Медленные фильтры для очистки воды

Производится с целью освобождения ее от взвешенных частиц, обуславливающих мутность. Наряду с этим на фильтре частично задерживаются микроорганизмы, некоторые ядовитые и радиоактивные вещества, снижаются цветность, окисляемость воды.

Фильтры классифицируют по скорости фильтрования – медленные (0,1-0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока – одно- и двух поточные, по числу фильтрующих слоев – одно- и двухслойные.

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняют из материала, обладающего достаточной прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит). Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм.

Фильтрование воды осуществляется двумя принципи­ально отличающимися друг от друга методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтру­ющей загрузки. Вначале вследствие механического осаж­дения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органиче­ских веществ осадку (биологическая пленка). Образова­нию пленки способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фито­планктона. Пленка достигает толщины 0,5—1 мм и больше.

Биологическая пленка играет решающую роль в работе так называемых медленных фильтров. Помимо задержа­ния мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95—99%), обеспечивает сни­жение окисляемости (на 20—45%) и цветности (на 20%) воды. Медленные фильтры, отличающиеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в нача­ле XIX века. В дальнейшем, в связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов, они уступили место скорым фильтрам, преимуществом которых является большая производительность и меньшая площадь, что важно в условиях современного города.

Медленные фильтры сооружают с загрузкой фильтру­ющего слоя из кварцевого песка высотой 800—850 мм и поддерживающего слоя гравия или щебня высотой 400— 450 мм. Скорость фильтрации составляет 0,1—0,3 м/ч. Профильтрованная вода собирается дренажной системой, расположенной на дне фильтра. Очистка фильтра произво­дится через 10—30 суток вручную, путем снятия верхнего слоя песка толщиной 15—20 мм и подсыпки свежего. После очистки фильтра фильтрат в течение нескольких дней,до образования биологической пленки, идет на сброс.

Скорые фильтрыустроены несколько сложнее. Они имеют специальную подготовку чистой воды для промывания под напором и латки для сбора и отведения промывной воды. Вода на скорые фильтры должна подаваться как правило после коагуляции. Фильтрующая пленка создается очень быстро, главным образом за счет хлопьев коагулянтов. Скорость фильтрации достигает 5-7 м/ч, то есть в 50-70 раз больше, чем в медленных фильтрах. Это обстоятельство позволяет фильтровать большие количества воды через сравнительно небольшие фильтрующие площади. Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтровании механические примеси воды про­никают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на повер­хности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равно­мернее они распределяются.

Высота слоя воды над поверхностью загрузки долж­на быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании производится промывка фильтра. При увеличении сопротивления больше допустимой величины фильтрующая пленка снимается промыванием чистой водой, пускаемой в фильтр снизу вверх под напором. Такое промывание приходится делать 1-2 раза в сутки в зависимости от степени мутности фильтруемой воды.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованой воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7—10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и очищает ее. Продолжительность промывки скорых фильтров 5—7 мин.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка диаметром частиц 0,5-1,2 мм 0,4—0,5 м насыпается также слой дробленого антрацита или керамзита размером частиц 0,8-1,8 мм. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный — их остаток, прошедший через верхний слой. Плотность антрацита (керамзита) меньше плот­ности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятель­но. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10— 12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.

Контактный осветлитель, как и скорый фильтр, за­гружен гравием и песком, но совмещает в себе процессы коагу­ляции, осветления и фильтрации воды.

Вода подается снизу через распределительную систему из дырчатых труб вместе с раствором коагулянта, и хлопья образу­ются в толще загрузки (см. рис. 64, в). Такой вид коагуляции получил название контактной в отличие от обычной, протекаю­щей в свободном объеме.

Контактная коагуляция имеет отличия от объемной: образо­вание хлопьев при соприкосновении с зернистой загрузкой про­исходит гораздо быстрее и к тому же при меньших дозах коагу­лянта. Хлопья фиксируются на поверхности зерен и адсорбируют на себе взвесь. В слое гравия задерживается более крупная взвесь, что снижает заиливание песка, толщина слоя песка — 2м — вдвое больше обычных скорых фильтров, что еще более повышает грязеемкость и удлиняет время между промывками. Промывная вода подается, как обычно, снизу вверх и удаляется по желобам. Скорость фильтрации —4—5 м/ч. Взвесь успешно задерживается при первоначальном ее содержании не более 150 мг/л.

Основное преимущество контактных осветлителей состоит в том, что отпадает необходимость в отстойниках и камерах реак­ций.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

29 августа 2017 г

Метод фильтрации, история развития

Фильтрование является традиционной технологией очистки воды. Это способ очистки, направленный на извлечение разного характера частиц из воды методом её процеживания через специальные слои загрузок. Фильтры позволяют очищать исходную сточную воду от песка, ила, мутности, окалин и других взвешенных веществ.

• Фильтры из песка и гравия применялись в Индии за 2000 лет до н.э.
• Римляне рыли каналы рядом с озёрами, чтобы воспользоваться естественной фильтрацией через стенки каналов.
• Коммерческое фильтрование воды появилась во Франции около 1750 года.
• Фильтрование в муниципальной системе водоснабжения стало применяться в Англии и Шотландии на рубеже XVIII-XIX вв.
• Первая система медленных песчаных фильтров современного типа появилась в Лондоне в 1829 году.
• Скорые фильтры появляются в США в 1880-х.
• Первая муниципальная установка с коагуляцией и фильтрацией — Сомервилль, Нью-Джерси, 1885 год.
• «Surface water treatment rule» 1989 года — первый нормативный документ, предписывающий повсеместное применение фильтрования в США.

Фильтрующая загрузка

Размеры гранул фильтрующей загрузки, обычно применяемой в фильтрах, приведены в Таблице 1, размеры частиц взвешенных веществ — в Таблице 2.

Медленные фильтры (также английские фильтры) — тип фильтров, применяемых для очистки воды в системах питьевого водоснабжения. Медленные фильтры не требуют использования коагулирования воды. С 1920-х годов в крупных системах водоснабжения вытеснены скорыми фильтрами, которые работают с водой под напором и требуют гораздо меньше площади при той же производительности.

Содержание

История [ править | править код ]

Медленные песочные фильтры называются также английскими (такое название было очень распространено в начале XX века) из-за того, что впервые появились в Англии: первые английские фильтры были построены инженером Симпсоном в 1829 году для Лондонского водопровода и очищали воду из Темзы. Более ранние конструкции песчаных фильтров использовались в Шотландии: с 1804 года в Пэйсли, с 1807 года в Глазго и с 1827 года в Гриноке; последняя конструкция инженера Роберта Тома (англ. Robert Thom ) была близка к фильтрам Симпсона.

В Берлине медленные фильтры были построены в 1853 году, в Варшаве в 1880-х годах, в Москве — в 1902 году на Рублёвской водопроводной станции.

Конструкция [ править | править код ]

Вода в медленных фильтрах очищается с помощью плёнки, которая создаётся из задержанных мелкопористой перегородкой фильтра взвешенных частиц. В качестве перегородки обычно используется слой мелкозернистого песка. Эффективность плёночного фильтрования высока, таким образом удаляется до 98 % загрязнений, в том числе бактериальных.

Медленный фильтр представляет собой открытый или закрытый (в холодном климате) резервуар шириной до 6 метров и длиной до 60 метров, заполненный мелким кварцевым песком на гравийной подложке.

Поверх песка подаётся вода (слоем 1,2—1,5 метра), которая фильтруется сквозь песок со скоростью 0,1—0,2 метра в час под действием силы тяжести.

При мутности воды свыше 700 мг/л перед медленными фильтрами устанавливаются микрофильтры или префильтры для предварительной очистки воды.

Скорость фильтрования в медленном фильтре задаётся специальным регулятором, расположенным в камере, отводящей очищенную воду. Благодаря регулятору вытекание очищенной воды поддерживается на постоянном уровне, что обеспечивает заданную скорость фильтрования.

После заполнения водой вновь загруженный фильтр вначале плохо очищает воду, но постепенно фильтр становится «зрелым», и начинает работать хорошо. При созревании фильтра в верхнем слое песка образуется биологическая «плёнка» из водорослей, бактерий и осевших частиц глины. Особенно полезными считаются водоросли en:Bacillariaceae, которые придают плёнке сходство с войлоком.

Регенерация [ править | править код ]

В процессе фильтрования материал фильтра («загрузка») постепенно забивается взвешенными частицами и толщина плёнки постепенно возрастает. Хотя качество профильтрованной воды при этом улучшается, плотная плёнка замедляет фильтрацию. Для сохранения производительности фильтра постепенно увеличивают напор воды, поддерживая возрастающую разницу уровней в фильтре и отводящей камере. Однако это возможно лишь до некоторого предела, так как большой напор может привести к прорыву плёнки и ухудшению качества воды.

Поэтому периодически выполняется регенерация загрузки с помощью:

• удаления верхнего слоя песка толщиной 15—20 миллиметров, с периодическим пополнением промытым или свежим песком или
• механического или гидравлического разрыхления поверхностного слоя загрузки и смыва загрязнений потоком воды.