5.7. Фильтры

Фильтрование воды является заключительной стадией осветле­ния воды. Одновременно с осветлением, фильтры обеспечивают сня­тие цветности и бактериального загрязнения. В зависимости от ко­личества и качества исходной воды, наличия и требуемой степени осветления, местных, технических и экологических условий приме­няют различные типы фильтров. Наибольшее распространение по­лучили так называемые медленные и скорые фильтры (рис. 5.6 и 5.7). Медленные фильтры впервые были применены в начале XIX в. Принцип их действия заимствован у природы.

Медленные фильтры - это железобетонные или кирпичные резервуары, прямоугольной или круглой формы, заполненные кварцевым песком, уложенным на поддерживающий слой из гравия или щебня с дренажной системой (табл. 5.3). Загрузку медленных фильтров принимают в зависимости от концентрации взвешенных частиц. Общая высота гравийной засыпки 450-500 мм, песчаной -800-850 мм.

Количество фильтров должно быть не менее трех. Ширина фильтра не более 6 м, длина - не более 60 м. Слой воды над по­верхностью загрузки медленных фильтров - 1,5 м.

Рис. 5.6. Медленный фильтр:

1 - корпус; 2 - камера управления; 3 - подвод воды; 4 ~ отвод воды; 5 - сброс

в канализацию; 6 - перелив; 7 - наполнение фильтра чистой водой; 8 - регулятор

скорости фильтрования; 9 -дренажная система; 10 - гравийный поддерживающий

слой; 11 - фильтрующий слой из песка; 12 - биологическая пленка: 13 - слой воды;

14 — водораспределительный лоток; 15 — вентиляция

Медленный фильтр работает следующим образом. Сначала его заполняют чистой водой снизу для удаления воздуха. Затем ис­ходную воду на фильтр подают сверху.

Процесс фильтрования идет сверху вниз со скоростью 0,1-0,2 м/ч. При медленном фильтровании на поверхности песка в фильт­ре образуется биологическая пленка, обеспечивающая высокую сте­пень осветления. Существуют два периода созревания фильтра:

• период осветительного созревания (0,5-1 ч), после которого мутность фильтра не превышает 1,5-2 мг/л;

• период бактериального созревания (3-36 ч), в зависимости от мутности исходной воды.

Продолжительность созревания обратно пропорциональна скорости фильтрации. Поэтому в начальный период она должна быть не более 0,05 м/час. В этот период воду отбрасывают в кана­лизацию до тех пор, пока ее качество не будет удовлетворять сани­тарным нормам.

Рис. 5.7. Скорый фильтр: a — продольный и б - поперечный разрезы; в - вид сперху; г - дренажная система

и плане: 1— корпус; 2 — слой воды; 3 — фильтрующий материал; 4 — грапийимй

поддерживающий слой; 5 - дренажная система; 6 - желоб отвода промывной воды;

7 - карман; 8 - подвод воды; 9 - отвод воды; 10 - подача промывной воды;

11 - отвод грязной промывной воды; 12 - канализация, задвижки

Таблица 5.3

Загрузка медленных фильтров

Загрузочный материал	Крупность зерен, мм	Высота слоя, мм
Песок	0,3-1 1-2 2-5	800 50 50
Гравий или щебень	5-10 10-20 20-40	50 50 50

173

Период полезного фильтрования заканчивается, когда потери напора в фильтрующей пленке достигнут приблизительно 1 м. Это время составляет 10-30 суток до исчерпания грязеемкости пленки. После этого требуется регенерация фильтра, т. е. восстановление его фильтрующей способности. При регенерации фильтра уровень воды снижется ниже уровня песка на 20-30 см, после чего снимают пленку вместе с загрязненным слоем песка толщиной 1-2 см. Все загрязнения удаляют, фильтры снизу заполняют водой и включает­ся новый фильтроцикл: созревания, полезного фильтрования, реге­нерации. С каждым фильтроциклом грязеемкость фильтра умень­шается с 10 000 г/м² до 1000-2000 г/м² через 15-20 циклов. После этого необходима полная очистка всего песка или полная замена загрузки фильтра. Поэтому на водоочистной станции должно быть не менее трех медленных фильтров. Эти фильтры обладают высо­кой степенью очистки воды, отличаются простотой эксплуатации. Недостатками этих фильтров являются большая стоимость, непри­годность для обработки высокоцветных вод, высокая трудоемкость очистки и значительная площадь застройки.

Скорые фильтры применяются как при реагентном, так и при безреагентном способе очистки воды. При безреагентном методе эти фильтры частично осветляют воду перед медленными фильт­рами. В реагентных схемах скорые фильтры используют для полно­го осветления воды, которая поступает из отстойников или освети­телей. Мутность воды, подаваемая на скорые фильтры, должна быть не более 8-12 мг/л, а после фильтров не более 1-1,5 мг/л.

Скорый безнапорный фильтр представляет собой железобе­тонный резервуар площадью не более 100-120 м², загруженный слоями песка и гравия, крупность которых возрастает сверху вниз. Толщину фильтрующего слоя, диаметр частиц, неоднородность фильтрующей загрузки и скорость фильтрования воды принимают по табл. 5.4 в зависимости от типа фильтра, качества воды в источ­нике, технологии ее обработки перед фильтром и других факторов. Взвешенные вещества, поступающие вместе с водой на ско­рый фильтр, являются агрегатно-неустойчивыми и способными прилипать к зернам фильтрующего материала. Эффективность се­парации взвеси определяется тем, насколько сила адгезии (прили­пания) частиц к зернам фильтрующего материала противостоит

гидродинамической силе отрыва, создаваемого потоком воды. С увеличением частиц взвеси при прочих равных условиях вероят­ность задержания их в толще фильтрующего слоя уменьшается. Это связано с тем, что с ростом частиц сила адгезии растет значи­тельно медленнее силы отрыва.

Таблица 5.4