4.3. Фильтрование
Для улавливания тонких частиц используют фильтрование сточных вод через тонкие перегородки или насыпные слои зернистых материалов.
В качестве фильтрующих перегородок применяют перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и других металлов, а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стекловолоконные, хлопчатобумажные, шерстяные, из синтетических волокон). Выбор перегородки зависит от коррозионной активности очищаемой воды, физико-химических свойств и концентрации отделяемых осадков. Для осуществления процесса фильтрации в этом случае используются все известные типовые фильтры: нутч-фильтры, пресс-фильтры, барабанные, дисковые, ленточные, карусельные и др.; непрерывно и периодически работающие; работающие под давлением и в вакууме.
Более широко в водоочистной практике применяют фильтры с насыпным фильтрующим зернистым материалом. Насыпной материал – кварцевый песок, антрацит, дробленый керамзит, шлаки и др.
Фильтры характеризуются показателем, который называется время работы фильтра до проскока. Показатель рассчитывается по формуле
с, (3.14)
где l – толщина фильтрующего слоя загрузки, м;
V – объем фильтрата или скорость фильтрации, м3;
d – диаметр зерен загрузки, м;
S0 и k – константы (или концентрации) взвешенных веществ в осветленной и исходной воде.
Требования к фильтрации следующие:
- фильтрование должно идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых пленок на поверхности загрузки;
- должна быть предусмотрена интенсивная промывка зерен загрузки при наступлении проскока загрязненных вод;
- фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества и расхода воды.
Требования к фильтрующим материалам:
наличие определенного фракционного состава;
механическая прочность на истирание и измельчение;
химическая стойкость к воде и примесям;
доступность и невысокая стоимость.
По скорости фильтрации фильтры делятся на медленные (со скоростью фильтрации менее 0,5 м/ч), скорые (от 2 до 15 м/ч) и сверхскорые фильтры (более 25 м/ч).
Также они подразделяются на открытые и закрытые, на напорные и безнапорные, а по размерам загрузки верхнего слоя – на мелкозернистые (диаметр частиц до 0,4 мм), среднезернистые (0,4-0,8 мм) и крупнозернистые (более 0,8 мм). По виду используемых материалов фильтры делятся на однослойные и многослойные (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Схемы фильтров с зернистой загрузкой
а – однослойный с плавающей загрузкой; б – многослойный; в – контактный осветлитель:
1 – распределительный карман; 2 – корпус; 3 – фильтрующая загрузка; 4 – удерживающая решетка; 5 – дренажная система; 6 – распределительная система промывной воды; 7 – желоб для отвода фильтрата и промывной воды; 1, П, Ш, 1У – соответственно потоки очищаемой, очищенной, промывной и загрязненной промывной воды
В однослойных фильтрах загрузка состоит из зерен одного материала (рис. 3.14, а). Загрузка многослойного фильтра (рис. 3.14, б) состоит из нескольких слоев разных материалов, уложенных с уменьшением размера зерен по ходу воды. Контактный осветлитель (рис. 3.14, в) относится к группе многослойных фильтров, только в его работе используются коагулянты и флокулянты для укрупнения частиц взвеси. В этом аппарате крупность зерен уменьшается по ходу потока очищаемой воды. Такое распределение засыпного материала позволяет использовать весь объем фильтрующего слоя, иначе вся извлекаемая взвесь сосредоточилась бы на входе в фильтрующий слой, быстро забивая его.
Значительное влияние на работу узла фильтрации оказывает соотношение продолжительностей периодов фильтрования и регенерации фильтрующего слоя путем промывки его обратным потоком очищенной воды. Чем меньше рабочий период фильтра, тем меньше он забивается улавливаемой примесью и, следовательно, выше средняя скорость фильтрования. Однако при этом увеличивается общая продолжительность простоев фильтра из-за его остановки на промывку. Очевидно, что выбор указанного соотношения периодов очистки воды и промывки фильтрующего слоя является задачей на оптимизацию.