Закономерности осветления воды на скорых фильтрах (по Д.М. Минцу)

Сущность процесса, классификация фильтров по принципу действия

Фильтрование есть обязательно во всех схемах для водоподготовки питьевого качества.

Фильтры по виду фильтрующей среды:

1. тканевые или сетчатые

2. каркаснные или намывные (диатомовые)

3. зернистые (песчаные, керам­зитовые и др.).

Классификация фильтров с зернистой загрузкой:

По скорости движения воды:

1. Медленные(английские) – скорость фильтрации не более 0,5 м/ч. Придуманы в Англии.

2. Скорые(американские) – скорость до 5-6м/ч. Т.к. развивалась промышленность, надо было повышать скорость.

3. Сверхскорые: до 15-20 м/ч. Появились в 20-30гг. в России.

4. Сверсуперпуперхскорые: до 150м/ч.

Для производства хоз-пит воды используют скорые.

По кол-ву слоев фильтрующего материала:

1. Однослойные. Самые распространенные.

2. Двухслойные. 2 слоя разных материалов.

3. Многослойные: 3 и более слоев.

По направлению движения воды при фильтрации:

1. С восходящим потоком воды.

2. С низходящим потоком воды.

По давлению, под которым работают фильтры:

1. Безнапорные(открытые).

2. Напорные. Работают под давлением больше атмосферного.

По крупности зерен фильтрующего материала:

1. Мелкозернистые. Крупность зерен до 0,5мм.

2. Среднезернистые: 0,5-1,5мм. Самые распространенные.

3. Крупнозернисты. Крупность – более 1,5мм.

В подавляющем большинстве технологических схем водоподготовки завершающим процессом является фильтрование, в хо­де которого из воды извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В этом состоит отличие метода фильтрования от всех методов предварительной очистки воды.

Сущность метода заключается в фильтровании обрабатыва­емой воды, содержащей примеси, через фильтрующий матери­ал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. В большинстве случаев филь­трование является завершающим этапом обработки воды и про­изводится после ее предварительного осветления в отстойни­ках, флотаторах или осветлителях.

Три вида фильтрования:

1) задержание примесей на поверхности фильт­рующего слоя (пленочное фильтрование)

2) задержа­ние примесей в порах фильтрующего слоя (объемное фильтро­вание);

3) одновременное образование примесями пленки и их отложение в порах загрузки.

В большинстве случаев на совре­менных фильтрах пленка не образуется и примеси вместе с во­дой проникают в толщу фильтрующего слоя, при этом глубина проникновения загрязнений в толщу загрузки тем больше, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильтрующего слоя и чем меньше размеры частиц взвеси, извлекаемых из воды. Пленочное фильтрование лежит в основе работы медленных фильтров. Это процесс чисто механического извле­чения из воды диспергированных примесей В основе объемно­го фильтрования лежит предварительное коагулирование при­месей воды с целью уменьшения или ликвидации их заряда. В основе объемного фильтро­вания лежат процессы адгезии скоагулированных примесей на поверхности зерен фильтрующего слоя и суффозии, т. е отры­ва ранее прилипших частиц и переноса их гидродинамическими силами потока в нижние слои загрузки.

Теория Д. М. Минца:

Согласно теории Д. М. Минца, при движении воды, содержа­щей взвешенные частицы, через зернистую загрузку фильтро­вальных аппаратов последние задерживаются загрузкой и вода осветляется. Одновременно в толще загрузки накапливаются загрязнения, вследствие чего уменьшается свободный объем пор, увеличивается гидравлическое сопротивление загрузки. Возрастание гидравлического сопротивления приводит к росту потери напора в загрузке.

Извлечение примесей из воды и их закрепление на зернах фильтрующей загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, накапливающийся в загрузке из задержанных примесей, имеет весьма непрочную структуру. Под влиянием гидродина­мических сил потока эта структура разрушается и некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загруз­ки (суффозия), где вновь задерживается в поровых каналах. Следовательно, осветление воды в зернистой загрузке следует рассматривать как суммарный результат двух противоположных процессов: процесса адгезии и процесса суффозии. Осветление воды в каждом элементарном слое загрузки происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интен­сивность их отрыва. По мере накопления осадка интенсивность отрыва частиц увеличивается. Кинетика прилипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды по толщине слоя фильтрующей загрузки и во времени (рис. 12.3, где пока­заны кривые изменения концентрации взвеси в воде по высоте загрузки). Каждая кривая относится к определенному моменту времени. Кривая 1 характерна для начального периода процес­са после того, как первые порции фильтруемой воды пройдут через слой загрузки, а кривая 4 — предельному насыщению за­грузки осадком. Кривая 1 показывает, как изменяется концент­рация взвеси в воде по высоте загрузки толщиной Х₀ только под действием сил прилипания.

После продол­жительной работы фильтра насыщение слоев осадком ста­новится предельным и они перестают осветлять воду. Затем наступает такой момент, когда вся толщи­на загрузки недостаточна для обеспечения необходимой степени осветления воды и концентрация взвеси на выходе из загруз­ки начинает возрастать (рис. 12.3, кривая 4). Время, в течение которого загрузка способна осветлять воду до требуемой сте­пени, называется временем защитного действия загрузки. До достижения этого времени на выходе из загрузки получают во­ду надлежащего качества.

Медленные фильтры

В медленных фильтрах осветления воды достигают за счет пленочного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая за­грузка, имеющая мелкие поры, вначале задерживает на своей поверхности наиболее крупные частицы. Последние, заклинива­ясь в порах, сужают их сечение, благодаря чему начинает за­держиваться более мелкая взвесь. Этот процесс быстро про­грессирует, в порах задерживаются все более и более мелкие частицы, а затем коллоиды и даже бактерии. Так на поверх­ности фильтра образуется фильтрующая пленка с очень тон­кими порами. После этого качество фильтрата становится весь­ма высоким. Задержанные пленкой бактерии и органические вещества обусловливают возникновение в ней биологических процессов, включая развитие низших организмов, поглощаю­щих бактерии. Зерна песка обрастают студенистой массой, яв­ляющейся хорошим сорбентом. В результате биологических процессов большинство (до 99%) бактерий, находящихся в воде, задерживается пленкой и погибает. Созревшую фильтру­ющую пленку медленных фильтров называют биологической. С течением времени биологические процессы начинают захва­тывать и более глубокие слои (30... 40 см). Здесь через 2... 6 сут зерна песка также обволакиваются слизью, которая хо­рошо сорбирует коллоиды и бактерии. Для созревания биологической пленки и медленного фильт­ра в целом необходимо от 2 сут и более.

При медленном фильтровании взвеси в основном (до 90......95%) задерживаются на пленке и в самом верхнем слое фильтра толщиной около 2... 3 см. В глубь песка вследствие небольшой скорости фильтрования и малого размера пор взвесь переносится в небольшом количестве, поэтому накопление их в толще фильтрующего слоя идет очень медленно. В связи с этим при очистке медленных фильтров очищают только верхний слой песка. Часто этот слой просто удаляют, после чего фильтр снова может фильтровать воду. При небольшой мутности воды чистка фильтра необходима через 1... 2 месяца.

Рис. 12 23 Медленный фильтр конструкции В. С. Оводова.

2 — нижний карман; 10 — пористая бетонная плита (дре­наж); 3 — песчаный фильтрующий слой; 9 — верхний карман; 7 — трубопровод фильтрованной воды; 6 — механизм приво­да рыхлителя; 5 —трубопровод, подающий промывную воду к рыхлителю; 8 — трубопровод, подающий в корпус фильтра осветляемую воду; 11, 12 — уровни воды при промывке и фильтровании; 4 — каретка рыхлителя, движущаяся по моно­рельсу; 13 — трубопровод, подающий промывную воду; 1 — канализационная труба для отвода промывной воды

Схема медленного фильтра показана на рис. 12.23. На дне фильтра устраивают дренаж, на который укладывают поддерживающий слой из гравия с уменьшающейся крупностью зе­рен, и поверх него насыпают фильтрующий слой из кварцевого песка.

Для получения хорошего качества фильтрата на протяжении всего периода работы фильтра необходимо поддерживать постоянную скорость фильтрования. Высоту слоя воды над пес­ком принимают равной 1,5 м.

Дренаж медленного фильтра чаще выполняют из дырчатых бетонных плит, опертых на бетонные столбики, или в виде кры­тых дрен, выложенных из хорошо обожженного кирпича. Поддерживающие слои из гравия или щебня и крупного пес­ка с уменьшающейся крупностью зерен укладывают на дренаж так, чтобы через верхний слой не выносило песок фильтрую­щего слоя.

Фильтрующий слой насыпают из чистого промытого кварце­вого песка с размером зерен 0,3... 1 мм. При механизирован­ной поверхностной промывке фильтра толщину фильтрующего слоя принимают 0,8 м. При ручной очистке фильтра ее увели­чивают до 1,2 м. При ручной очистке верхний загрязненный слой песка толщиной около 2... 3 см вместе с фильтрующей пленкой снимают лопа­тами и направляют для перемывки, а фильтр снова пускают в работу.

В последнее время разработаны более совершенные спосо­бы очистки медленных фильтров путем промывки верхней час­ти фильтрующего слоя поверхностным током воды с одновре­менным рыхлением песка струями воды или механическими рыхлителями. Гидравлическая регенерация. Делают верхний дренаж, который размывает биопленку, или переносными устройствами со шлангов смывают верхний слой загрузки.

Фильтроцикл медленного фильтра при очистке со снятием верхнего слоя песка складывается из: фильтрования (около 30... 50 сут), очистки (1... 2 сут), созревания (со сбросом пер­вого фильтрата 1... 2 сут); всего 32...54 сут.

Недостатками медленных фильтров являются их значитель­ная строительная стоимость и большая занимаемая ими пло­щадь (при производительности 2000 м3/сут для фильтров не­обходима площадь 1 га), что главным образом и послужило причиной для отказа от применения их на крупных водоочист­ных комплексах. Простота эксплуатации (ввиду отсутствия со­оружений для коагулирования взвеси) обусловливает целесо­образность их использования при известных условиях на ма­лых установках.

Поиск по сайту: