Безреагентное осветление воды. Медленное фильтрование. Конструкция и принцип работы медленного фильтра

Безреагентное осветление:

Оно производится на издавна применяемых в водоснабжении медленных (плёночных) фильтрах и сравнительно новых фильтрах объёмного фильтрования.

Основными достоинствами естественного метода, реализуемого на фильтрах, являются отсутствие необходимости предварительной обработки воды реагентами и вытекающая из этого простота конструкции безреагентной станции осветления воды. Однако ему присущи следующие крупные недостатки: его малая удельная производительность требует строительства станций осветления с большой площадью в плане фильтрующих поверхностей, что делает их весьма дорогими по капитальным вложениям. Наличие большого числа задвижек на трубах фильтров затрудняет их надежную автоматизацию, известные средства автоматизации фильтров на основе этого метода громоздкие и дорогие. Тем не менее пленочные фильтры широко применяются в водоснабжении.

Медленное фильтрование:

Этот механизм характерен для медленных фильтров - Фильтрование через фильтрующую пленку, образованную частицами взвеси, оседающими на поверхности загрузки. Вначале задерживаются только частицы, имеющие размеры больше размеров пор фильтрующего материала. По мере задержания частиц размеры пор в слое осадка уменьшаются, и он задерживает все более мелкую взвесь. В этих фильтрах в процессе работы качество осветленной воды (фильтрата) постоянно улучшается, но одновременно растет гидравлическое сопротивление фильтрующей пленки и необходимая высота столба воды над фильтрующим слоем. Для восстановления начального гидравлического сопротивления через 1–2 месяца работы фильтрующая пленка вместе с верхним слоем фильтрующего материала толщиной 1...2 см снимается.

Для медленных фильтров не требуется коагуляция воды, но из-за небольшой скорости фильтрования фильтры имеют большие размеры и в настоящее время на промышленных предприятиях используются мало.

Конструкция и принцип работы медленного фильтра:

Безреагентные фильтры (медленные) предназначены для устранения взвешенных частиц из воды, то есть для ее осветления. Частицы взвесей задерживаются в порах фильтрующей загрузки вследствие прилипания под действием поверхностных (молекулярных) сил к поверхности зерен песка, так и в результате механического застревания частиц в извилистых поровых каналах.

Гидродинамические силы, направленные на вынос частиц из песка при малой скорости фильтрации, ничтожны. При пуске фильтра происходит заполнение пор верхних слоев фильтрующего песка взвесями. Формируется мелкопористая пленка, которая и задерживает значительную часть вновь поступающих взвесей.

В начале периода фильтрования фильтр пропускает некоторое количество взвесей. После образования на его поверхности грязевой пленки фильтр приобретает способность давать воду мутностью не более 1...2 мг/л. Этот момент является окончанием периода осветлительного созревания фильтра. Продолжительность этого периода колеблется от 1 до 60 мин.

Фильтрующая пленка через 20...50 часов от начала фильтрования, в результате биологических процессов, приобретает способность обеззараживать воду. Начало поступления фильтрата с содержанием бактерий не более 100 в 1 мл является концом бактерицидного созревания фильтра. Обеззараживающее действие медленных фильтров особенно ценилось в прежнее время, когда еще не знали других, более совершенных способов обеззараживания воды.

В настоящее время медленные фильтры должны осветлять воду, а обеззараживание последней после фильтра выполняется хлорированием или другими известными способами. Количество фильтров должно быть не менее двух.

Слой воды над поверхностью загрузки надлежит принимать 1,5 м. При наличии перекрытия над фильтрами расстояние от поверхности загрузки до перекрытия должно быть не менее 2 м. Медленные фильтры системы НИМИ осветляют воды практически любой мутности (до 1...2 мг/л). Общая схема фильтра НИМИ показана на рисунке 13.1 (план, разрез).

Прямоугольный в плане резервуар образует корпус фильтра 1, в котором у торцовых стен водонепроницаемыми перегородками 2 отделяются два кармана. Верхние кромки этих перегородок строго горизонтальны. Ширина карманов l = 0,3...0,5 м.

Фильтрующий слой песка 3 с эффективным диаметром зерен 0,15...0,50 мм насыпается на дренажные плиты из пористого бетона 4. Толщина фильтрующего слоя Н песка = 1 = 0,4–0,5 м. Под плитами образуется пространство 5 высотой 6 см, служащее для отвода чистой воды. Дно корпуса фильтра делается с уклоном к сборному трубопроводу фильтрованной воды 6. Сырая вода подается по трубам 8 и 7 через поплавковый клапан 10 в корпус фильтра. Уровень воды в период полезной фильтрации поддерживается на постоянной отметке 9. Слой воды над песком 1,2...2,0 м. Вода проходит через песок 3, образуя в его верхнем тонком (1...2 см) слое и на поверхности мелкопористую грязевую пленку.

Осветленная вода из песчаного слоя поступает в дренажное пространство 5. Скорость фильтрования поддерживается на заданном уровне поплавковым регулятором скорости фильтрации 11.

По мере загрязнения фильтра увеличиваются потери напора в грязевой пленке на поверхности фильтрующего слоя. Когда потери напора достигнут 1,0...1,5 м, необходимо задержанные частицы взвеси смыть в канализацию, то есть восстановить осветлительную способность фильтра. Для этого закрывается задвижка на трубопроводе фильтрата воды 6 и открывается задвижка на канализационном трубопроводе 12. Фильтрация воды через песок прекращается, вода из корпуса фильтра сбрасывается в канализацию.

Одновременно включают рыхлитель 17, который движется от нижнего кармана 15 до верхнего кармана 16, взрыхляя грязевую пленку и верхний слой песка толщиной 10...15 см. Взвешенные при этом частицы загрязнений уносятся вместе со сбрасываемой водой в канализацию. После снижения уровня воды в корпусе фильтра до отметки расчетного горизонта смывного потока 13 открывают задвижку на трубопроводе 14. Сырая вода, поступающая теперь по трубам 7 и 14, увеличивает расход смывного потока, протекающего по поверхности песка из кармана 16 в карман 15 и далее в канализацию.

а

б

Рис.13.1. Общая схема безреагентного фильтра НИМИ

Скорость смывного потока должна обеспечить транспортирующую способность последнего, достаточную для выноса в канализацию только взвешенных рыхлителем частиц загрязнений. Зерна же песка остаются в фильтре.

Смыв загрязнений продолжается 15...20 минут. После регенерации, то есть после смыва загрязнений в канализацию, закрывают канализационную задвижку 12 и выключают из работы рыхлитель 17.

Корпус фильтра заполняется сырой водой по трубам 7 и 8 до отметки нормального горизонта фильтрации 9. После этого открывают задвижку на трубопроводе фильтрованной воды 6 и снова начинается фильтрование воды через песок.

До осветлительного созревания фильтра фильтрат сбрасывается в канализацию. После получения фильтрата мутностью не более 1...2 мг/л осветленная вода через регулятор скорости фильтрования направляется в резервуар чистой воды.