процесс промывки идет без выключения фильтра из работы.

Автоматическое включение промывного устройства осуществляется в зависимости от величины перепада давления в отсеках исходной и чистой воды. Величина перепада увеличивается по мере загрязнения фильтрующей сетки. При достижении заданной величины перепада, обычно 0,05-0,08 МПа (0,5-0,8 кгс/см³), включается привод промывного устройства и открывается задвижка на отводе промывной воды. Длительность промывки определяется в процессе эксплуатации и задается на реле времени.

67

6.2.2. Гидроциклоны

Процесс осветления воды в гидроциклоне осуществляется под действием центробежной силы, возникающей вследствие интенсивного вращения потока воды при тангенциальном впуске ее в гидроциклон (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Напорный гидроциклон:1- сменная насадка;2- коническое днище;3- корпус;4- входное отверстие;5- отвод осветленной воды;6- сменные вкладыши;H- полная высота;D- диаметр цилиндрической части

Величина этой силы определяется по формуле

P = πd³(ρ_т- ρ_ж)V²/6R,

где d - эквивалентный диаметр частиц, см; ρ_ти ρ_ж- плотность соответственно твердой и жидкой фаз, г/см³; V - скорость движения воды в питающем отверстии при входе в гидроциклон, см/с; R -радиус гидроциклона, см.

Из формулы видно, что центробежная сила тем больше, чем больше скорость входа, размер и плотность частиц и меньше радиус гидроциклона.

Гидроциклоны могут быть напорными и безнапорными (открытыми), применяются для предварительного осветления высокомутных вод, выделения крупных частиц из суспензий (известковое

68

молоко) и в других случаях. Они имеют небольшую стоимость, но достаточно энергозатратны, так как требуется энергия на создание достаточно высокой входной скорости, а поэтому, напорные гидроциклоны наиболее целесообразны при периодическом их применении, например, при предварительном осветлении воды во время паводков.

Напорный гидроциклон (см. рис. 6.3) состоит из цилиндрического корпуса 3с вытянутым коническим днищем2, заканчивающимся сменной насадкой1с калиброванным отверстием для отвода выделенных из воды примесей. Исходная вода подается в гидроцикпон через тангенциально расположенный патрубок и входное отверстие4. При вращении воды частицы взвеси отбрасываются к стенке корпуса и сползают по ней в коническое днище, из которого отводятся через отверстие насадки1. Осветленная вода отводится из центра корпуса через патрубок5.

Промышленностью выпускаются напорные гидроциклоны с диаметром цилиндрического корпуса от 50 до 500 мм.

Напорные гидроциклонные установки можно рассчитывать с использованием экспериментальных кривых осаждения (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Кривые для определения диаметра гидроциклона и потерь напора в нем при разной гидравлической крупности осаждаемых частиц

По требуемому эффекту осветления определяют расчетную гидравлическую крупность частиц u₀и по кривым осаждения находят диаметр гидроциклона и потери напора в нем. Очевидно, что эта задача не имеет однозначного решения, поэтому анализируют несколько подходящих гидроциклонов и окончательный размер

69

гидроциклона определяют технико-экономическим расчетом.

Производительность гидроциклона, м³/ч, по осветленной воде определяется по формуле

q_осв= 3600αμ_гω√2gΔH,

где α - коэффициент, учитывающий потерю части воды с осадком; α = 0,85-0,90; μ_г- коэффициент расхода гидроциклона; со - площадь живого сечения питающего отверстия, м²; ΔН - потери напора в гидроциклоне, м.

Коэффициент расхода гидроциклона можно определить из выражения

μ_г= 0,24d/d_п,

где d - диаметр сливного патрубка, см; d_п- эквивалентный диаметр питающего отверстия (диаметр круга, равновеликого площади питающего отверстия), см.

Необходимое число гидроциклонов рассчитывается по формуле

N_г= Q/q_осв

где Q - полезная производительность установки, м³/ч.

Количество воды, подаваемой насосами на установку,

Q_и= Q/α.

Ввиду малых диаметров напорных гидроциклонов и соответственно малой единичной производительности для получения требуемой производительности приходится устанавливать несколько (даже десятки) гидроциклонов в одном блоке. Для уменьшения количества арматуры и трубной обвязки гидроциклоны малых диаметров объединяют в одном корпусе, образуя так называемые мультициклоны (рис. 6. 5).

Большой интерес представляют многоярусные низконапорные гидроциклоны, разработанные во ВНИИ ВОДГЕО В. Г. Пономаревым и И. В. Скирдовым (рис. 6.6).

70

Рис. 6.5. Мультициклон:1- корпус;2- гидроциклоны;3- камера исходной воды;4- камера осветленной воды;5- камера шлама (пульпы);6- подача исходной воды;7- отвод осветленной воды;8- отвод шлама

Рис. 6.6. Многоярусный низконапорный гидроциклон:1- водосборный желоб;2полупогружная кольцевая стенка;3- аванкамеры;4- ярусы;5- шламоотбойные козырьки;6- водоподающие трубы;7- труба для удаления всплывших веществ;8- труба для удаления шлама;9- шламо-сборная труба;10- конические диафрагмы;11- выпуски;12- распределительные лопатки

71

В основе конструирования многоярусных гидроциклонов лежит идея более полного использования объема сооружения и уменьшения расчетной продолжительности пребывания в нем очищаемой воды при одной и той же степени ее очистки.

Очищаемая вода подается в три аванкамеры, оборудованные водораспределительными устройствами, с помощью которых водный поток делится поровну между ярусами гидроциклона. Это способствует более полному использованию расчетного объема сооружения и тем самым повышению эффекта его работы.

Вода из аванкамер в циклон подается через общие для всех ярусов щели, расположенные по окружности через 120°. Войдя в циклон, вода движется по спирали к центру. При этом тяжелые взвешенные частицы выпадают на нижнюю диафрагму каждого яруса и по ней сползают к центру. Далее осадок через кольцевую щель, объединяющую все ярусы, направляется в коническую часть гидроциклона.

Выделяющиеся в ярусах легкие примеси всплывают к верхним диафрагмам ярусов, по образующей поднимаются под верхнюю диафрагму и по трубам направляются на поверхность. Накопившиеся на поверхности легкие примеси удаляются из гидроциклона через воронки.

Осветленная вода через три тангенциальных выпуска поступает в центральную часть сооружения, откуда отводится через кольцевой водослив в водосборный желоб.

Производительность многоярусного гидроциклона, м³/ч, определяется по формуле

Q = 3,6 πn(R²- r²)u₀,

где n - число ярусов; R - радиус вращения, м; r - радиус шламоотбойных козырьков, м; u₀- гидравлическая крупность частиц, мм/с.

Безнапорные гидроциклоны могут иметь диаметр от 2,0 до 6,0 м и применяться вместо отстойников для удаления грубодисперсных примесей как из природной воды, так и из сточной воды в оборотных системах водоснабжения. Подробнее о многоярусных низконапорных гидроциклонах можно прочитать в книге

72

И. В. Скирдова, ВТ. Пономарева "Очистка сточных вод в гидроциклонах" (М.: Стройиздат, 1975).

73

6.2.3. Отстойники

Осветление воды отстаиванием широко применяется в системах производственного водоснабжения. Для этих целей могут использоваться все известные типы отстойников.

В отличие от городских водопроводов, где осуществляется отстаивание коагулированных примесей воды, в производственном водоснабжении широко используется частичное осветление воды без коагуляции примесей. Это накладывает свой отпечаток на конструктивные особенности отстойников, применяемых в производственном водоснабжении.

В отстойниках для осветления воды с коагуляцией примесей предусматриваются встроенные камеры хлопьеобразования и гидравлическое удаление образовавшегося пластичного (текучего) осадка. Конструкции таких отстойников уже знакомы читателям по курсу подготовки воды питьевого качества.

При отстаивании воды без коагуляции примесей образуется плотный, малоподвижный осадок, для удаления которого требуется его механическое сгребание со дна отстойника либо гидравлический смыв струями с остановкой и опорожнением отстойника. Последний способ чрезвычайно сложен, трудоемок и применяется только в старых действующих отстойниках.

Для осветления воды без коагуляции примесей в производственном водоснабжении применяются вертикальные отстойники (при малой производительности системы водоснабжения), а также горизонтальные и радиальные отстойники, оборудованные скребковыми механизмами (при большой производительности).

Наибольшее применение получили радиальные отстойники (рис. 6.7), представляющие собой круглый бассейн, в котором вода движется горизонтально от центра к периферии (по радиусу).

Исходная вода по трубопроводу 1, уложенному по неподвижной ферме2, подается в центральную распределительную трубу11Отсюда вода поступает в распределительную решетку12и движется в радиальном направлении к периферийному лотку5. При этом благодаря увеличивающемуся сечению потока горизонтальная скорость движения воды уменьшается, что повышает эффект

73

осветления. Осветленная вода собирается в лотке5, откуда по трубе отводится из отстойника.

Рис. 6.7. Радиальный отстойник:1- подающий трубопровод;2- неподвижная ферма;3- приводная тележка;4- круговой рельс по стенке отстойника;5- периферийный лоток для сбора осветленной воды;6- указатель скорости;7- подвижная ферма;8- скребки;9- проходной тоннель;10- всасывающая труба шламовых насосов;11- распределительная труба;12- решетка;13- центральная опора;14- труба для подачи воды на размыв осадка в приямке;15- затвор16доска для выравнивания кромки лотка

Выпавший на дно отстойника осадок сдвигается к центру скребками 8, закрепленными на подвижной ферме7. Ферма вращается вокруг центра с помощью электроприводной тележки3, движущейся по рельсу4, уложенному по борту отстойника. Другой конец вращающейся фермы опирается на центральную опору13с помощью специальной головки. Собранный в центральном приямке осадок шламовыми насосами по трубе10периодически откачивается из отстойника на дальнейшую обработку. Для обеспечения

74

подвижности уплотнившегося в приямке осадка перед откачкой он разрыхляется водой, подаваемой по трубе14.

Приводная тележка 3движется по рельсу со скоростью 2-3 м/мин. Для контроля за скоростью движения тележки предусматривается указатель скорости6.

Важнейшим для обеспечения эффективной работы радиального отстойника является обеспечение равномерного сбора воды по периметру лотка 5. Для этого используется доска16, с помощью которой обеспечивается строгая горизонтальность кромки водослива лотка. Лучшего эффекта можно добиться, если сбор воды в лоток осуществлять через затопленные отверстия в стенке лотка.

Радиальные отстойники строятся диаметром от 18 до 60 м. Если расчетом диаметр отстойника получается меньше 18 м, то применяются вертикальные отстойники с коническим осадкоуплотнителем. При этом угол между стенками осадкоуплотнителя должен быть не более 70°.

Площадь радиальных отстойников, м², определяется по формуле

F = 0,2(q/u₀)^1,07+ f,

где q - расчетный расход, м³/ч; u₀- расчетная гидравлическая крупность частиц, которые нужно осадить для обеспечения требуемого эффекта осветления, мм/с; f - площадь центральной вихревой зоны, которая может быть принята в пределах от 20 до 40 м²на каждый отстойник.

Количество рабочих отстойников должно быть не менее двух.

Глубина воды в отстойнике у водосборного лотка принимается 1,0-1,5 м. Днище отстойника делается с уклоном 0,1 к центральному приямку.

Эффект осветления воды отстаиванием без коагуляции примесей зависит от их гидравлической крупности и может колебаться в пределах от 50 до 90 %. При этом содержания взвешенных веществ в отстоянной воде меньше 20-50 мг/л добиться не удается. В силу этого отстойники как окончательная ступень осветления воды применяются в том случае, когда содержание взвешенных веществ в осветленной воде не должно превышать 50 мг/л. При необходимости более глубокого осветления воды после отстойников устанавливаются зернистые фильтры.

75

6.2.4. Напорные зернистые фильтры

Осветление воды фильтрованием через зернистые материалы широко применяется для подготовки воды в тех случаях, когда содержание взвешенных веществ в осветленной воде не должно превышать 10 мг/л. При этом содержание взвешенных веществ в воде поступающей на фильтры не должно быть более 50 мг/л. В противном случае ввиду ограниченной грязеемкости зернистых фильтров получаются очень короткие фильтроциклы и требуются большие расходы воды на промывку фильтров.

В системах производственного водоснабжения предпочтение отдается напорным зернистым фильтрам.

Напорные фильтры обладают определенными достоинствами перед безнапорными.

Во-первых, они позволяют подавать осветленную воду под остаточным напором непосредственно водопотребителю. Это исключает необходимость наличия насосных станций второго подъема и емкостей осветленной воды.

Во-вторых, в них можно создавать большие скорости фильтрования и тем самым получать компактные, высокопроизводительные установки частичного осветления воды.

В-третьих, напорные фильтры изготавливаются заводами серийно и поставляются на объекты комплектно. Это позволяет осуществлять монтаж и пуск в работу фильтровальных установок в очень короткие сроки.

В-четвертых, благодаря отсутствию открытой поверхности воды они не создают дополнительной влажности в помещении и могут располагаться непосредственно в производственных цехах основной технологии.

В-пятых, напорные фильтровальные установки могут быть быстро реконструированы либо демонтированы.

К недостаткам напорных фильтров следует отнести сложность контроля за состоянием фильтрующей загрузки и малые единичные площади серийных фильтров. Максимальная площадь выпускаемых напорных фильтров составляет 9,0 м²при диаметре 3,4 м, поэтому на крупных фильтровальных станциях требуется установка большого количества напорных фильтров с соответствующим количеством арматуры.

Отечественной промышленностью выпускаются напорные

76

осветлительные зернистые фильтры вертикальные однокамерные (рис. 6.8,а), вертикальные двух- и трехкамерные (рис. 6.8,б) и горизонтальные (рис. 6.8,в).

Рис. 6.8. Напорные осветлительные зернистые фильтры:а- вертикальный однокамерный;б- вертикальный двухкамерный;в- горизонтальный;1- корпус;2и3- штуцера соответственно для гидравлической загрузки и выгрузки фильтрующего материала;4- люк-лаз;5- верхняя распределительная система;6- нижняя распределительная система (дренаж);7- подача исходной воды;8- отвод осветленной воды;9- отвод первого фильтрата;10- подача воды на промывку фильтра;11- отвод промывной воды;12- подвод сжатого воздуха;13- фильтрующая загрузка

Напорный фильтр состоит из стального сварного корпуса 1, к которому приварены штуцера2и3для гидравлической загрузки и выгрузки фильтрующего материала, люк4в фильтрах малых диаметров или люк-лаз в фильтрах больших диаметров, фланцы для присоединения трубопроводной обвязки.

Внутри фильтра монтируется верхняя 5и нижняя6распределительные системы. Верхняя распределительная система обеспечивает равномерное распределение исходной воды по площади фильтра и сбор промывной воды. Нижняя распределительная система

77

(дренаж) обеспечивает сбор фильтрованной воды и равномерное распределение промывной воды по площади фильтра.

Трубопроводная обвязка фильтра заканчивается задвижками, обеспечивающими подачу исходной воды 7, отвод фильтрованной воды8и первого фильтрата9, подачу10и отвод11промывной воды. Кроме того, имеется штуцер с заглушкой12для присоединения сжатого воздуха для водовоздушной промывки фильтров.

Все перечисленное оборудование поставляется заводом-изготовителем комплектно. Кроме того, в комплект поставки входят пробоотборники, два манометра с трехходовыми кранами, трубопровод с арматурой для выпуска воздуха и крепеж.

В комплект поставки не входит фильтрующая загрузка, которая подбирается в каждом конкретном случае в соответствии с условиями фильтрования. В качестве фильтрующей загрузки могут использоваться кварцевый песок, дробленый кварц, антрацит, горные породы, а также другие зернистые материалы, соответствующие требованиям, предъявляемым к фильтрующим загрузкам.

Основные технические характеристики напорных осветлительных зернистых фильтров приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Тип фильтра	Рабочее давление, МПа	Диаметр, м	Длина, м	Площадь фильтрования, м2	Высота загрузки, м
Вертикальный однокамерный	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0.6	0,1 1,4 2,0 2,6 3,0 3,4	—	0,80 1,54 3,14 5,3 7,0 9,1	1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Вертикальный двухкамерный	0,6	3,4	—	18,2	0,9x2
Вертикальный трехкамерный	0,6	3,4	—	27,3	0,9x3
Горизонтальный	0,6 0,6	3,0 3,0	5,5 10,5	15,0 30,0	1,25 1,25

Конструктивные схемы вертикального однокамерного и горизонтального фильтра приведены соответственно на рис. 6.9 и рис. 6.10.

78

Рис. 6.9. Фильтр осветлительный вертикальный однокамерный ФОБ-1.4-0.6:1- подача исходной воды;2- отвод осветленной воды;3- подача воды на промывку;4- отвод промывной воды;5- отвод первого фильтрата;6- подвод сжатого воздуха;7- гидровыгрузка фильтрующего материала

79

Рис. 6.10. Фильтр осветлительный горизонтальный:1- подача исходной воды;2- отвод осветленной воды;3- подача воды на промывку;4- отвод промывной воды;5- отвод первого фильтрата;6- подвод сжатого воздуха;7- гидровыгрузка фильтрующего материала

Обычно при монтаже фильтровальных станций компоновочную схему обвязки фильтров сохраняют в заводской комплектации и после установки фильтров на место подсоединяют соответствующие трубопроводы фильтровальной станции к задвижкам фильтров.

Важнейшим элементом напорных фильтров является нижняя распределительная система, или дренаж. Все напорные фильтры оборудуются щелевым дренажом с размером щелей не более 0,4 мм, что позволяет загружать фильтры расчетной фильтрующей загрузкой без поддерживающих гравийных слоев.

Дренажи могут выполняться из щелевых колпачков (см. рис. 6.9) или щелевых труб (см. рис. 6.10). В фильтрах малых диаметров

80

колпачки устанавливают на горизонтальную перегородку (ложное днище) (см. рис. 6.9). В фильтрах больших диаметров колпачки устанавливают на распределительные трубы дренажа, прикрепленные к днищу фильтра.

Расчет фильтровальных станций с напорными фильтрами, работающих равномерно в течение суток, производится аналогично расчету станций с безнапорными фильтрами в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 [12, пп. 6.98, 6.99]. Расчетные скорости фильтрования в напорных фильтрах принимаются от 6 до 12 м/ч, причем меньшие скорости принимаются при необходимости глубокого осветления воды. После определения площади одного фильтра обращаются к параметрам серийных фильтров (см. табл. 6.1), подбирают соответствующий фильтр и корректируют количество фильтров на станции.

Чаще напорные фильтровальные станции работают с подачей осветленной воды остаточным напором прямо в сеть водопотребителя. В этом случае расчет ведется по расходу в час максимального водопотребления.

Требуемая площадь фильтров, м², определяется из выражения

F=Q_{ч макс}/V_н,

где Q_{ч макс}- расход воды в час максимального водопотребления, м³/ч; V_н- расчетная скорость фильтрования, м/ч.

Количество фильтров на крупных станциях определяется по формуле

N = 0,5√F.

При этом должно обеспечиваться соотношение

V_ф≤1,2·V_нN/(N - N₁- N₂),

где V_ф- скорость фильтрования при форсированном режиме, м/ч; N - число фильтров на станции; N₁- число фильтров, находящихся в ремонте; N₁= 1 при N ≤ 20, и N₁= 2 при N ≥ 20; N₂- число фильтров, находящихся в промывке; N₂= 1 при N≥10 и N₂= 2 при N ≥ 10.

При небольшом количестве фильтров на станции исходя из этих

81

расчетов приходится принимать резервные фильтры, которые включаются в периоды ремонта фильтров, а в некоторых случаях и на период промывки одного из фильтров.

Площадь одного фильтра, м², определяется из выражения

f=F/N.

Затем по табл. 6.1 подбирается серийный фильтр, определяются его площадь f и окончательное количество фильтров N = F / f. В зависимости от компоновочной схемы может приниматься целое четное или нечетное количество фильтров.

При подборе серийных фильтров следует учитывать, что вертикальные многокамерные фильтры целесообразно принимать при наличии высоких производственных помещений. В этом случае фильтровальная станция займет минимальную площадь и будет максимально использован объем здания. И, наоборот, в невысоких производственных помещениях целесообразно применять горизонтальные фильтры.

82

6.2.5. Автоматические сверхскоростные фильтровальные станции системы Г.Н. Никифорова

Рассказ о сверхскоростных фильтровальных станциях системы Г.Н. Никифорова начнем с небольшого экскурса в историю вопроса. В начале 30-х годов XX века, в период индустриализации, в нашей стране был выдвинут лозунг "Догоним и перегоним". Имелось в виду намерение догнать и перегнать передовые капиталистические страны по развитию техники. В то время в области осветления воды фильтрованием работали медленные "английские" фильтры со скоростями фильтрования 0,1-0,3 м/ч, скорые "американские" фильтры со скоростями 5-10 м/ч и ультраскорые "немецкие" напорные фильтры со скоростями 15-30 м/ч. Молодой ученый Г.Н. Никифоров решил их всех перегнать и исследовать работу напорных фильтров в диапазоне скоростей фильтрования 50-100 м/ч. Первые же опыты осветления воды на применяющихся тогда мелкозернистых загрузках с такими высокими скоростями фильтрования показали, что получаются очень короткие фильтроциклы: от 0,5 до 1,5 ч. Эксплуатировать существующие тогда

82

конструкции фильтров с такими частыми промывками было просто физически невозможно. Г.Н. Никифоров понимал, что требуется принципиально новое решение, и нашел его. Им был создан многокамерный фильтр с поочередной промывкой камер собственным фильтратом в режиме простого автоматического управления (рис. 6.11). Промышленный образец такого фильтра был внедрен в установку подготовки воды энергопоезда ЭП1 в 1933 году.

Напорный сверхскоростной многокамерный фильтр системы Г.Н. Никифорова представляет собой стальной сварной корпус 1, (см. рис. 6.11), внутри которого расположена цилиндрическая шахта2. Сверху между сферической частью корпуса и стенкой шахты установлена коническая перегородка с трапецеидальными отверстиями6. Снизу в кольцевом пространстве между корпусом и шахтой установлено кольцевое дырчатое дно (дренаж)3, на котором располагаются поддерживающие гравийные слои и фильтрующая загрузка. Кольцевое пространство между корпусом и шахтой, ограниченное сверху конической перегородкой, а снизу дренажом, разделено вертикальными перегородками15на восемь фильтровальных камер16.

Исходная вода поступает через патрубок 4в камеру исходной воды5, которая является общей для всех фильтровальных камер и соединена с ними через отверстия6. Фильтрованная вода собирается в кольцевом поддренажном пространстве11, которое является также общим для всех фильтровальных камер. Далее фильтрованная вода через отверстия7поступает в шахту2и из нее по трубопроводу8отводится под напором из фильтра. Сверху шахта отделена от камеры5глухой перегородкой. И, наконец, самое интересное. В камере исходной воды установлено поворотное промывное устройство10, представляющее собой полый патрубок, с одной стороны имеющий башмак с отверстием, которым он плотно прижимается к поверхности конической перегородки и может перекрывать отверстия6. С другой стороны патрубок соединен сальником14с трубопроводом12, обеспечивая гидравлическую связь фильтровальных камер через отверстия6с трубопроводами12и13. Промывное устройство оборудовано электроприводом9, с помощью которого в системе автоматики может перемещаться по часовой стрелке, поочередно перекрывая отверстия6всех камер.

83

Рис. 6.11. Напорный сверхскоростной многокамерный фильтр системы Г.Н. Никифорова:1- стальной цилиндрический корпус;2- цилиндрическая шахта;3- кольцевое дырчатое дно (дренаж);4- подача исходной воды;5- распределительная камера исходной воды;6- трапецеидальные отверстая в конической перегородке;7- отверстия для поступления воды из поддренажного пространства в шахту;8- отвод фильтрованной воды;9- электропривод;10- поворотное промывное устройство;11- поддренажное пространство;12- труба, для отвода воды от поворотного промывного устройства;13- труба с задвижкой для отвода промывной воды из фильтра;14- сальник;15- вертикальные перегородки;16- камеры фильтра;17- люки

84

Принцип работы фильтра.Когда промывное устройство10находится в промежуточном между отверстиями6положении, не перекрывая ни одного из них, все восемь фильтровальных камер фильтруют исходную воду. Вся профильтрованная вода собирается в поддренажное пространство11и отводится по трубопроводу8. При расположении промывного устройства над отверстием одной из фильтровальных камер, в работе по фильтрованию исходной воды останется семь камер. Теперь, если открыть задвижку13и сообщить трубопровод с атмосферным давлением, то в результате того, что в поддренажном пространстве11давление всегда выше атмосферного, часть воды из поддренажного пространства начнет поступать в фильтрующую загрузку снизу вверх и отводиться через отверстие6, промывное устройство10и трубопровод12из фильтра. То есть начнет осуществляться промывка загрузки в этой камере. Причем количество воды, поступающей на промывку, зависит от величины давления в поддреннажном пространстве и степени открытия задвижки13.

В этот период оставшиеся в работе по фильтрованию семь камер должны профильтровать количество воды, необходимой водопотребителю и на промывку камеры собственного фильтра, поэтому в период промывки одной из камер скорость фильтрования в оставшихся в работе камерах повышается.

Самый большой из разработанных многокамерных фильтров имеет диаметр 3,0 м, площадь фильтрования 6,4 м², полезную производительность 100-150 м³/ч. Эти фильтры удовлетворяют нужды относительно небольших производственных водопотребителей, в частности, в металлургической промышленности. При необходимости осветления большого количества воды требуется установка нескольких многокамерных фильтров, что экономически не всегда целесообразно, так как стоимость многокамерного фильтра в несколько раз больше стоимости серийного фильтра равной площади.

В 1948 году Г.Н. Никифоровым была разработана сверхскоростная фильтровальная станция батарейного типа большой производительности, являющаяся технологической моделью многокамерного фильтра. Станция (рис. 6.12) представляет собой батарею из 6,8,10 серийных напорных вертикальных однокамерных фильтров, объединенных общим подающим коллектором исходной воды и общим коллектором фильтрованной воды.

85

Рис. 6.12. Сверхскоростная фильтровальная станция батарейного типа:и- исходная вода;ф- фильтрат;к- канализация;1-8- серийные напорные вертикальные однокамерные фильтры;9- задвижка для подачи в фильтр исходной воды;10- задвижка для отвода из фильтра фильтрованной воды и подачи в фильтр воды на промывку;11- задвижка для отвода из фильтра промывной воды;12- подача исходной воды к блоку фильтров;13- отвод фильтрованной воды в сеть водопотребителя;14- отвод промывной воды от блока фильтров

86

Каждый фильтр оборудуется тремя приводными задвижками:9- для подачи исходной воды;10-для отвода фильтрованной воды и подачи воды на промывку фильтра;11-для отвода промывной воды.

Сущность работы сверхскоростной фильтровальной станции батарейного типа заключается в автоматической поочередной промывке фильтров собственным фильтратом. Для этого в системе автоматики отыскивается очередной фильтр, который по команде выводится на промывку. При этом закрытием задвижки 9прекращается подача исходной воды и фильтр выводится из работы по фильтрованию. Затем открывается задвижка11и фильтр сообщается с атмосферным давлением. В результате того, что в напорном трубопроводе фильтрованной воды давление выше атмосферного, вода из него через задвижку10начинает поступать в фильтр и восходящим потоком промывать фильтрующую загрузку. После окончания промывки закрывается задвижка11, открывается задвижка9и фильтр пускается в работу по фильтрованию. Затем система автоматики находит следующий по очереди фильтр и по команде выполняет операции по его промывке. Благодаря такому режиму промывки при постоянной производительности в блоке фильтров сохраняется постоянное количество задержанных загрязнений и соответственно относительно постоянное гидравлическое сопротивление, поэтому только, что промытый фильтр благодаря малому сопротивлению чистой загрузки будет работать с максимальной скоростью фильтрования.

По мере задержания загрязнений (заиления) сопротивление фильтрующей загрузки возрастает, что при относительно постоянных потерях напора в блоке приводит к снижению скорости фильтрования в каждом фильтре от максимума в начале до минимума в конце фильтроцикла (рис. 6.13).

Время работы каждого фильтра в блоке по фильтрованию до выхода на промывку (длительность фильтроцикла - Т_фц) зависит от времени всех операций по промывке фильтра Т_пр, длительности интервала Т_инмежду промывками, числа фильтров в блоке N и определяется по формуле

Т_фц= Т_инN + Т_пр(N - 1).

87

Рис. 6.13. График работы каждого фильтра в блоке: Т_ин- длительность интервала между промывками; Т_пр- длительность всех операций по промывке фильтра; Т_фц- длительность фильтроцикла; Т_фп- длительность фильтропериода

Время всех операций по промывке фильтра состоит из времени открытия и закрытия задвижек и времени подачи воды на промывку загрузки. Первая составляющая для каждой конкретной фильтровальной станции является величиной постоянной и составляет 3-4 мин. Время подачи воды на промывку зависит от параметров фильтрующей загрузки, характера загрязнений и режима промывки и при промывке только водой обычно составляет 6-10 мин. В силу этого время всех операций по промывке каждого фильтра колеблется от 10 до 14 мин. Длительность интервала между промывками может регулироваться (задаваться) в системе автоматики обычно в диапазоне от 1 до 120 мин. Минимальный интервал устанавливается при максимальном содержании примесей в исходной воде. При снижении количества примесей в исходной воде Т_инувеличивается, что позволяет уменьшить расход воды на промывку.

Количество фильтров в блоке принимается от 6 до 10. Чем

88

меньше фильтров в блоке, тем больше возрастает скорость фильтрации в оставшихся в работе фильтрах при промывке очередного фильтра. Это приводит к ухудшению качества фильтрата и резкому колебанию напорных характеристик. При большом количестве фильтров длительность фильтроцикла даже при минимальном интервале становится настолько длинной, что фильтры заиляются быстрее, чем доходит очередь их промывки, и прекращают работу по фильтрованию. Опыт проектирования и эксплуатации сверхскоростных фильтровальных станций батарейного типа показал, что оптимальным количеством фильтров в блоке можно считать восемь. При этом минимальная длительность фильтроцикла

T_фц= 1·8+10 (8-1) = 78 мин.

Теперь, после ознакомления с устройством и принципом действия сверхскоростных фильтровальных станций (ССФС) системы Г.Н. Никифорова, можно сформулировать основные их особенности, отличающие эти станции от остальных напорных фильтровальных станций, которые заключаются в следующем:

станции работают с высокими скоростями фильтрования, средними по блоку от 20 до 30 м/ч;

камеры или фильтры в блоке промываются в строгой очередности собственным фильтратом под остаточным напором по заданной в системе автоматики программе;

промывка фильтров собственным фильтратом под остаточным напором исключает необходимость наличия промывных насосов и емкостей промывной воды;

в результате поочередной промывки фильтров в блоке сохраняется относительно постоянное количество задержанных примесей, соответственно постоянное сопротивление фильтрующей загрузки и постоянные потери напора при постоянной производительности;

в результате сохранения постоянных потерь напора в блоке фильтры работают со снижающимся по мере заиления загрузки скоростями фильтрования от максимума в 50-100 м/ч в начале фильтроцикла (сразу после промывки) до минимума в 10-30 м/ч в конце фильтроцикла перед выходом на промывку;

именно благодаря снижению скоростей фильтрования по мере заиления загрузки обеспечивается высокий эффект осветления воды

89

на сверхскоростных фильтровальных станциях при высоких скоростях фильтрования.

Работа всех сверхскоростных фильтровальных станций автоматизирована. Как было уже отмечено, основной особенностью сверхскоростных фильтровальных станций является строго поочередная промывка фильтров собственным фильтратом. Отсюда вытекают основные задачи системы автоматики: поиск очередного фильтра, своевременный вывод его из работы по фильтрованию, осуществление необходимых операций по промывке и вводу промытого фильтра в работу.

Поиск очередного фильтра осуществляет блок очередности (БО) (рис. 6.14), представляющий собой многоцепной автоматический переключатель.

Рис. 6.14. Принципиальная схема автоматизации ССФС:БО- блок очередности;БП- блок программ;БУ- блок управления;МП- магнитные пускатели;РК- реле команды;РП- регулирующий прибор;Ф1, Ф2,... - фильтры номер1, номер2и т. д.

Получив сигнал об окончании промывки очередного фильтра, блок очередности переключает командные цепи блока программ (БП) на блок управления (БУ) задвижками следующего по очереди фильтра. Команду на начало выполнения программы промывки блок программ получает от реле команды (РК), которое в свое время получает сигнал от регулирующего прибора (РП). В качестве регулирующего прибора чаще всего используется реле времени, с помощью которого задается величина Т_ин. Могут использоваться и

90

датчики, измеряющие потери давления в фильтрах.

Все операции по промывке фильтра, заключающиеся в своевременном закрытии и открытии соответствующих задвижек с помощью магнитных пускателей (МП), выполняет блок программ (БП). В простейшем случае программа промывки заключается в закрытии задвижки на подаче исходной воды, открытии задвижки на отводе промывной воды, выдерживании времени подачи воды на промывку фильтра, закрытии задвижки на отводе промывной воды и открытии задвижки на подаче исходной воды в фильтр. При водовоздушной промывке количество операций увеличивается.

В качестве фильтрующей загрузки сверхскоростных фильтровальных станций могут применяться любые прочные зернистые материалы с размером зерен от 0,7 до 2,0 мм, высотой от 1000 до 2000 мм. Большое значение придается прочности зернистого материала, так как при больших скоростях фильтрования и коротких фильтроциклах каждый фильтр в блоке промывается 15-18 раз в сутки.

В работе сверхскоростных фильтровальных станций наблюдаются два характерных периода. Первый, наиболее сложный, имеет место во время промывки одного из фильтров. В этот период ССФС работает с производительностью, позволяющей обеспечить подачу требуемого расхода воды потребителю, а также подать воду на промывку одного из фильтров блока при количестве работающих фильтров на единицу меньше установленного, то есть производительность станции

Q₁= Q_потр+Q_пр,

где Q_потр- количество воды, подаваемое под остаточным напором в сеть водопотребителя; Q_пр- расход воды на промывку собственного фильтра, который зависит от площади фильтра и принятой интенсивности промывки и для каждого конкретного случая -величина вполне определенная.

После окончания промывки фильтра и ввода его в работу по фильтрованию наступает второй период - период интервала между промывками, когда производительность ССФС равна расходу воды, направляемой потребителю, то есть

Q₂= Q_потр

91

Как правило, на все действующие ССФС исходная вода подается от собственной насосной станции, а после ССФС под остаточным напором осветленная вода поступает в сеть потребителя. В силу этого отмеченные ранее особенности работы ССФС будут влиять на работу насосной станции, а напорно-расходные характеристики будут зависеть от гидравлических характеристик единой системынасосная станция - ССФС-водопроводная сеть - водопотребитель.

Пьезометрический анализ системы (рис. 6.15) показывает, что напор в сети водопотребителя в эти характерные периоды будет изменяться и соответственно будет изменяться количество подаваемой воды. По этой причине при разработке системы водоснабжения с ССФС требуется тщательный анализ работы единой системы с целью обеспечения подачи водопотребителю требуемого количества воды в любой из характерных периодов.

Рис. 6.15. График пьезометрических линий: Н_H1, Н_H2и Н_H3- напор, развиваемый насосами в период без промывки, в период промывки без изменения числа рабочих насосов и в период промывки с дополнительным рабочим насосом; Н_п1, Н_п2и Н_п3- напор в сети водопотребителя в те же периоды; h_бл- потери напора в блоке сверхскоростной фильтровальной станции; h_НС- потери напора в насосной станции

92

Из пьезометрического анализа следует, что напор, развиваемый насосами, определяется напором в сети водопотребителя и суммой потерь напора во всех элементах системы:

H_H= h_HC+ h_бл+ H_п.

Расчет сверхскоростных фильтровальных станций батарейного типа.Сначала определяется требуемая площадь фильтрования, м2, для периода интервала между промывками по формуле

F = Q_потр/V_Н,

где Q_потр- расход воды, требуемый водопотребителю в час максимального недопотребления, м³/ч; V_H-скорость фильтрования в этот период, принимаемая в диапазоне от 20 до 25 м/ч.

Затем, после назначения количества фильтров в блоке N, равного 6, 8, 10, определяется площадь одного фильтра, м²,

f=F/N,

и подбирается стандартный фильтр.

После этого проверяется скорость фильтрования в период промывки одного из фильтров V_ф.

V_ф= Q_потр+ Q_пр/f(N - 1) ≤ 30 м/ч,

где Q_пр- расход воды на промывку фильтра; Q_пр= if·3,6, м³/ч; i - интенсивность промывки загрузки, которая для загрузки с размером зерен от 0,7 до 2,0 VIM принимается в диапазоне от 15 до 17 л/с· м²; f - площадь принятого стандартного фильтра, м².

Если скорость фильтрования в период промывки получается более 30 м/ч, то можно увеличить число фильтров в блоке либо принять стандартные фильтры большего размера.

Для систем большой производительности принимается несколько параллельно работающих блоков сверхскоростных фильтровальных станций.

Расчет сверхскоростных фильтровальных станций заканчивается подбором насосов насосной станции, подающей воду на

93

фильтры. При этом насосная станция должна нормально работать как в период промывки одного из фильтров с производительностью Q₁= Q_потр+ Q_пр, так и в период интервала между промывками с производительностью Q₂= Q_потр. Потери напора в блоке сверхскоростных фильтров в период промывки одного из фильтров принимаются равными 10 м, в период интервала между промывками -7м.

Из графика пьезометрических линий (см. рис. 6.15) видно, что при работе с одним и тем же количеством рабочих насосов в период промывки одного из фильтров напор в сети водопотребителя снижается, что приводит и к снижению количества воды, подаваемой потребителю. Это связано с увеличением производительности насосов для подачи воды на промывку фильтра и снижением развиваемого напора в соответствии с рабочей характеристикой насосов. Кроме того, в этот период увеличиваются потери напора в блоке сверхскоростных фильтров.

Если водопотребитель не допускает отмеченных колебаний расходов и напоров, то можно на период промывки одного из фильтров включать дополнительный рабочий насос либо поддерживать постоянный напор в сети водопотребителя частотным регулированием работы насосов.

Изобретатель сверхскоростных фильтровальных станций Г.Н. Никифоров с 1946 по 1972 г. возглавлял кафедру водоснабжения в Ленинградском инженерно-строительном институте (ныне Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет). Под его руководством были проведены крупномасштабные исследования по совершенствованию сверхскоростных фильтров и их широкому использованию в различных отраслях промышленности. На сегодня автоматические сверхскоростные фильтровальные станции успешно работают в текстильной, электронной, металлургической и других отраслях промышленности, а также на доочистке городских сточных вод с целью их последующего использования для подпитки систем производственного водоснабжения.

94