Осветлители со взвешенным слоем осадка

 

Осветлители со взвешенным слоем осадка применяются для первичного отстаивания на станциях биологической очистки при повышенном содержании в воде трудно оседающих веществ. В осветлителях достигается снижение концентрации загрязнений на 70 % по взвешенным веществам и на 15 % по БПК_полн за счет совмещения процессов осаждения, хлопьеобразования и фильтрации воды через слой взвешенного осадка. Осветлители могут работать как с предварительной коагуляцией и аэрацией, так и без предварительной подготовки.

В отечественной практике водоочистки применяются осветлители с естественной аэрацией, представляющие собой вертикальный отстойник с внутренней камерой флокуляции (рис. 3.18).

 

 

Поток сточной воды, поступающей через центральную трубу в камеру флокуляции, эжектирует воздух вследствие разницы уровней воды в подающем лотке и осветлителе. Из камеры флокуляции, где происходит частичное окисление органических веществ, усиленное хлопьеобразование и сорбция загрязнений, сточная вода направляется в отстойную зону, в которой при прохождении через слой взвешенного осадка задерживаются мелкодисперсные взвешенные частицы. Осветленная вода отводится через круговой периферийный лоток. Всплывающие вещества задерживаются внутренней стенкой сборного лотка и по мере накопления удаляются через специальный кольцевой лоток. Выпавший осадок удаляется под гидростатическим напором.

При проектировании осветлителей с естественной аэрацией в соответствии с нормами их число принимается не менее двух, диаметр – не более 9 м; разность уровней воды (для обеспечения аэрации) – 0.6 м. Объем камеры флокуляции должен обеспечивать 20-минутное пребывание воды. Глубина камеры составляет 4÷5 м, диаметр нижнего сечения назначается исходя из скорости движения воды (8÷10 мм/с). Скорость движения воды в центральной трубе 0.5÷0.7 м/с, длина этой трубы 2÷3 м. Глубина нейтрального слоя между нижним краем камеры флокуляции и поверхностью осадка в иловой части принимается 0.6 м. Технические характеристики типовых осветлителей представлены в приложении 12.

 

Нефтеловушки

 

Для очистки производственных сточных вод часто применяются специальные виды отстойников – нефтеловушки. Эти сооружения предназначены для гравитационного отделения всплывающих нефтепродуктов, жиров, масел и осаждения твердых механических примесей. Конструктивно нефтеловушки выполняются горизонтальными, многоярусными и радиальными.

Горизонтальная нефтеловушка (рис. 3.19) представляет собой отстойник, разделенный продольными перегородками на параллельные секции. Сточная вода через щелевую распределительную перегородку поступает в секции нефтеловушки. Освобожденная от нефти вода проходит в конце секции под затопленной перегородкой, предназначенной для задержания нефти, и через водослив попадает в отводящий лоток.

Всплывшие нефтепродукты по мере накопления сдвигаются скребковым транспортером к щелевым поворотным трубам и удаляются по ним из нефтеловушки. Осадок, выпадающий на дно аппарата, тем же транспортером сгребается к приямку, откуда его периодически удаляют через донные клапаны или при помощи гидроэлеватора.

Длина горизонтальной нефтеловушки, м, определяется по формуле:

 

,

(3.32)

где a – коэффициент, учитывающий отношение скоростей v и u ₀. Значение коэффициента а можно принимать в соответствии с табл. 3.6.

 

 

Таблица 3.6

v/u 0
a	1.75	1.65	1.5

 

При расчете горизонтальных нефтеловушек число секций принимается не менее двух, ширина секции – 2÷3 м, глубина проточной части – 1.2÷2 м. При отсутствии данных о кинетике всплывания нефтяных частиц допускается принимать гидравлическую крупность этих частиц в пределах от 0.4 до 0.6 мм/с (с эффективностью очистки соответственно от 70 до 60 %) [12]. Скорость движения воды в нефтеловушках составляет 3÷10 мм/с. Основные параметры горизонтальных нефтеловушек указаны в приложении 13.

Для увеличения эффективности нефтеловушек их оборудуют тонкослойными (многоярусными) блоками (рис. 3.20). При расчете многоярусных нефтеловушек принимают число секций не менее двух, ширину каждой секции 2÷3 м, глубину зоны отстаивания 2.5÷3 м, гидравлическую крупность частиц нефти 0.15 мм/с, толщину слоя всплывших нефтепродуктов 0.1 м, остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде 100мг/л, расстояние между полками по перпендикуляру h_яр = 50 мм, угол наклона полок яруса 45°, ширину полочного блока 0.65÷0.75 м, высоту полочного блока 1.5÷1.6 м. Скорость движения воды выбирается таким образом, чтобы число Re не превышало 700÷800. Типовые горизонтальные многоярусные нефтеловушки производительностью 300, 450 и 600 м³/ч состоят соответственно из двух, трех и четырех секций размерами 2×18×2.3 м.

Суточную массу сухого осадка, т, выделяемого в отстойниках, определяют по выражению:

 

,

(3.33)

где Q_сут – суточный расход сточных вод, м³/сут;

С_вх – концентрация взвешенных веществ на входе в отстойник, г/м³;

С_вых – концентрация взвешенных веществ на выходе из отстойника, г/м³.

Суточный объем осадка:

 

,

(3.34)

где W_oc – влажность осадка, %;

ρ_ос – плотность осадка, т/м³.

Влажность и плотность образующегося в отстойниках осадка зависят от плотности и дисперсности извлекаемых взвешенных частиц, а также от типа отстойника и продолжительности пребывания в нем осадка.

Исходя из объема образующегося осадка и вместимости зоны накопления его в отстойнике, определяют интервал времени между выгрузками осадка. При удалении осадка под гидростатическим давлением вместимость приямка первичных отстойников и вторичных отстойников после биофильтров предусматривают равной объему осадка, выделенного за период не более 2 сут., вместимость приямка вторичных отстойников после аэротенков – не более двухчасового пребывания осадка. Гидростатическое давление при удалении осадка из отстойников бытовых сточных вод необходимо принимать, не менее, кПа (м вод. ст.): первичных – 15 (1.5), вторичных – 12 (1.2) после биофильтров и 9 (0.9) после аэротенков.

При механизированном удалении осадка вместимость зоны накопления его в первичных отстойниках принимают по количеству выпавшего осадка за период не более 8 ч.

Суточная масса нефтепродуктов, удаляемых из нефтеловушек, может быть найдена по формуле (3.29), а их объем, м³/сут., по выражению:

 

,

(3.35)

где М_н – масса извлекаемых нефтепродуктов, т/сут;

W_н – влажность нефтепродуктов, %;

ρ_н – плотность обводненных нефтепродуктов, т/м³.

При определении объема нефтепродуктов влажность их принимается равной 70 %, а плотность – 0.95 т/м³.

Кроме рассмотренных выше существует достаточно большое количество аппаратов, сочетающих гравитационное отделение содержащихся в воде взвешенных примесей с другими методами очистки. К ним, в частности, относятся:

– двухъярусные отстойники и отстойники-перегниватели, в которых осуществляется выделение взвешенных частиц и сбраживание образующегося осадка;

– преаэраторы и биокоагуляторы, в которых используются коагулирующие и флоккулирующие свойства активного ила. В результате достигается более высокий эффект очистки по взвешенным веществам и происходит снижение БПК сточных вод.

Конструкция вторичных отстойников аналогична конструкции первичных. Расчет вторичных отстойников рассмотрен в разделе 5.4.

 

Гидроциклоны

 

Для выделения взвешенных частиц в гидроциклонах используются центробежные силы, возникающие при вращательном движении воды. В практике водоочистки гидроциклоны применяются для осветления сточных вод и растворов реагентов, а также для сгущения осадков и отмывки песка от органических примесей. Центробежные силы в гидроциклонах возникают в результате ввода жидкости по касательной (тангенциально) в цилиндрическую часть аппарата с достаточно высокой скоростью. Сгущенная суспензия выводится из конической части аппарата, а осветленная вода – из верхней части цилиндрического корпуса циклона.

По конструктивному исполнению гидроциклоны подразделяются на открытые и напорные. В свою очередь, открытые гидроциклоны делятся на аппараты без внутренних устройств, аппараты с диафрагмой и цилиндрической перегородкой (рис. 3.21) и многоярусные гидроциклоны (рис. 3.22).

Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточных вод оседающих, преимущественно тяжелых, и грубодисперсныхвсплывающих примесей. Эти аппараты можно применятьв комплексе с другими сооружениями для механическойочистки производственных сточных вод в качестве первой ступени. Перед подачей в открытые гидроциклоны сточные воды при необходимости подвергаются обработке коагулянтами.Существенным преимуществом открытых гидроциклоновявляется большая удельная пропускнаяспособность – 2÷20 м³/(м² · ч) при небольших потерях напора (обычно не более 0.5 м).

Открытые гидроциклоны относятся к сооружениям отстойного типа с вращательным движением потока в рабочей зоне, которое обеспечивается тангенциальным подводом осветляемой воды к цилиндрическому корпусу. Вращение потока способствует агломерации взвешенных частиц и увеличению их гидравлической крупности.

 

 

На эффективность работы гидроциклонов негативное влияние оказывает турбулентность потока в аппарате. Для более равномерного распределения потока и более полного использования объема гидроциклона число впускных патрубков должно быть не менее двух для открытых гидроциклонов и не менее трех для многоярусных. Скорость впуска воды в гидроциклон составляет 0.1÷0.5 м/с.

Осадок из конической части открытых гидроциклонов удаляют насосами, гидроэлеваторами или под гидростатическим давлением воды. Для задержания и удаления всплывающих примесей и нефтепродуктов гидроциклоны оборудуются полупогружным кольцевым щитом, устанавливаемым перед водосливом на расстоянии не более 50 мм, и погружной воронкой.

Эффект очистки в открытых гидроциклонах определяется в основном удельной гидравлической нагрузкой, которую устанавливают в зависимости от характеристики сточных вод, требуемой степени очистки и от геометрических размеров гидроциклона.

Для всех видов открытых гидроциклонов гидравлическую нагрузку, м³/(м² · ч), определяют по формуле:

 

,

(3.36)

где k – коэффициент, зависящий от типа гидроциклона и принимаемый равным 0.61 для аппаратов без внутренних устройств и 1.98 для аппаратов с конической диафрагмой и внутренним цилиндром;

u ₀ – гидравлическая крупность задерживаемых в гидроциклоне частиц, мм/с.

При известной гидравлической нагрузке производительность открытого гидроциклона, м³/ч, вычисляется по выражению:

 

,

(3.37)

где D – диаметр гидроциклона, м.

Открытые гидроциклоны без внутренних устройстврекомендуется применять для задержания крупно- и мелкодисперсных примесей гидравлической крупностью 5 мм/с и более. Установка в открытом гидроциклоне конической диафрагмы препятствует выносу взвешенных частиц через водослив, а применение цилиндрической перегородки способствует более эффективному использованию объема цилиндрической части за счет разделения ее на зоны восходящего и нисходящего потока. По этой причине аппараты с внутренними устройствами работают более эффективно, позволяя задерживать примеси более 0.2 мм/с.

В многоярусных гидроциклонах (рис. 3.22) реализована та же идея, что и в тонкослойных отстойниках: более полное использование объема сооружения и уменьшение продолжительности пребывания сточных вод в нем при той же степени очистки.

Порядок работы циклона, изображенного на рис. 3.22 а, следующий.

Очищаемая вода через трубы 10 подается в три аванкамеры 14, оборудованные распределительными устройствами 9, с помощью которых поток поровну делится между ярусамигидроциклона. Это способствует более полному использованию объема сооружения и повышению эффективности очистки.

Вода из аванкамер, расположенных по окружности под углом 120º, поступает в пространство между ярусами, двигаясь от периферии к центру. При этом тяжелые частицы выпадают на нижние диафрагмы ярусов и по ним сползают в шламоотводящую щель 16. Далее осадок направляется в коническую часть 1 гидроциклона и удаляется из него через шламовую трубу 12.

Выделяющиеся в аппарате легкие фракции всплывают к верхним диафрагмам ярусов, по образующей поднимаются под верхнюю диафрагму и по маслоотводящим трубам 18 направляются на поверхность. С поверхности всплывающие частицы удаляются по трубе 11.

Осветленная вода через три тангенциально расположенных выпуска 13 в ярусах поступает в центральную часть сооружения, откуда отводится через кольцевой водослив 6.

Гидравлическая нагрузка на многоярусные гидроциклоны вычисляется по формуле 3.36. Коэффициент пропорциональности определяется следующим образом:

– для аппаратов с центральными выпусками:

 

,

(3.38)

где D – диаметр гидроциклона, м;

d – диаметр окружности, на которой располагаются раструбы выпусков, м;

п – количество ярусов.

– для аппаратов с периферийным выпуском воды:

 

,

(3.39)

где d – диаметр отверстия средней диафрагмы пары ярусов, м.

Конструктивные размеры открытых гидроциклонов указаны в приложении 14.

Напорные гидроциклоны (рис. 3.23) являются закрытыми аппаратами. Давление подаваемой в них воды может в несколько раз превышать атмосферное, что обеспечивает высокие тангенциальные скорости воды на входе, достигающие 15 м/с. Благодаря высоким скоростям и небольшим диаметрам центробежные силы, возникающие в напорных гидроциклонах, существенно превышают аналогичные силы в открытых гидроциклонах. В результате напорные гидроциклоны способны извлекать из сточных вод частицы размером до 15 мкм [17].

Использование напорных гидроциклонов позволяет успешно решать следующие технологические задачи:

– удаление из производственных сточных вод взвешенных частиц минерального и органического характера;

– обогащение стоков, т. е. удаление из твердой фазы минеральных или органических частиц, снижающих ценность продукта;

– удаление абразивных частиц из осадков при последующем использовании шнековых центрифуг;

– извлечение инертных примесей из растворов реагентов.

 

 

 

 

Установке напорных гидроциклонов в несколько ступеней дает возможность осуществлять классификацию твердых частиц.

В зависимости от особенностей решаемых задач могут применяться двухпродуктовые и трехпродуктовые напорные гидроциклоны. В последнем случае аппараты имеют два сливных трубопровода, установленных соосно. По трубопроводу меньшего диаметра отводятся продукты, плотность которых меньше плотности воды. Вода отводится по трубопроводу большего диаметра.

Учитывая тот факт, что объем сгущенного продукта в напорных гидроциклонах составляет всего 2.5÷10 % от объема обрабатываемой суспензии, их применение может дать значительную экономию капитальных затрат на строительство очистных сооружений и участков обработки осадков.

Конструкция серийно выпускаемых напорных гидроциклонов показана на рис. 3.24, а их технические характеристики в приложении 15.

Эффективность разделения суспензий и производительность напорных гидроциклонов зависят от конструктивных и технологических параметров аппаратов: диаметра цилиндрической части D, диаметров питающего, сливного и шламового патрубков d_вх, d_вых и d_шл, высоты цилиндрической части Н_ц, угол конусности α, перепад давления в гидроциклоне ∆ Р, размеры частиц d_ч и их плотность ρ_ч.

Основные размеры напорного гидроциклона подбираются по данным заводов-изготовителей, при этом необходимо учитывать [6]:

– диаметры питающего d_вх и сливного d_вых патрубков должны отвечать соотношениям: d_вх / d_вых = 0.5÷1.0; d_вх / D = 0.12÷0.14;

– d_вх ≤ 0.5(D – d_вых) – ∆, где ∆ – толщина стенки сливного патрубка;

– d_шл / d_вых = 0.2÷1.0;

– диаметр шламового патрубка должен быть в 6÷8 раз больше максимального размера частиц загрязнений;

– Н_ц = (2÷4) D для циклонов-осветлителей; Н_ц = (1÷2) D для циклонов-сгустителей;

– угол конусности α принимается равным 5÷15º для циклонов-осветлителей и 20÷45º для циклонов-сгустителей.

 

Рис. 3.24. Напорные гидроциклоны а) Уфимского завода горного оборудования (УЗГО): 1 – питающий патрубок; 2 – съемный резиновый вкладыш; 3 – шламовый патрубок; 4 – элементы конической части; 5 – сливной патрубок; 6 – цементная стяжка; 7 – мембранный разделитель; 8 – манометр; 9 – крышка; 10 – заглушка линии автоматического регулирования гидроциклона; 11 – внешний сливной патрубок; 12 – цилиндрическая часть; 13 – коническая часть; б) Дзержинского филиала НИИХИММАШ: 1 – питающий патрубок; 2 — цилиндрическая часть; 3 – коническая часть; 4 – шламовый патрубок; 5 – сливные патрубки; 6 – ось подающей трубы; 7 – пробка для импульсной трубки

 

 

Существует большое количество формул для определения производительности гидроциклонов и граничной крупности выделяемых частиц [11]. На предварительной стадии проектирования гидравлическую крупность частиц (мм/с), задерживаемых в гидроциклоне, можно вычислить по упрощенной формуле И.В. Скирдова и В.Г. Пономарева [7]:

 

,

(3.40)

где D – диаметр гидроциклона, м;

К_Т – коэффициент, учитывающий влияние концентрации частиц и турбулентности потока; для агрегатно-устойчивых суспензий небольших концентраций К_Т = 0.04;

а – коэффициент, учитывающий затухание тангенциальной скорости в гидроциклоне, равный 0.45;

Q – производительность гидроциклона, м³/с.

Диаметр гидроциклона может быть ориентировочно выбран по таблице 3.7 в зависимости от размера выделяемых частиц [1]:

 

Таблица 3.7

D, мм

δ, мкм

8÷25

10÷30

15÷35

18÷40

20÷50

25÷60

30÷70

35÷85

40÷110

45÷150

50÷170

55÷200

 

Производительность аппаратов, л/мин, ориентировочно определяется по формуле А.И. Поварова[2]:

 

,

(3.41)

где d_вх и d_вых – диаметры подводящего и отводящего патрубков, см;

∆Н – потери давления в циклоне, атм.

При окончательно выбранных геометрических и рабочих параметрах гидроциклонов граничная крупность задерживаемых частиц (мкм) и производительность (л/с) уточняются по формулам [6]:

 

.

(3.42)

 

.

(3.43)

 

Потери воды с выделенным осадком в первом приближении можно принимать (0.07÷0.08) Q для циклонов диаметром до 100 мм и (0.03÷0.04) Q для циклонов диаметром свыше 100 мм. Уточненный расход шлама вычисляется по выражениям:

 

.

(3.44)

В формулах (3.42÷3.44) размеры элементов циклонов подставляются в см, давление на входе в аппарат Р_вх – в МПа, плотности твердых частиц ρ_тв и жидкости ρ_ж – в г/см³, динамическая вязкость воды μ – в сантипуазах (спз) (1 пз = 0.1 н · с/м²).

Давление на входе в напорный гидроциклон принимают:

– 0.15÷0.4 МПа – при одноступенчатых схемах осветления и сгущения осадков и многоступенчатых установках, работающих с разрывом струи;

– 0.35÷0.6 МПа – при многоступенчатых схемах, работающих без разрыва струи.

Число резервных аппаратов должно составлять:

– при очистке сточных вод и уплотнении осадков, твердая фаза которых не обладает абразивными свойствами, – один при числе рабочих аппаратов до 10, два – при числе до 15 и по одному на каждые десять при числе рабочих аппаратов свыше 15;

– при очистке сточных вод и осадков с абразивной твердой фазой – 25 % числа рабочих аппаратов.

При сохранении скорости входящей в гидроциклон воды с уменьшением диаметра аппарата уменьшается и гидравлическая крупность извлекаемых частиц, т. е. повышается эффект очистки. Однако уменьшение диаметра ведет к снижению производительности аппарата.

Для сохранения требуемой производительности установки при одновременном повышении степени очистки используют мультициклоны. Мультициклоны представляют собой аппараты, в которых установлено большое количество параллельно работающих гидроциклонов малого диаметра (10÷20 мм). Конструкция мультициклона показана на рис. 3.25.

Преимуществами гидроциклонов по сравнению с другими аппаратами и сооружениями механической очистки сточных вод являются простота конструкции, малая масса и габариты при достаточно высокой производительности. К недостаткам гидроциклонов следует отнести быстрый износ внутренней поверхности вследствие абразивного воздействия взвешенных частиц, а также значительные колебания эффекта очистки при изменении расхода.

Материалы для изготовления гидроциклонов – отбеленный чугун, легированная сталь, сталь, футерованная резиной или базальтом.

 

Фильтрационные установки

 

Фильтрованием называют процесс пропускания воды через фильтрующий материал (фильтрующую перегородку), задерживающий нерастворимые примеси. Соответствующие сооружения называются фильтрами. В зависимости от применяемого фильтрующего материала фильтры подразделяют на две группы: тонкостенные фильтры, в которых используются пленки, ткани, сетки, пористые плиты и зернистые фильтры, в которых фильтрующую перегородку образует слой зернистого материала. Существует два вида фильтрования – пленочное и объемное. В первом случае, характерном для тонкостенных и медленных зернистых фильтров, примеси задерживаются на поверхности фильтрующего материала. При объемном фильтровании, характерном для остальных зернистых фильтров, примеси задерживаются внутри фильтрующего слоя. Довольно часто при работе зернистых фильтров имеет место комбинированное фильтрование, когда часть примесей задерживается на поверхности, а часть – внутри слоя.

Фильтрационные сооружения применяют для глубокой очистки (доочистки)сточных вод после физико-химической или биологической очистки для последующего извлечения тонкодиспергированных веществ, пыли, масел, смол, нефтепродуктов и др. Тип фильтрующего аппарата подбирают в зависимости от количества воды, подлежащей фильтрованию; концентрациизагрязнений, их природы и степени дисперсности; физико-химических свойств твердой и жидкой фаз; требуемой степени очистки; технологических, технико-экономических и других факторов.

В практике очистки сточных вод получили распространение фильтры с зернистой загрузкой, микрофильтры и барабанные сетки.

 

Зернистые фильтры

 

Зернистые фильтры можно классифицировать по следующим признакам:

– по напору над слоем фильтрующего материала – на открытые, где фильтрование происходит под атмосферным давлением, и напорные, в которых над зернистым слоем создается избыточное давление;

– по скорости фильтрования (или по производительности с единицы площади) – на медленные (скорость фильтрования v _ф = 0.1÷0.2 м/ч), скорые (v _ф = 4÷15 м/ч) и сверхскоростные (v _ф ≥ 25 м/ч). Медленные фильтры всегда открытые, скорые могут быть открытыми и напорными, сверхскоростные – только напорные;

– по крупности зерен фильтрующего материала – на мелкозернистые (размер зерна до 0.4 мм), среднезернистые (0.4÷0.8 мм) и крупнозернистые (свыше 0.8 мм). Мелкозернистая загрузка используется в медленных фильтрах, среднезернистая – в скорых и сверхскоростных. Грубозернистая загрузка используется частичной или предварительной очистки воды;

– по количеству слоев зернистого материала – на одно-, двух-, трех- и многослойные;

– по направлению движения фильтруемого потока – на фильтры с нисходящим и восходящим потоком. Существуют также двухпоточные фильтры, в которых вода одновременно фильтруется сверху вниз и снизу вверх, а затем отводится через дренажную систему, расположенную в толще загрузки.

В соответствии с [1] для очистки сточных вод рекомендуется использовать следующие типы фильтров с зернистой загрузкой: однослойные, двухслойные и каркасно-засыпные.

В качестве фильтрующего материала могут применяться кварцевый песок, гравий, гранитный щебень, гранулированный доменный шлак, антрацит, керамзит, полимерные материалы, а также другие зернистые загрузки, обладающие необходимыми технологическими свойствами, химической стойкостью и механической прочностью. Характеристики некоторых фильтрующих материалов указаны в табл. 3.8.

 

Таблица 3.8

Характеристика фильтрующих материалов

Показатели	Речной песок	Дробленый шлак	Гранитный щебень	Горелая порода	Шунгизит
Плотность, т/м^3	2.46	2.5	2.5
Пористость, %	36.5÷44.5	39.4÷54	46.4÷54.3	44÷48	56÷58
Измельчаемость, % по массе	3.93	7.7	8.35		5.67
Истираемость, % по массе	0.7	2.22	6.88	0.5	0.017
Стоимость, руб./м^3(в ценах 1980 г.)		2.5÷5	9.5	18÷20	6÷7

 

На станциях водоочистки наиболее часто применяют одно- и двухслойные открытые скорые фильтры, представляющие собой прямоугольные в плане железобетонные резервуары со слоем зернистого фильтрующего материала (рис. 3.26).

Фильтр оборудован сборно-распределительными системами подачи и отвода исходной фильтрованной и промывной воды, запорно-переключающей арматурой и приборами для управления работой фильтра. Под фильтрующим слоем находится поддерживающий слой из гравия или крупного песка, предотвращающий вынос фильтрующего материала вместе с осветленной водой и обеспечивающий равномерное распределение промывной воды по сечению фильтра. Различают дренажные системы с поддерживающими гравийными слоями и без них. В последнем случае для дренажа применяют щелевые трубы, щелевые колпачки, пористые керамические плиты, пористый бетон и др.

Гидравлическое сопротивление слоя, характеризующееся потерей напора ∆ Н, в процессе работы фильтра постоянно растет. Для сохранения постоянной скорости фильтрования необходимо постепенное открытие регулировочной задвижки на коллекторе отвода фильтрата по мере увеличения гидравлического сопротивления фильтрующего слоя, с тем, чтобы суммарное сопротивление на пути движения воды оставалось постоянным. Для этого используются автоматические регуляторы скорости, включающие диафрагму и дифференциальный манометр, подключенный через автоматический регулятор к задвижке с электроприводом.

Допустимая потеря напора в открытых скорых фильтрах составляет 3÷3.5 м, в напорных – 6÷8 м. При достижении указанных величин потерь фильтры промывают в восходящем потоке фильтрованной воды или смеси воды и воздуха. Часто перед началом промывки в нижнюю часть фильтров подают сжатый воздух, для того чтобы разрушить сцепление зерен загрузки и предотвратить так называемый «эффект поршня», когда загрузка под действием восходящего потока промывной воды целиком поднимается вверх и закупоривает распределительную систему фильтра.

 

В многослойных фильтрах реализуется принцип фильтрации в направлении убывающей крупности загрузки. Для них характерна фильтрация без образования пленок осадка на поверхности загрузки. Грязеемкость многослойных фильтров в 2÷3 раза больше, чем у однослойных, что позволяет увеличить скорость фильтрации и продолжительность фильтроцикла.

Разновидностью многослойных фильтров является каркасно-засыпной фильтр конструкции Б.А.Митина (рис. 3.27, а). В данном фильтре используются сравнительно дешевые материалы, такие как гравий, щебень, песок и др. Загрузка фильтра выполняется в виде каркаса из гравия или щебня размером 40÷60 мм и засыпки мелкозернистым материалом размером 0.6÷1.0 мм, заполняющего поры каркаса.

Основным достоинством фильтров этого типа является то, что при промывке зерна каркаса остаются неподвижными, предотвращая смещение поддерживающих слоев.

В фильтрах с восходящим потоком (рис. 3.27, б) принцип фильтрации в направлении убывания крупности загрузки реализован наилучшим образом. Грязеемкость этих фильтров в 2 раза превышает аналогичный показатель однослойных фильтров с нисходящим потоком. Недостатками, ограничивающими применение фильтров с восходящим потоком, являются засорение и заиливание подводящего трубопровода, ограничение скорости фильтрования и потерь напора в загрузке из-за необходимости обеспечения ее устойчивости.

При использовании скорых фильтров для осветления сточных вод, прошедших биологическую очистку, перед фильтрами следует предусматривать установку барабанных сеток.

Для предотвращения биологического обрастания фильтров с зернистой загрузкой необходимо предусматривать предварительное хлорирование поступающих сточных вод дозой до 2 мг/л и периодическую обработку фильтра (2÷3 раза в год) хлорной водой с содержанием хлора до 150 мг/л при периоде контакта 24 ч.

Основные технологические параметры фильтров указаны в приложении 16.

Суммарная площадь фильтров, м², определяется по формуле:

 

,

(3.45)

где Q_сут – среднесуточный расход сточных вод, м³/сут;

k_сут – коэффициент суточной неравномерности водоотведения;

п – количество промывок каждого фильтра в сутки;

Т – продолжительность работы станции в течение суток;

v_ф – скорость фильтрации, м/ч;

W ₁ – интенсивность, л/(с · м²), первоначального взрыхления загрузки продолжительностью t ₁, ч;

W ₂ – интенсивность подачи воды, л/(с · м²), при водовоздушной промывке продолжительностью t ₂, ч, (только при водовоздушной промывке);

W ₃ – интенсивность промывки, л/(с · м²), загрузки продолжительностью t ₃, ч;

t ₄ = 0.33 ч – продолжительность простоя фильтра в связи с промывкой;

т = 0.003÷0.005 – коэффициент, учитывающий расход воды на промывку барабанных сеток.

Количество фильтров на станции водоочистки определяют по формуле Д.М. Минца:

 

.

(3.46)

 

При производительности очистных сооружений свыше 1600 м³/сут. количество фильтров должно быть не менее четырех [13].

Фильтры рассчитываются на работу в нормальном и форсированном режимах. Форсированный режим имеет место в том случае, когда дополнительно к промывке часть фильтров находится в ремонте. При этом должно соблюдаться условие:

 

,

(3.47)

где v_фф – скорость фильтрации в форсированном режиме, зависящая от конструкции фильтра, м/ч;

N_p – число фильтров, находящихся в ремонте.

Равномерность промывки скорых фильтров достигается благодаря устройству распределительных систем большого сопротивления. При использовании перфорированной трубчатой дренажной системы диаметр дренажного коллектора принимается постоянным по всей длине. Скорость течения промывной воды в начале коллектора должна быть не менее 0.8÷1.2 м/с, в начале перфорированных труб (ответвлений) – не менее 1.6÷2.0 м/с. Диаметр отверстий принимается в пределах 10÷12 мм, а их общая площадь должна составлять 0.25÷0.5 % от площади фильтра. Отверстия выполняются в два ряда в шахматном порядке и направляются вниз под углом 45º к горизонту. Расстояние между осями ответвлений 150÷200 мм [13] (250÷350 мм, [9]).

Разновидностью дренажа большого сопротивления без поддерживающих слоев является трубчатый дренаж со щелевой перфорацией при ширине щели на 0.1 мм меньше размера наиболее мелкой фракции загрузки. Суммарная площадь щелей составляет 1.5÷2 % площади фильтра.

Напор промывного насоса или высотная отметка промывного бака рассчитывается с учетом следующих потерь напора:

 

1) в дренажной системе:

 

,

(3.48)

где v_к и v_o – скорости течения промывной воды в начале коллектора и ответвлений соответственно, м/с;

– для распределительной трубы или ответвления с круглыми отверстиями;

– то же, но со щелями, где