Фільтруванняводи
Сутність процесу,класифікація фільтрів за принципом дії
У переважнійбільшості технологічних схем водопідготовки завершальним процесом єфільтрування, в ході якого з води витягуються не тільки дисперсії, але йколоїди. У цьому полягає відмінність методу фільтрування від всіх методівпопереднього очищення води.
Сутність методуполягає в фільтруванні оброблюваної води, що містить домішки, черезфільтруючий матеріал, проникний для рідини і непроникний для твердихчастинок. При цьому процес супроводжується значними витратами енергії.Однак, допускати великі втрати напору в техніці водоочищення можна лише приобробці невеликих кількостей води. Це визначає місце фільтрувальнихспоруд у технологічній схемі, тобто в більшості випадків фільтруванняє завершальним етапом обробки води і проводиться після їїпопереднього освітлення у відстійниках, Флотатори або освітлювачах.
При пропуску води черезшар зернистого матеріалу в залежності від заряду і співвідношення розмірівдомішок води і зерен фільтруючого завантаження може відбуватися три видифільтрування:
1) затримання домішокна поверхні фільтруючого шару (плівкове фільтрування) описуване формулоюХазена Оґ = 0,01 (v * d 3 ) 0.5 ,деОґ - діаметр найменших затримуваних частинок, мм; d 3 -ефективний діаметр зерен завантаження, мм; v-швидкість фільтрування до 10 м/год;
2) затримання домішокв порах фільтрувального шару (об'ємне фільтрування);
3) одночаснеосвіту домішками плівки і їх відкладення в порах завантаження. У більшостівипадків на сучасних фільтрах плівка не утворюється і домішки разом з водоюпроникають в товщу фільтруючого шару, при цьому глубінaпроникненнязабруднень в товщу завантаження тим більше, чим більше швидкість фільтрування,більше зерна фільтруючого шару і чим менше розміри частинок суспензії, витягуванихз води (рис. 12.1). Плівкове фільтрування лежить в основі роботи повільнихфільтрів. Це процес суто механічного вилучення з води диспергованихдомішок. В основі об'ємного фільтрування лежить попереднє коагулюваннядомішок води з метою зменшення або ліквідації їх заряду. Так як при звичайнихзначеннях рН вихідної води поверхню зерен фільтруючого матеріалу і частинкидомішок води несуть негативний заряд, суспензія в порах фільтрувального шарузатримується погано. Отже, в основі об'ємного фільтрування лежатьпроцеси адгезії скоагулірованних домішок на поверхні зерен фільтруючогошару і суфозії, тобто відриву раніше прилиплих частинок і перенесення їхгідродинамічними силами потоку в нижні шари завантаження.
Водоочисніспоруди, на яких здійснюється процес фільтрування, називають фільтрами.Фільтри з вигляду фільтруючого середовища ділять на тканинні або сітчасті, каркасні абонамивні (діатомові), зернисті (піщані, керамзитові та ін.) Звищеперелічених трьох груп фільтрів найбільш значною є остання.Фільтри цієї групи в техніці водопостачання застосовують найбільш широко. фільтриз зернистим завантаженням можна класифікувати за низкою основних ознак: 1) пошвидкості фільтрування - повільні (0,1 ... 0,3 м/ч), швидкі (5 ... 12 м/ч) інадшвидкісні (36 ... 100 м/год); 2) по тиску, під яким вони працюють, - відкриті(Або безнапірні) і напірні, 3) за напрямком фільтруючого потоку -однопоточні (звичайні швидкі фільтри), двопоточні (фільтри АКХ, ДДФ),багатопотокові; 4) по крупності фільтруючого матеріалу - дрібно-, середньо-і грубозернисті;5) за кількістю фільтруючих шарів - одно-, дво-і багатошарові. Пристрійвідкритого скорого фільтра площею до 30 м 2 показано на рис. 12.2.Минула передочистку вода надходить у бокову кишеню, а з нього - в резервуарфільтра. Висота шару води над поверхнею завантаження повинна бути не менше 2 м. Упроцесі фільтрування вода проходить фільтруючий і підтримує шари, а потімвступає у розподільну систему і далі в резервуар чистої води.Максимальна втрата напору у фільтруючому завантаженні допускається 3 ... 3,5 м. Підчас промивки фільтра промивна вода подається в розподільну систему ідалі знизу вгору в фільтруючий шар, який вона розширює (зважує). Дійшовшидо верхньої крайки промивних жолобів, промивна вода разом з вимитими нею зфільтруючого матеріалу забрудненнями переливається в жолоби, а з них в бічнійкишеню і відводиться на спорудження обороту промивної води.
Розрахункову швидкістьфільтрування f=6 ... 10 м/год, товщину шару одношарової фільтруючого завантаження h=0,7... 2,0 м, тривалість 5 ... 7 хв і інтенсивність промивки ш = 12 ... 18л./(с * м 2 ) приймають у відповідності зі СНиПом в залежності відкрупности зерен фільтруючого завантаження 0,5 ... 2,0 мм. Фільтруючий шар виконуютьз відсортованої зернистого матеріалу, що задовольняє санітарнимвимогам в володіє достатньою хімічною стійкістю і механічноюміцністю (кварцовий пісок, подрібнений антрацит, горілі породи, керамзит,керамічна крихта, доменні шлаки, Дроблений мармур, полімери та ін.) Підтримуючийшар з гравію або щебеню висотою 0,45 ... 0,55 з крупністю зерен 2 ... 40 мм, наякому лежить фільтруюче завантаження, укладають для того, щоб дрібнийфільтруючий матеріал не вимивався з фільтруючого шару і не нісся разом зфільтрованої водою через отвори розподільної системи. Недоліком підтримуючихшарів є можливість їх зміщення при промиванні, що порушує їхгоризонтальність і в кінцевому рахунку порушує роботу фільтра. Розподільна(Дренажна) система є важливим елементом фільтра. Вона повинна збирати тавідводити профильтрованную воду без виносу зерен фільтруючого матеріалу ц припромивці рівномірно розподіляти промивну воду по площі фільтра. В данийчас повсюдно застосовують розподільні системи великого опору.Рівномірність розподілу промивної води по площі в таких системахдосягається внаслідок великого опору руху води через прохідніотвори.
Рис. 12.2. Схемавідкритого (безнапірного) скорого фільтра з боковим кишенею (а) і бічнимвідведенням промивної води (б).
7 - розподільнасистема: магістральна труба (або канал) та перфоровані відгалуження; 6 -підтримуючий шар гравію (щебеню); 5- Фільтруюче завантаження (кварцовий пісок, керамзит, шунгізіт та ін);3- Водозбірні жолоби; 4 - воздушник;2- Бічну кишеню; 1, 8 - подача вихідної водиі відведення фільтрату; 9, 10 - подача івідведення промивної води; 11 - водостік; 12 - колпачковую розподільна(Дренажна) система.
Промивка швидкихфільтрівпроводиться зворотним струмом профільтрованої води шляхом її подачі під напором вПіддони простір або в дренажну трубчасту систему. Промивна вода,проходячи зі швидкістю, в 7 ... 10 разів більшою, ніж швидкість фільтрування, черезфільтруючу завантаження знизу нагору, піднімає і зважує її. Зернарозширився піску, хаотично рухаючись, соударяются один з одним, при цьомуналиплі на них забруднення оттираются і потрапляють в промивну воду, яказбирається і віддаляється збірними жолобами, розташованими над поверхнеюфільтруючого завантаження, у водостік. Ринви розташовують на такій висоті Н ж ,щоб в них потрапляли тільки вимиті з піску забруднення, але не пісок.
Теоретичні основиочищення води фільтруванням через зернисті матеріали
З відомих теорійпроцесу очищення води фільтруванням найбільше визнання отримала теорія Д. М.Мінца, яка експериментально підтверджена і впроваджена. На основі цієї теоріїрозроблена методика технологічного аналізу процесу фільтрування,дозволяє визначати параметри процесу і використовувати їх для оптимізаціїрежиму роботи фільтрувальних споруд.
Згідно теорії Д. М.Мінца, при русі води, що містить зважені частки, через зернисту завантаженняфільтрувальних апаратів останні затримуються завантаженням і вода освітлюється.Одночасно в товщі завантаження накопичуються забруднення, внаслідок чогозменшується вільний обсяг пор, збільшується гідравлічний опірзавантаження. Зростання гідравлічного опору призводить до зростання втратнапору в завантаженні.
Витяг домішок зводи та їх закріплення на зернах фільтруючого зава...
