Фильтры
Фильтрование через зернистый слой повсеместно используется как завершающий способ разделения суспензий при подготовке воды для коммунального, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения. Нa водоочистных станциях фильтры – наиболее дорогие и сложные сооружения. Исследователи многих стран долгое время изучают фильтрационный процесс, способы его интенсификации; эта проблема актуальна и сейчас.
Можнo предложить следующую классификацию методов и средств интенсификации работы фильтровальных сооружений:
1. Фильтрование в направлении убывающей крупности зерен.
2. Фильтрование с уменьшающейся по ходу потока скоростью.
3. Фильтрование с уменьшающейся во времени скоростью.
4. Использование фильтрующих материалов с высокой пористостью и развитой поверхностью.
5. Совершенствование способов и режимов предварительной реагентной обработки воды.
6. Повышение эффективности процесса регенерации загрузки
7.Совершенствование конструкций элементов фильтра.
|
|
Основная идея этого способа заключается в том, что загрязнения глубже проникают в слой, в результате чего увеличивается степень использования грязеемкости загрузки, уменьшается темп прироста потерь напора. Метод реализован в конструкциях двух- и многослойных фильтров, контактных осветлителей, двухпоточных и двухступенчатых фильтров.
В двухслойных фильтрах долгие годы использовалась загрузка из антрацита и кварцевого песка. Появление новых фильтрующих материалов значительно расширяет возможности применения таких фильтров. Так, керамзит в качестве верхнего слоя рекомендуется СНиП 2.04.02-84. Двухслойные фильтры в схемах с предварительным отстаиванием эффективны при обработке воды с преимущественным содержанием минеральных примесей.Серьезные затруднения возникают при очистке маломутных высокоцветных холодных вод. Здесь, вследствие "вялой" коагуляции, из отстойников на фильтры выносятся хлопья гидроксида алюминия или железа с малой адгезионной активностью.
Не всегда удачен опыт применения прямоточных фильтров, на которые вода поступает без предварительного отстаивания. Здесь, в случае образования хлопьев в надзагрузочном слое, преимущества двухслойных фильтров теряются из-за неодинакового времени поступления воды на различные участки загрузки. Так, на фильтре площадью 40 м2 такая разница по времени достигает 15-20 мин. Адгезионная активность гидроксида алюминия (железа) быстро снижается в первые 3 0 мин. В результате различные участки площади фильтра кольматируются по разному. Ликвидация гидродинамических неоднородностей за счет различных дополнительных сопротивлений улучшает работу фильтров.
|
|
Опыт использования многослойных фильтров из журнала «Filtration and Separation». Рекомендуют применение трехслойных фильтров: антрацит 1,6-1,8мм - 460мм, песок 0,45мм - 300 мм, гравий 0,25 мм - 150 мм. Удаляет взвешенные частицы крупностью 3-4 мкм. Подбор слоев по критерию (ρн – ρв) dэф2, эффективный диаметр загрузки. В смежных слоях этот параметр должен отличаться на 20% (различие скорости витания в псевдоожиженном слое).
Известен положительный опыт работы многослойных фильтров: Ж.Ланглин, Т.Дувал исследовали антрацито-кварцево-гранатовую загрузку (плотности – 1,5-2,6-3,9 г/см3), С.Моханка описал работу пятислойного фильтра (полистирол-антрацит-кварц-гранат-магнетит), В.Конлей в качестве наиболее тяжелого слоя использовал ильменит (плотность 4,2 г/см3). Е. Г. Петровым исследованы работы трехслойных фильтров с загрузкой из полистирола, керамзита, кварцевого песка. Главным препятствием в использовании таких фильтров являются трудности в подборе фильтрующих материалов с заданной гранулометрией.
Наиболее удачно преимущества фильтрования в направлении убывающей крупности реализуются в контактных осветлителях с восходящим потоком воды и загрузкой большой неоднородности. Равномерное распределение воды по площади обеспечивается здесь за счет сопротивления фильтрующей загрузки. Контактные осветлители, предложенные в СССР в 1953 г., широко применяются в отечественной и зарубежной практике. В настоящее время успешно эксплуатируются станции производительностью до 1 млн.м3/сут. За счет эффективного использования грязеемкости неоднородной загрузки эти сооружения работают при мутности обрабатываемой воды до 100-150 мг/л и цветности до 190 градусов. Применение флокулянтов расширяет эту границу до 300 мг/л.
Меньшее применение в практике получили двухпоточные фильтры АКХ, предложенные в 1949 г. Здесь очищаемая вода фильтруется одновременно сверху и снизу и отводится дренажом, расположенным в толще загрузки. Производительность фильтров АКХ в 1,5-2 раза выше, чем однослойных фильтров и контактных осветлителей. Недостатками этих сооружений являются несовершенство дренажа, расположенного в толще мелкозернистой загрузки, быстрая кольматация верхнего слоя, а также сложность регенерации. Применение в двухпоточных фильтрах двухслойной загрузки, пористых дренажей открывает новые возможности их высокоэффективного использования.
Фильтрование в направлении убывающей крупности зерен успешно реализуется также в двухступенных фильтрах. Обычно их используют при больших грязевых нагрузках, когда одноступенчатое фильтрование неэффективно, а отстойники (осветлители со взвешенным осадком) работают плохо. Для очистки мутных вод (200-1000 мг/л) используют несколько независимых групп двухступенных фильтров; каждая из них промывается при ухудшении качества фильтрата на второй ступени, фильтры второйступени работают со скоростью фильтрования 6-10 м/ч.
Применение двух ступеней контактных осветлителем с крупно и мелкозернистой загрузками позволило очищать высокомутные воды (до 1500 мг/л) без использования коагулянтов: скорости фильтрования на первой и второй ступенях соответственно 3и 1,5 м/ч, продолжительность фильтроцикла – 72-96 ч.
Для очистки высокоцветных, маломутных холодных вод (М не более 250-300, Ц не более 150-200) разработана схема двухступенчатого фильтрования (рис.5.24): первая ступень - контактные осветлители, эксплуатирующиеся за пределами времени защитного действия загрузки, авторая ступень – скорые фильтры с нисходящим потоком. Известно, что первые 15-30 см загрузки быстро прекращают очищать воду до питьевых кондиций, однако долго продолжают задерживать основную часть загрязнений - пассивные зоны загрузки имеют в несколько раз большую емкость, чем активные зоны. Большая грязеемкость фильтров первой ступени позволяет увеличить скорость фильтрования или удлинить фильтроцикл. Двухслойные фильтры второй ступени работают в более благоприятных условиях; адгезионная активность хлопьев гидроксида алюминия (железа), поступающих с фильтров первой ступени, выше, чем с отстойных сооружений.
|
|
Схема включает барабанные сетки, контактные осветлители и скорые фильтры. Ввод реагентов с помощью перфорированных распределителей, дробное коагулирование.
Контактный осветлитель типа КО-3 с водовоздушной промывкой; эквивалентный диаметр загрузки 1-1,1 мм, коэффициент неоднородности 2-2,2, плотность 2,6-2,65, высота слоя 2-2,2 м. Продолжительность фильтроцикла 12 ч, скорость при нормальном режиме 6,5 м/ч, при форсированном 7,5 м/ч.
Скорость фильтрования для скорых фильтров второй ступени на 15-20% больше рекомендуемой СНиП 2.04.02-84.
В г.Ярославле на станции построены осветлители при маломутной воде источника. Естественно они работали неудовлетворительно. Часть осветлителей переоборудована на контактные фильтры. Опыт показал, что при песчаной загрузке в результате гидравлической сортировки образовывалась пленка, и сокращался фильтроцикл. Проведена догрузка фильтров гидроантрацитом. Успешно. Фильтроцикл 10-15ч, скорость до 15 м/ч. Песок 2-2,5 м+ антрацит 0,5-0,6м. Экономия промывной воды 3000м3/мес.(Е.К. Филиппов, О.И.Овечкин, З.К.Липина. Использование двухслойной загрузки в контактных фильтрах. С.38-39. /ВСТ,2003,№4/ Ярославль)
В г.Калуге источником является р.Ока: маломутная вода, окисляемость до 12 мг/л, ХПК до 60 мг/л. Проведены пилотные исследования в течение 2001-2002г.г. На существующей станции работает традиционная схема с горизонтальными отстойниками и скорыми фильтрами, которая не справляется с барьерной ролью. Рекомендовано и строится:
БС – КО-3 – КК(озон) – СФ(песок) – СФ(ГАУ) –хлор+аммиак – РЧВ.
Скорость фильтрации на КО-3 составляет 5-5,5 м/ч, на СФ – 7-8 м/ч.
Рис.5.24 Схема двухступенного фильтрования