Фильтры, назначение и типы

Водоочистные сооружения, на которых осуществляется процесс фильтрования, называются фильтрами.

Фильтрование является одним из основных методов кондиционирования воды, позволяющим довести качество ее до требований ГОСТа на питьевую воду. В процессе фильтрования из раствора выделяются не только диспергированные частицы, но и коллоиды.

Сущность метода заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и не проницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме. В большинстве случаев фильтрование является последним этапом осветления воды и производится после ее предварительного осветления в отстойниках или осветлителях.

Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на:

· тканевые или сетчатые;

· каркасные или намывные;

· зернистые.

Из вышеперечисленных трех групп фильтров наиболее значительной является последняя. Фильтры этой группы в технике водоснабжения применяют наиболее широко.

Фильтры с зернистой загрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:

1) по скорости фильтрования:

· медленные (0,1...0,3 м/ч);

· скорые (5...12 м/ч);

· сверхскорые (36 ... 100 м/ч);

2) по давлению, под которым они работают:

· открытые (или безнапорные);

· напорные;

3) по направлению фильтрующего потока:

· однопоточные (обычные скорые фильтры);

· двухпоточные;

· многопоточные;

4) по крупности фильтрующего материала:

· мелкозернистые;

· среднезернистые;

· крупнозернистые;

5) по количеству фильтрующих слоев:

· однослойные;

· двухслойные;

· многослойные.

Схема скорого фильтра:

1 – трубчатая распределительная система большого сопротивления; 2 – слой поддерживающей загрузки; 3 – слой фильтрующей загрузки; 4 – воздушник; 5 – сборные желоба; 6 – боковой карман; 7 и 10 – соответственно подача исходной и отвод фильтрованной воды; 9 и 8 – соответственно подача и отвод промывной воды; 11 – опорожнение фильтра.

Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает на фильтр. Сначала вода поступает в боковой карман, а из него – в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе фильтрования вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои, а затем поступает в распределительную систему, из нее в резервуар чистой воды. Максимальная потеря напора в фильтрующей загрузке допускается 2,5...3 м.

При промывке фильтров путем переключения соответствующих задвижек промывная вода поступает в распределительную систему и далее в фильтрующий слой, который она проходит снизу вверх и расширяет (взвешивает). Дойдя до верхней кромки промывных желобов, промывная вода вместе с вымытыми ею из фильтрующего материала загрязнениями переливается в желоба, а из них в боковой карман и отводится в водосток.

Фильтрующий слой выполняют из отсортированного материала, чаще всего речного кварцевого песка крупностью от 0,5 до 2,0 мм. Могут быть применены и другие материалы, удовлетворяющие санитарным требованиям и обладающие достаточной химической стойкостью и механической прочностью (дробленый антрацит, керамзит, керамическая крошка, дробленый мрамор, полимеры и др.).

Поддерживающий слой (0,45...0,5 м), на котором лежит фильтрующий слой, укладывают с той целью, чтобы мелкий фильтрующий материал не вымывался из фильтрующего слоя и не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Поддерживающий слой в свою очередь состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постоянно увеличивающийся сверху вниз от 2…5 до 20...40 мм. Толщина каждого слоя также увеличивается сверху вниз.

Медленный фильтр.

В медленных фильтрах осветления воды достигают в основном 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.

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. Вследствие малой скорости фильтрования накопление загрязнений в медленном фильтре протекает замедленно. При небольшой мутности воды чистка фильтра необходима через 1...2 месяца.

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.

Фильтрующий слой насыпают из чистого промытого кварцевого песка с размером зерен 0,3...1 мм.