Фильтры с плавающим фильтрующим слоем

Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) являются эффективными, высокопроизво­дительными сооружениями по очистке природных, оборотных и сточных вод от гетеро- фазных примесей.

Применение плавающих полимерных гранульных загрузок с плотностью меньшей плотности воды открыло новые перспективы в совершенствовании и интенсификации работы зернистых фильтров. Плавающая загрузка в работе не имеет непосредственного контакта с нижней дренажной системой сбора и отвода промывной воды. Это позволя­ет отказаться от применения в корпусах фильтров дренажа большого сопротивления и специальных промывных насосов, уменьшить материалоемкость сборно-распредели­тельных систем и рационально использовать весь располагаемый напор над коллекто­ром отвода промывной воды.

Расходы на доставку пенополистирольной загрузки к объектам сокращается в 15-25 раз по сравнению с тяжелыми загрузками, так как из 1 т исходного сырья на мес­те применения можно получить более 15 м³ плавающей загрузки. В отличие от промыв­ки тяжелых фильтрующих материалов вектор силы тяжести задержанных в порах загруз­ки загрязнений совпадает с вектором движения промывного потока, поскольку промыв­ка плавающей загрузки осуществляется сверху вниз водой из надфильтрового простран­ства, повышая эффективность отмывки загрузки и сокращая ее продолжительность.

Технико-экономические расчеты и анализ конкретных условий применения плава­ющих гранульно-волокнистых полимерных загрузок подтвердили целесообразность их использования в компактных установках заводского изготовления, на водозаборных уз­лах и станциях водоочистки. Особенно перспективны они там, где отсутствуют или на­ходятся на далеком расстоянии сырьевые базы более дешевых фильтрующих материа­лов из керамзита, горелых пород, вулканических шлаков и др.

К категории плавающих фильтрующих зернистых загрузок относятся полимерные гранулы или зерна с замкнуто-ячеистыми порами диаметром 0,5-6,0 мм, а также поли­мерные волокна с плотностью меньшей плотности воды, способные пребывать в затоп­ленном водой состоянии неограниченное время. Наиболее приемлемыми для практики являются вспененные гранулы полистирола марок ПСВ и ПСВ-С, а также их модифи­кации. В качестве плавающих загрузок могут применяться и гранулированный стеклопор, дробленые пенополиуретан и пенопропилен, фторопласт, капрон, полиэтилен и другие легкие полимерные материалы.

Беспрессовым методом можно получить вспенивающийся полистирол разных ма­рок, существенно отличающихся одна от другой. Так, за последние 30 лет в ОНПО «Пластполимер» помимо основных марок ПСВ, ПСВ-С и ПСВ-Б были разработаны но­вые марки гранулированного вспенивающегося масло- и бензостойкого пенополистирола: ПСВ-М20 и ПСВ-Н35, ПСВ-ЭЗ и ПСВ-Э5 (сверхлегкие), ПСВ-СПМ (с низким со­держанием - до 0,05% - мономера стирола), ПСВ-ЛД (с улучшенной газифицируемостью), изготовляемые по ОСТ 05-202-88. По ТУ 6-05-1905-98 изготовляется пенополистирол с поверхностной обработкой бисера марок ПСВ-77Р, ПСВ-77С и др.

Приготовление плавающей фильтрующей загрузки из гранул пенополистирола заклю­чается в предварительном рассеве бисера, его вспенивании и охлаждении в заданном техно­логическом режиме. Степень расширения гранул, характеризуемая отношением объема вспе­ненных гранул к объему исходных, зависит от вида и содержания вспенивающегося агента в исходном продукте, вида и температуры теплоносителя, продолжительности и условий про­текания процесса вспенивания в различных аппаратах.

Зависимость кажу­щейся и насыпной плотностей вспененных гранул полистиро­ла различных производств от их диаметра и условий вспени­вания

1,3 - для кажущейся плотности недробленого вспененного поли­стирола; 5, 7 - то же насыпной плотности; 2, 4 - для кажущейся плотности дробленого вспенен­ного полистирола; 6, 8 - то же, насыпной плотности. 1, 2 и 5, 6 - производства ПО «Стирол»; 3, 4 и 7, 8 - производства НХК г. Салавата.

Основными условиями приготовления плавающей фильтрующей загрузки являют­ся строгое соблюдение заданных режимов температуры и времени тепловой обработки; создание одинаковых температурных условий для всех зерен бисера, участвующих в технологическом цикле вспенивания; предотвращение слипания гранул между собой.

Правильная технология вспе­нивания позволяет из исходных гра­нул различного диаметра получить плавающую загрузку с широким ди­апазоном изменения грансостава, удовлетворительными механичес­кими свойствами и хорошо разви­той площадью свободной поверхно­сти.

Схема производственной линии приготовления пенополистирольной загрузки

1 - приемный бункер; 2 - затвор; 3 - заслонка; 4 - воздуховоды; 5 - дробилка; 6 - машина для рассева; 7 - вентиляторы; 8 - циклон; 9 - бункеры накопители; 10 - быстросъемные шланги; 11 - вспениватель; 12 - бак с холодной водой; 13 - сушильная камера

Конструктивные схемы вспенивателей полистирола

а) автономный водяной вспениватель ВУ-2 конструкции ЦНИИКИВР; б) паровой вспе­ниватель ВУ-3 конструкции ЦНИИКИВР; в) конструкции НПО «Энергосталь» (До­нецкий филиал); 1 - приемный бункер; 2 - опрокидыватель; 3 - механическая ме­шалка; 4 - вентиляционный стояк; 5 - вы­грузочные люки; 6 - форсунки; 7 - подвод дизельного топлива; 8 - корпус; 9 - транс­портные устройства вспенивающихся гра­нул; 10 - приводные устройства; 11 - подвод пара; 12 - электронагревательный прибор.

Наличие в воде минеральных масел, неф­тепродуктов и жиров с концентрацией свыше 10 мг/л препятствует нормальной работе ФПЗ в безреагентном режиме. В то же время ввод коа­гулянтов и флокулянтов повышает эффект очи­стки. ФПЗ могут быть применены как при стро­ительстве новых фильтровальных станций, так и реконструкции существующих сооружений (путем переоборудования кварцевых фильтров, осветлителей со взвешенным осадком, отстой­ников). Производительность очистной станции может быть любая при соответствующем тех­нико-экономическом обосновании.

В настоящее время разработано свыше 100 конструкций фильтров с плавающей пенополистирольной загрузкой (ФПЗ), отличаю­щихся областью применения, технологически­ми возможностями, разнообразием конструк­тивных элементов, условиями размещения пенополистирольной загрузки в корпусах (в том числе в известных существующих водопро­водных и канализационных сооружениях), способами промывки пенополистирольной за­грузки. Работа некоторых из них (ФПЗ-1, ФПЗ-З, ФПЗ-4, АФПЗ-4) была изучена и испы­тана в процессе эксплуатации на действую­щих станциях.

Наиболее экономичными и простыми в эксплуатации являются фильтры с восходящим фильтрационным потоком и относительно од­нородной пенополистирольной загрузкой (ФПЗ-1) с диаметром гранул рабочего слоя 0,7-1,5 мм и поддерживающим верхним слоем, состоящим из гранул диаметром 2,5-6,0 мм.

Выбор конструкции ФПЗ следует произ­водить в зависимости от фазово-дисперсного состояния примесей в обрабатываемой воде, назначения очистки и высотной технологической схемы станции. Скорости фильтрова­ния и продолжительность фильтроцикла уточняются в процессе эксплуатации фильтра.

При применении конструкций ФПЗ-З, ФПЗ-4, ФПЗ-5 в технологии очистки хозяй­ственно-питьевой воды с целью обеспечения высокой санитарной надежности промыв­ки загрузки следует предусматривать устройство дополнительного трубопровода для подачи чистой воды в надфильтровое пространство.

Потери напора на ФПЗ следует принимать > 1,5 м при фильтровании сверху вниз и 2,0-2,5 м при фильтровании по схеме снизу вверх.

Высота слоя воды над поверхностью загрузки во время фильтрования должна быть не менее 0,5 м, а к концу промывки - не менее 0,1 м. Требуемая высота слоя воды в над- фильтровом пространстве, используемой для промывки, определяется расчетом.

Конструкции ФПЗ-1 (а), ФПЗ-З (б), ФПЗ-4 (в), АФПЗ-5м (г)

1 - корпус; 2 - фильтрующая загрузка; 3 - отвод фильтрата; 4 - подача исходной воды; 5 - отвод промывной воды; 6 - нижняя дренажная система (НДС); 7 - средняя дренажная система (СДС); 8 - система гидроавтоматической промывки.

Количество рабочих фильтров и блокирование секций надфильтрового пространства должно обосновываться технико-экономическим расчетом. Выключение одной секции ФПЗ на промывку допускает увеличение скорости фильтрования на 20%. Температура очищаемой воды не должна превышать 50 °С (во избежание размягчения полимера).

С целью уменьшения расчетной высоты фильтра в конструкциях ФПЗ-1, ФПЗ-2, ФПЗ-6 (фильтрование осуществляется снизу вверх) рекомендуется объединять надфильтровое пространство трех-шести фильтров с помощью общего бокового кармана или трубопровода в блок-фильтры. При этом должна быть предусмотрена возможность отключения любого фильтра на ремонт или осмотр без нарушения гидравлического ре­жима работы остальных фильтров.

Вернуться к списку