Експлуатація фільтрів і контактних прояснювачів

У більшості технологічних схем водопідготовки завершуючим процесом є фільтрування, в ході якого з води видаляються не тільки дисперсні домішки, але і колоїди. У цьому полягає відмінність методу фільтрування від всіх методів попереднього очищення води.

Суть методу полягає у фільтруванні оброблюваної води, що містить домішки, через фільтруючий матеріал, проникний для рідини і непроникний для твердих частинок. Це визначає місце фільтрувальних споруд в технологічній схемі, тобто в більшості випадків фільтрування є завершуючим етапом обробки води і проводиться після її попереднього освітлення у відстійниках, флотаторах або освітлювачах. При пропуску води через шар зернистого матеріалу залежно від заряду і співвідношення розмірів домішок води і зерен фільтруючого завантаження може відбуватися три види фільтрування:

1) затримання домішок на поверхні фільтруючого шару (плівкове фільтрування),

2) затримання домішок у порах фільтруючого шару (об’ємне фільтрування);

3) одночасне утворення домішками плівки і їх відкладення в порах завантаження.

У більшості випадків на сучасних фільтрах плівка не утворюється і домішки разом з водою проникають в товщу фільтруючого шару, при цьому глибина проникнення забруднень в товщу завантаження тим більше, чим більша швидкість фільтрування, більше зерна фільтруючого шару і чим менше розміри частинок суспензії, що вилучаються з води.

Плівкове фільтрування лежить в основі роботи повільних фільтрів.

У основі об’ємного фільтрування лежить попередня коагуляція домішок води з метою зменшення або ліквідації їх заряду.

Водоочисні споруди, на яких здійснюється процес фільтрування, називають фільтрами. Фільтри по типу фільтруючого середовища ділять на тканинні або сітчасті, каркасні або намивні (діатомові), зернисті (піщані, керамзитові). З вищеперелічених трьох груп фільтрів найбільш значною є остання. Фільтри цієї групи в техніці водопостачання застосовують найширше.

Фільтри із зернистим завантаженням можна класифікувати по ряду основних ознак:

1) за швидкістю фільтрування - повільні 0,1-0,3 м/год, швидкі 6 - 12 м/год і надшвидкісні 36 - 100 м/год;

2) по тиску, під яким вони працюють - відкриті (або безнапірні) і напірні;

3) по напряму фільтруючого потоку-однопоточні (звичайні швидкі фільтри), двохпотокові (фільтри АКХ, ДДФ), багатопотокові;

4) по величині фільтруючого матеріалу - мілко, середньо і грубозернисті;

5) по кількості фільтруючих шарів — одно, двох і багатошарові.

Фільтруючий шар виконують з відсортованого зернистого матеріалу, що задовольняє санітарним вимогам і має достатню хімічну стійкість і механічну міцністю (кварцевий пісок, роздроблений антрацит, керамзит, керамічна крихта, доменні шлаки, роздроблений мармур, полімери і ін.).

Шар з гравію або щебеню заввишки 0,45 - 0,55 м з величиною зерен 2 - 40мм, на якому лежить фільтруюче завантаження, укладають для того, щоб дрібний фільтруючий матеріал не вимивався з фільтруючого шару і не переносився фільтрованою водою через отвори розподільної системи.

Розподільна (дренажна) система є важливим елементом фільтру. Вона повинна збирати і відводити профільтровану воду без винесення зерен фільтруючого матеріалу і при промивці рівномірно розподіляти промивну воду за площею фільтру.

Контактні прояснювачі є різновидом фільтрувальних апаратів, що працюють за принципом фільтрування води у напрямі убуваючої величини зерен через шар завантаження великої товщини, який реалізується застосуванням висхідного фільтрування, від низу до верху. Оброблювана вода через розподільну систему, укладену на дні споруди, вводиться в нижні гравієві шари, а потім фільтрується послідовно через шари завантаження, розмір зерен яких поступово зменшується. При цьому основна маса домішок води затримується в нижніх грубозернистих шарах, що характеризуються великою брудоємністю, що зменшує темп приросту втрати тиску. Зниження темпу приросту втрати тиску і збільшення тривалості захисної дії завантаження унаслідок великої висоти шару, дозволяють очищати на контактних прояснювачах воду із вмістом суспензії, що значно перевищує звичайно допустиме для швидких фільтрів. Швидкі фільтри можуть працювати нормально, якщо вміст суспензії у воді, що поступає на фільтри, складає 5 - 15 мг/л. Контактні ж прояснювачі, як показала практика, працюють нормально при вмісті суспензії у воді, що очищається, до 120 мг/л і її кольоровості до 120 градусів.

При водообробці на контактних прояснювачах коагулянт вводять у воду безпосередньо перед її надходженням в завантаження прояснювача, процес коагуляції відбувається в його товщі. За короткий термін часу від моменту введення коагулянта до початку фільтрування в воді можуть утворюватися лише мікроагрегати коагулюючих частинок. Подальша агломерація домішок відбувається не у вільному об’ємі води, а на зернах завантаження контактних прояснювачів; частинки адсорбуються на поверхні зерен, утворюючи відкладення характерної для гелю сітчастої структури. Такий процес є контактною коагуляцією, що обумовлюється контактом води, що містить коагульовані домішки, з поверхнею зерен контактної маси.

Як показала практика експлуатації, процес контактної коагуляції йде з більшою повнотою і у багато разів швидше, ніж при звичайній коагуляції в об'ємі. Доза коагулянта для контактної коагуляції, як правило, менше, ніж доза, необхідна для коагуляції домішок у вільному об’ємі. Крім того, при контактній коагуляції на процес майже не впливають температура води, її аніонний склад, наявність грубодисперсних суспензій і її лужність.

Завдяки цим перевагам в умовах обробки малокаламутних вод контактні прояснювачі дуже вдало замінюють звичайне двоступінчате очищення води, забезпечуючи високий ефект просвітлення і знебарвлення при одночасному здешевленні вартості будівництва і експлуатації очисних споруд.

Експлуатаційні роботи на фільтрувальних спорудах умовно можна розділити на три групи:

· завантаження і пуск в експлуатацію фільтрів (контактних прояснювачів) після проведення ремонтних робіт;

· контроль та підтримання параметрів процесу фільтрування (контактного прояснення);

· промивання фільтрів (контактних прояснювачів).

Пуск фільтрів в експлуатацію після виробництва ремонтних робіт здійснюється таким чином: фільтр поволі заповнюється знизу через промивну систему відстояною водою з метою витіснення повітря з порового простору фільтруючого шару і виключення порушення горизонтальності (розмиву) сухого шару піску при подачі води зверху. Коли рівень води у фільтрі буде вищий за поверхню піску на 200-300 мм, пуск води знизу припиняють і починають подавати її зверху через бічну кишеню до повного заповнення фільтру. При розрахунковому рівні води фільтр залишають у спокої на
20-30 хв; після цього його промивають з скиданням фільтрату в каналізацію. Після закінчення відмивання завантаження фільтр знезаражують хлорною водою, що містить 20-50 мг/л активного хлору. Фільтр включають в роботу після 24-годинного контакту і остаточної промивки його чистою водою до отримання залишкового хлору в промивній воді не більше 0,3-0,5 мг/л. Пуск фільтрів в роботу слід проводити при швидкості фільтрації 2—3 м/год з поступовим збільшенням до розрахункової на протязі 15 хвилин.

При завантаженні двошарових фільтрів з верхнім шаром з антрацитної крихти роботи здійснюються в два етапи. Спочатку фільтр завантажується тільки гравієм і піском і експлуатується протягом місяця для гідравлічної класифікації (під час промивок) зерен піску. За цей час з поверхні фільтру віддаляється дрібний пісок (фракція менше 0,5-0,6 мм). Лише після того, як ситовий аналіз верхнього шару піску покаже майже повну відсутність дрібниці, приступають до завантаження фільтру антрацитною крихтою. Для цього фільтр заливають водою на 0,4-0,5 м вище за поверхню піску; після цього антрацитну крихту засипають рівномірно у воду і витримують протягом 3-4 год для виділення повітря з пор антрациту. Потім відмивають завантаження від вугільного пилу, поступово збільшуючи інтенсивність промивки (перші 2-3 хв інтенсивність повинна бути не більше 7-8 л/с м2). Надалі фільтри і контактні прояснювачі ретельно промивають з розрахунковою інтенсивністю подачі води. Таким чином з поверхні піску або антрациту знімають бруд і дрібні фракції, потім, якщо необхідно, проводять довантаження.

Фільтруючий матеріал, що доставляється на станцію, і гравій необхідно мити і сортувати одразу ж після його доставки. Промитий і відсортований завантажувальний матеріал повинен зберігатися в засіках або штабелях, захищених від зовнішнього забруднення. Підбір фільтруючого матеріалу для одношарових і двошарових фільтрів проводять по ТУ 401-08-561-81 (пісок — заповнювач контактних прояснювачів з гравієвим завантаженням), ТУ 401-08-119-80 (гравій - заповнювач контактних прояснювачів).

Ефективність роботи фільтрів залежить від стану розподільних і збірних систем, рівномірного розподілу промивної води за площею фільтрів, параметрів завантаження, наявності повітря у воді, швидкості фільтрування, своєчасної і якісної промивки фільтруючого завантаження, розподілу натиску по її висоті (не допускати вакууму!). При включенні фільтруючих споруд на промивку необхідно повністю видаляти повітря з трубопроводів, що подають промивну воду. Якість промивки контролюється по втраті тиску промитого завантаження в порівнянні з втратами, які мали місце в чистому завантаженні (у початковий період експлуатації).

Режим роботи фільтру встановлюють з урахуванням місцевих умов на основі техніко–економічних показників: витрат і якості вихідної і очищеної води, тривалості фільтоциклу, витрат води на промивання, періодичність промивання, необхідність застосування реагентів перед фільтрувальними спорудами. Робочу швидкість фільтрування встановлюють з таким розрахунком, щоб на протязі року кількість промивань не перевищувала трьох разів на добу. Не допускаються різкі зміни швидкості фільтрування.

Для запобігання виділення повітря в завантаженні і пов’язаного з цим явища перемішування шарів завантаження під час промивання на швидких фільтрах необхідно підтримувати високий рівень води (не менше, ніж 2 м над завантаженням).

Періодичність промивання завантаження фільтрувальних споруд встановлюють відповідно до місцевих умов. В тих випадках, коли тривалий час погіршення якості води або зниження швидкості фільтрування не спостерігається, промивання проводять один раз на дві доби.

Тривалість робочого циклу контактних прояснювачів не повинна перевищувати 24 год влітку і 48 год в інші сезони року. Найменша тривалість фільтроциклу не повинна бути меншою ніж 8 год. При визначенні режиму промивання необхідно враховувати, що велика тривалість фільтроциклу призводить до накопичення і закріплення забруднень в завантаженні, ускладнює і погіршує якість промивання, а в деяких випадках є причиною зниження фільтрувальної спроможності завантаження і необхідністю її заміни.

Завантаження фільтрувальних споруд промивають, як правило, водою з резервуарів чистої води. Інтенсивність і тривалість промивання встановлюють дослідним шляхом. До накопичення експлуатаційних даних інтенсивність і тривалість промивання приймають відповідно до СНиП 2.04.02-84.

Під час промивання суворо притримуються встановленої послідовності й інтервалів часу перемикання засувок, заданих швидкостей подачі води і повітря на споруди. З метою запобігання зсуву і перемішування шарів завантаження вмикання і вимикання фільтрувальних споруд виконують з повільним
(1 – 1,5 хв.) нарощуванням або зниженням витрат промивної води.

Якість відмивання завантаження оцінюють відповідно до початкової втрати напору при однакових швидкостях фільтрування. Систематичне зростання початкової втрати напору свідчить про те, що режим промивання обрано невірно, ефективність промивання недостатня та про накопичення забруднень в завантаженні. Кількість залишкових забруднень контролюють після 10 – 12 промивань (не повинна перевищувати 1% по масі за 3 місяці). При накопиченні залишкових забруднень більше 1% проводять поверхневе промивання, обробку фільтруючого матеріалу їдким натром, хлором або сірчаним газом. У випадку, коли хімічна обробка не приводить до бажаних результатів, проводять заміну фільтруючого матеріалу.

Після промивання контактних прояснювачів перший фільтрат скидають у стік. Тривалість скидання встановлюють дослідним шляхом на основі даних якості фільтрованої води та її відповідності вимогам ГОСТ 2874-82.

При експлуатації фільтрувальних споруд один раз на місяць проводять огляд поверхні завантаження, для чого при промиванні спускають воду нижче рівня завантаження. При огляді визначають загальний стан поверхні фільтруючого матеріалу, розподіл забруднень (до промивання), залишкових забруднень (після промивання), наявність ям, тріщин, відділення фільтруючого матеріалу від стінок споруди, викидів підтримуючих шарів на поверхню.

Горизонтальність підтримуючих шарів перевіряють 1 раз на 6 місяців. Перевірку проводять під час промивання за допомогою щупів зі спеціально встановлених переносних містків.

Завантаження фільтрувальних споруд на які подається нехлорована вода, дезінфікують 1 раз на 3 місяці хлорною водою з концентрацією активного хлору 100 - 200 мг/л і тривалості контакту 8 - 10 год.

Контрольні запитання до розділу 6

1. Які основні експлуатаційні підрозділи організовують на очисних спорудах ?

2. З якою метою організовують виробничо–лабораторний контроль ?

3. З якою метою організовують технологічний контроль?

4. В чому полягають основні завдання експлуатації реагентного господарства?

5. Які типи відстійників ви знаєте?

6. В чому полягає принцип просвітлення в шарі завислого осаду?

7. Наведіть види фільтрування.

8. В чому полягає принцип контактного прояснення?

9. На які групи поділяються експлуатаційні роботи в фільтровому господарстві?

10. Які складові фільтроциклу?