Обработка воды фильтрованием

1. Сущность процесса

Фильтрование заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твёрдых частиц.

Процесс сопровождается значительными затратами энергии, поэтому фильтрование является завершающим этапом обработки воды.

Классификация фильтров:

Фильтры по виду фильтрующей среды делятся:

- тканевые или сетчатые

- каркасные или намывные (для небольших потребителей – бассейн)

- зернистые (песчаные, керамзитовые и т.п.)

Зернистые фильтры применяются в практике водоснабжения наиболее широко.

- по скорости фильтрования медленные (0,1-0,3 м/ч), скорые (5-12 м/ч), сверхскорые (36-100 м/ч).

- по давлению под которым работают открытые (безнапорные), напорные.

- по направлению фильтрующего потока однопоточные (обычные скорые фильтры), двухпоточные, многопоточные.

- по крупности фильтрующего материала мелкодисперсные, среднедисперсные, крупнозернистые.

- по числу фильтрующих слоёв однослойные, двухслойные, многослойные.

Пористая среда зернистых фильтров называется фильтрующим слоем.

Разность давления на входе и выходе из фильтра называется потерей напора в фильтрующем слое.

Изменение давления для открытого фильтра равно разности отметок поверхности воды в аппарате и пьезометрического напора в трубе, отводящей фильтрат.

Потеря напора в начальный момент работы фильтра называется начальной потерей напора.

Интенсивность процесса фильтрования характеризуется скоростью фильтрования (м/ч).

По мере загрязнения фильтрующего слоя потери напора в нём возрастают до величины, характеризующей сопротивление предельно загрязнённого фильтрующего слоя, по достижении которой выполняется промывка фильтра. Промывка осуществляется обратным потоком воды со скоростью, превышающей скорость фильтрования, создаётся взвешенный слой отмывка.

В процессе фильтрования воды через слой зернистого материала могут быть реализованы два механизма задержки примесей:

1) плёночное фильтрование

соотношение размеров ВВ и размеров зёрен фильтрующей загрузки описывается уравнением

- минимальный размер частиц, скорость фильтрования м/ч

- диаметр частиц загрузки

Плёночное фильтрование характерно для медленных фильтров – механическое извлечение ВВ из воды.

2) объёмное фильтрование – задержание частиц в порах фильтрующего материала.

В основе объёмного фильтрования лежит процесс взаимодействия зёрен фильтрующего материала и ВВ. Коагулирование в этом случае имеет важное значение, так как электролит уменьшает или ликвидирует отрицательный заряд частичек примесей.

При обычных значения рН заряд загрузки и ВВ имеют отрицательный заряд и при их взаимодействии силы когезии превалирует над силами адгезии.

Фильтрующий слой

Фильтрующая загрузка – основной рабочий элемент фильтровальных сооружений.

Используемые в промышленности фильтрующие материалы сведены в таблицу, где указаны их пористость, плотность, коэффициент формы зёрен.

1. Кварцевый песок – отвечает всем требованиям, предъявляемым к фильтрующим материалам.

2. Дроблёный антрацит имеет меньшую плотность чем кварцевый песок и используется в качестве верхнего слоя фильтрующего материала в двухслойном фильтре.

3. Керамзит – гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистого сырья (отсев или дробление)

4. Горелые породы – угленосные породы, подвергнутые обжигу при подземных пожарах (дробление и сортировка)

5. Вулканические шлаки – (жидкая лава + газ) охлаждение.

6. Шунгизит – обжиг шунгита (керамзит, Карелия)

7. Доменные шлаки, медно-никелевые шлаки

8. Пенополистирол – плавающая загрузка кг/

9. Мраморная крошка, активированные угли – удаление не только ВВ находящихся в воде, но и растворенных примесей

Для фильтрующего материала важны эквивалентные диаметры зёрен и степень их неоднородности

- % по массе фракции со средним

Коэффициент неоднородности есть отношение 80% калибра материала к его 10% калибру.

2. Поддерживающие слои – слои между фильтрующим слоем и дренажом.

Назначение - поддерживать фильтрующий слой и способствовать распределению промывной воды по площади.

Применение поддерживающих слоев приводит к удорожанию эксплуатационных затрат () и капитальных вложений, неоднородность поддерживающего слоя может привести к его разрушению и аварии.

К поддерживающему слою предъявляются жесткие требования, которые приведены в СНиП (пределы крупности, высота слоя).

 

3. Распределительная система (трубчатая, щелево-колпачковая)

 

1 – дренажная система

2 – коллектор

3 – опорожнение фильтра