ООО "КОМПЕНС"
Напишите нам: zakaz@kompens.ru
Звоните: +7(499) 938-56-00

Фильтровальные сооружения с тяжелой зернистой загрузкой

Одним из методов очистки воды от взвешенных и коллоидных примесей является ее фильтрование через пористую зернистую среду. Фильтровальные сооружения могут применяться как в качестве доочистки воды после отстойников или осветлителей со взвешенным осадком, так и как самостоятельные сооружения.

Физико-химическая сущность реагентного осветления и обесцвечивания воды в процессе фильтрования заключается в адгезии (прилипании) взвешенных и коллоидных частиц к поверхности зерен фильтрующего материала или к ранее прилипшим части­цам. Осадок, образовавшийся в порах загрузки, имеет непрочную структуру, разрушаю­щуюся под действием гидродинамических сил потока. В каждом элементарном слое за­грузки осветление воды происходит до тех пор, пока силы отрыва частиц не начинают превалировать над силами адгезии и аутогезии (взаимодействия между частицами в прилипшем слое). Оторвавшиеся частицы осадка переносятся в последующие слои и там задерживаются.

Кроме осветления поверхностных вод с помощью зернистых фильтров осуществ­ляют обезжелезивание, умягчение (ионообменные зернистые фильтрующие материа­лы), фторирование (флюоритовый песок), обесфторирование (гранулированные окислы алюминия), стабилизацию воды (мраморная крошка).

В зависимости от природы и типа фильтрующего слоя различают следующие виды фильтров: зернистые (фильтрующий слой - кварцевый песок, дробленый антрацит, ке­рамзит, пенополистирол, иониты, сорбенты, магномасса и др.); сетчатые (фильтрующий слой - сетка с размером ячеек 20-60 мкм); тканевые (фильтрующий слой - хлопчатобу­мажные, льняные, суконные, стеклянные или капроновые ткани); намывные (фильтру­ющий слой - древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и другие материалы, намы­ваемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).

Зернистые фильтры применяют для очистки хозяйственно-питьевой и технической воды от тонкодисперсной взвеси и коллоидов; сетчатые - для задержания грубодисперс­ных взвешенных и плавающих частичек; тканевые - в полевом водоснабжении; намыв­ные - для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительности (для поселков, плавательных бассейнов и т.д.).

Для очистки воды в коммунальном и промышленном водоснабжении наиболее ши­роко применяются зернистые фильтры. По скорости фильтрования их разделяют на медленные (скорость фильтрования 0,1-0,2 м/ч), полускорые (0,2-5,0 м/ч), скорые (5,0-15 м/ч) и сверхскорые (>15-25 м/ч).

В зависимости от крупности зерен фильтрующего слоя зернистые фильтры разде­ляют на мелкозернистые (например, медленные фильтры с размером зерен верхнего слоя песка 0,3-0,5 мм), среднезернистые (например, скорые фильтры с размером зерен верхнего слоя песка 0,5-0,8 мм) и крупнозернистые (в частности, предварительные фильтры с размером зерен верхнего слоя песка 1-2,5 мм).

Если загрузка фильтрующего слоя однородна по плотности и отличается только крупностью зерен, такие типы фильтров называются однослойными (например, скорые фильтры с загрузкой из кварцевого песка). Фильтры, загруженные неоднородной загруз­кой по плотности и размеру зерен, называются многослойными (например, двухслойные скорые фильтры, в которых нижний слой - кварцевый песок, верхний - антрацит).

По направлению движения потока воды при фильтровании зернистые фильтры бы­вают одно- и многопоточные, с вертикальным, горизонтальным и радиальным направ­лением потока воды.

В зависимости от обеспечения напора, создаваемого после очистки, фильтры клас­сифицируются как безнапорные, напорные и комбинированные.

По виду загрузок бывают фильтры с тяжелыми зернистыми (плотность зерен кото­рых больше плотности воды) и плавающими загрузками, которые способны пребывать неограниченное время в воде в плавающем состоянии.

К первым относятся фильтры с кварцевой и антрацитовой загрузкой, с загрузками из дробленого и недробленого керамзита, горелых пород, вулканических шлаков, акти­вированного угля, мраморной крошки, ионообменных природных и искусственных зер­нистых материалов.

Ко второй группе относятся фильтры с гранулированной пенополистирольной, пе­нополиуретановой, фторопластовой и др. загрузками. В качестве плавающих или полу- плавающих фильтрующих материалов могут также применяться замкнутоячеистые во­донепроницаемые гранулы шунгизита, редоксида, стеклопора, гранулированных шла­ков, дробленые отходы от пенопластовых плит и им подобные.

Крупнозернистые (грубозернистые фильтры) используют при частичном осветле­нии воды, предназначенной для технических целей, если мутность воды в источнике во­доснабжения не превышает 150 мг/л. Они задерживают до 50-60% содержащихся в во­де взвешенных веществ. Основное их назначение заключается в задержании взвеси крупнее 0.05 мм, способной осаждаться в зонах охлаждающих систем с пониженными скоростями движения воды.

Характеристика новых фильтрующих материалов, поставляемых промышленностью

Материал загрузки

Торговая марка

Свойства материалов

Гранулометриче­ский состав, мм

Фирма-поставщик

(завод-изготовитель)

Физико-механические

плотность

нас.

масса

кг/м3

измель-

чаемость,

%

истирае­мость, %

порис­тость, % макс.

1

Зернистые фильт­рующие материалы:

дробленый квар­цевый песок

дробленый песок из серпентинита

-   циролюзитовый песок

ГРАНКВАРЦ

ГРАНФИЛЬТР

ГРАНАКВА

2650 кг/м3

2650 кг/м3

2650 кг/м3

1350

1450

1510

2,6 (4,0)

0,75 (4,0)

1,52 (4,0)

0,15(0,5)

0,15 (0,5)

0,26 (0,5)

54

50

63,7

0,5-0,8

0,5-1,25

0,5-2

ООО «ФРАМАТ», г. Екатеринбург,

«Гора хрустальная», г. Екатеринбург,

НПФ «Тарэкс» г. Москва

2

Зерна дробленого гранита

Графил

 

1,3-1,35 т/м3

1,0

0,5

45

0,6-2

ЗАО «КВАНТ

МИНЕРАЛ»,

Санкт-Петербург

3

Антрацит-

фильтрант

Purolat-standart

1,2 г/см3

0,8 г/см3

3,0

0,5

51

0,6-6

ЗАО МГК СПЕКТР, г. Москва

4

Цеолит-

клиноптилотит

ПВАО «Рыстас»

2,18-2,50

г/см3

 

0,83-1,13

0,07-0,17

25-28

0,5-3,2

ПВАО «Рыстас» Казахстан г. Алматы

5

Г ранулированный

активированный

уголь

Фильтросорб TL

600 кг/м3

 

 

0,75

 

 

Chemviron Carbon

6

Активированные

угли

WATERLINK Sutcliffe Carbons

600-700

 

 

 

 

0,5-2,5

WATERLINK Sutcliffe Carbons г. Москва

7

Каталитически активный фильт­рующий материал

МЖФ

 

Не бо­лее 1,4 кг/дм3

 

 

 

0,5-1,6

АЛЬЯНС-НЕВА,

Санкт-Петербург

Примечание: Расчетные скорости фильтрования и режима промывания уточняются в процессе технологических изысканий, выполненных на воде конкретного водоисточника

Свойства фильтрующих тяжелых зернистых материалов

Материалы

Диаметр зерен, мм

Плотность

г/см3

Насыпанная

плотность,

г/см3

Порис­тость, %

Коэффи­

циент

формы

зерен

Взвеши­

вающая

скорость,

см/с

Измель

чае-

мость,

%

Исти­

рае­

мость,

%

Кварцевый песок

0,5-30

2,4-2,6

1,5-1,7

30-40

1,07-1,17

16-25

4,0

0,5

Антрацит дробленый

0,5-30

1,6-1,7

0,9

37—41

1,1-1,5

13-14

 

 

Керамзит недробленый

0,5-30

1,7-1,8

1,7-0,8

42,6—47,5

1,29

14-15

 

0,17

Керамзит дробленый

0,5-30

1,2-1,5

0,35-0,5

9-61,0

2,35

 

 

0,24

Шунгизит дробленый

 

 

0,4-0,6

56-58

 

 

5,67

0,17

Горелые породы

0,5-30

2,4-2,5

1,5-1,8

44-48

2,10

15-16

3,0

0,5

Аглопорит зольный

0,5-30

2,5-2,6

0,6-0,9

45-56

 

14-15

 

 

Аглопорит лессовый

0,5-30

2,4-2,5

1,0-1,4

48-54

 

13-17

 

 

Вулканические шлаки

0,5-30

2,6

1,1-2,6

45-49

1,98-2,67

16-18

 

 

Доменные шлаки

0,5-30

2,6

1,2-1,5

42-44

 

15-14

 

 

Стеклянная крошка

0,5-30

2,35

1,1-1,3

35-48

 

14-17

 

 

Фарфоровая крошка

0,5-30

2,17

1,3-1,4

35—42

 

15-18

 

 

Гранульная смола МСК

4,1

1,11

0,67

41,3

1,06

 

 

 

Органическое стекло

2,32

1,18

0,71

46,5

1,12

 

 

 

Капрон

2-2,8

1,17

0,63

46,8

1,11

 

 

 

Фильтрующий слой, скорость фильтрования и интенсивность промывки крупнозернистых фильтров

Материал

загрузки

Крупность загрузки, мм

Коэффициент неоднородности (не более)

Высота слоя загрузки, м

Скорость

фильтрования,

м/ч

Интенсивность промывки,

л/(см2)

водной

воздушной

Кварцевый

песок

0,8-1,8

1,8

1,5-2

10-12

6-8

15-20

1,5-2,5

2

2,5-3

13-15

6-8

18-25

Дробленый

антрацит

0,8-1,8

1,8

1,5-2

10-12

6-8

13-15

1,5-2,5

2

2,5-3

13-15

6-8

16-20

Крупнозернистые фильтры проектируют напорными или открытыми. Напорные крупнозернистые фильтры следует рассчитывать на предельную потерю напора в филь­трующей загрузке и дренаже до 15 м, открытые - 3-3,5 м. В открытых фильтрах необ­ходимо предусматривать слой воды над уровнем загрузки 1,5-2 м.

Как загрузку для фильтров используют песок, дробленый антрацит или другие зер­нистые материалы с соответствующей механической прочностью и химической стойкос­тью. 

Расчет желобов и сборных каналов в открытых предварительных фильтрах произ­водят так же, как и для скорых фильтров. Промывку крупнозернистых фильтров проек­тируют водовоздушной, распределительные системы для воды и воздуха делают раз­дельными или объединенными в соответствии с рекомендациями для скорых фильтров.

Устройства для подачи и отвода промывной воды должны обеспечивать слудующий режим: взрыхление фильтрующей загрузки водой с интенсивностью 6-8 л/(см2) - 1 мин, водовоздушная промывка с интенсивностью 3-4 л/(см2) воды и 15-25 л/(см2) воздуха - 5 мин, отмывка водой и гидравлическая сортировка фильтрующей загрузки с интенсив­ностью подачи воды 6-8 л/(см2) - 2 мин.

Площадь крупнозернистых фильтров рассчитывают по формуле

F=Q / Tvp-3,6n(w1t1+w2t2+w3t3)-nt4vp

где Q - полезная производительность фильтров, м3/сут; Т - время работы станции в течение суток, ч; vp- расчетная скорость фильтрования, м/ч; n - количество промывок всех фильтров в сутки; w1,t1- интенсивность в л/(см2) и продолжительность в ч взрыхления фильтрующего слоя; w2,t1- интенсив­ность подачи воды в л/(см2) и продолжительность в ч водовоздушной промывки; w3,t3- интенсивность в л/(см2) и продолжительность в ч отмывки; t4- вре­мя простоя фильтра в связи с промывкой в ч.

Схема скорого фильтра

1 - корпус; 2 - фильтрующая загрузка; 3 - отвод фильтрата; 4 - подача исход­ной воды; 5 - отвод промывной воды; 6- нижняя дренажная система (НДС);

7 - поддерживающий слой; 8 - желоб для сбора промывной воды; 9 - пода­ча воды на промывку

Вода, поступающая на скорые фильтры после отстойников или осветлителей со взвешенным осадком, не должна содержать взве­шенных веществ более 12-25 мг/л, а после фильт­рования мутность воды, предназначенной для хо­зяйственно-питьевых нужд, не должна превышать 1,5 мг/л.

Фильтры и их коммуникации должны быть рассчитаны на работу при нормальном и форсиро­ванном (часть фильтров находится в ремонте) режимах. На станциях с количеством фильтров до 20 следует предусматривать возмож­ность выключения на ремонт одного фильтра, при большем количестве - двух фильт­ров.

Скорости фильтрования при нормальном и форсированных режимах при отсутст­вии технологических изысканий надлежит принимать с учетом обеспечения продолжительности работы фильтров между промывками, не менее: при нормальном режиме - 8-12 ч, при форсированном режиме-6 ч.

Общую площадь скорых фильтров следует определять по формуле

∑F=Q / (Tcmvн-3,6nпрwt1-nпрt2vн), м2

где Q- полезная производительность станции, м3/сут; Тсm - продолжительность работы станции в течение суток, ч; vн- расчетная скорость фильтрования при нормальном ре­жиме, м/ч,; nпр — число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации (принимается 2-3); со - интенсивность промыв­ки, м32, промывки фильтра в ч, 5-10 мин; t2- время про­стоя фильтра в связи с промывкой, принимаемое для фильтров, промываемых водой - 0,33 ч, водой и воздухом - 0,5 ч.

Количество фильтров на станциях производительностью более 1600 м3/сут должно быть не менее четырех. При производительности станции более 8-10 тыс. м3/сут коли­чество фильтров ориентировочно можно определять с округлением до ближайших це­лых чисел (четных или нечетных в зависимости от компоновки фильтров) по формуле

nф=0,5√Fф

Предельные потери напора в фильтре следует принимать для открытых фильтров - до 3-3,5 м в зависимости от типа фильтра, для напорных фильтров - до 6-8 м.

Высота слоя воды над поверхностью загрузки в открытых фильтрах должна быть не менее 2 м; превышение строительной высоты над расчетным уровнем воды - не ме­нее 0,5 м.

При выключении части фильтров на промывку скорость фильтрования на осталь­ных фильтрах надлежит принимать постоянной или повышающейся; при этом скорости фильтрования не должны превышать величину vф, указанную в таблице ниже.

Характеристика фильтрующего слоя и скорости фильтрования

Фильтры

Характеристика фильтрующего слоя

Скорость фильтрования, м/ч

Материал

загрузки

Диаметр зерен, мм

Коэффициент неоднородно­сти загрузки

Высота слоя,м

при нор­мальном режиме, vH

при форси­рованном режиме, vH

наименьших

наибольших

эквивалентный

Однослойные

скорые

фильтры с

загрузкой

различной

крупности

Кварцевый

песок

0,5

0,7

0,8

1,2

1,6

2

0,7-0,8

0,8-1,0

1,0-1,2

1,8-2,0

1,6-1,8

1,5-1,7

0,7-0,8

1,3-1,5

1,8-2,0

5-6

6-8

8-10

6-7,5

7-9,5

10-12

Дробленый

керамзит

0,5

0,7

0,8

1,2

1,6

2

0,7-0,8

0,8-1,0

1,0-1,2

1,8-2,0

1,6-1,8

1,5-1,7

0,7-0,8

1,3-1,5

1,8-2,0

6-7

7-9,5

9,5-12

7-9

8,5-11,5

12-14

Скорые фильтры с двухслойной загрузкой

Кварцевый

песок

0,5

1,2

0,7-0,8

1,8-2,0

0,7-0,8

7-10

8,5-12

Дробленые керамзит или антра­цит

0,8

1,8

0,9-1,1

1,6-1,8

0,4-0,5

Примечание: Расчетные скорости фильтрования и режима промывки фильтрующего материала уточняются в процессе технологических изысканий, выполненных на воде конкретного водоисточника.

Для удаления воздуха из трубопровода, подающего воду на промывку фильтров, следует предусматривать стояки-воздушники диаметром 75-150 мм с установкой на них запорной арматуры или автоматических устройств для выпуска воздуха; на коллекторе фильтрата надлежит также предусматривать стояки-воздушники диаметром 50-75 мм. количество которых следует принимать при площади фильтра до 50 м2 - один, при боль­шей площади - два (в начале и конце коллектора), с установкой на стояках вентилей или других устройств для выпуска воздуха.

Опорожнение фильтра необходимо предусматривать через распределительную си­стему и отдельную спускную трубу диаметром 100-200 мм (в зависимости от площади фильтра) с задвижкой.

В условиях, когда водяной или водовоздушной промывки фильтрующего слоя в восходящем потоке воды оказывается недостаточно, может быть предусмотрена допол­нительно верхняя промывка загрузки с помощью верхней неподвижной или вращаю­щейся системы дырчатых труб.

При неподвижном устройстве для дополнительной верхней промывки загрузки ин­тенсивность следует принимать 3-4 л/(см2), напор 30-40 м. Продолжительность промыв­ки 5-8 мин, из них 2-3 мин до проведения нижней промывки. Распределительные трубы следует располагать на расстоянии 60-80 мм от поверхности загрузки через каждые 700-1000 мм. Расстояние между отверстиями в распределительных трубах или между насадками необходимо принимать 80-100 мм. При вращающемся промывном устройст­ве интенсивность промывки следует принимать 0,5-0,75 л/(см2), с напором 40-45 м.

При загрузке фильтров керамзитом интенсивности промывки следует принимать в пределах 12-15 л/(см2) в зависимости от марки керамзита (большие интенсивности от­носятся к керамзитам большей плотности).

Для сбора и отведения промывной воды следует предусматривать желоба полу­круглого или пятиугольного сечения. Расстояние между осями соседних же­лобов должно быть не более 2,2 м.

Сечение желобов различных конструкций

Ширину желоба Вжел надлежит определять по формуле

qжел- расход воды по желобу, м3/с; ажел - отношение высоты прямоугольной части желоба к половине его ширины, принимаемое от 1 до 1,5; Кжел - коэффициент, принима­емый равным: для желобов с полукруглым лотком - 2, для пятиугольных желобов -2,1.

Вернуться к списку

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ

Искрогаситель ИГС-55
Искрогаситель ИГС-115
Искрогаситель ИГС-45 
Искрогаситель ИГС-120
Искрогаситель ИГС-65
Искрогаситель ИГС-130
Искрогаситель ИГС-80
Искрогасители на дымоход
Сильфонный компенсатор ГОСТ
Уровнемеры для резервуаров
Уровнемеры для емкостей
Подбор сильфонных компенсаторов
Установка сильфонных компенсаторов
Предварительная растяжка сильфонных компенсаторов
Производство сильфонных компенсаторов