Фильтры с зернистой или несвязанной перегородкой

Наиболее простым фильтром является сосуд, снабженный решетчатым дном. В таком фильтре в качестве фильтрующей среды используется слой осадка, который образуется на дне. Давление же создается при помощи гидростатического давления столба жидкости в процессе фильтрации.

Данный вид фильтра – это нечто среднее между фильтром и отстойником, так как в нем возможно более качественное, чем в отстойнике, удаление жидкости из осадка. Но, несмотря на это, всю жидкость удалить не представляется возможным из-за того, что твердые частицы всегда удерживают на своей поверхности, а также в порах, определенное количество жидкости. К тому же, благодаря воздействию капиллярных сил между твердыми частицами также остается какое-то количество жидкости.

С величиной капиллярных сил в зернистых фильтрующих перегородках можно определиться при помощи данных таблицы 2.

Таблица 2

Высота каппилярного подъема воды
Зернистая фильтрующая перегородка	Высота подъема воды при 150
Глина	До 2 м
Песок (средняя крупность зерен)	40 см
Песок (большая крупность зерен)	0 см

Поверхностное сцепление зависит от вязкости, которая, в свою очередь, зависит от температуры. С ростом температуры вязкость жидкости падает, вследствие чего имеет смысл проводить фильтрацию при повышенной температуре, чтобы достичь лучшего стекания жидкости. В том случае, если оставление фильтрата, который удерживается между частицами, в осадке не желательно, то он может быть удален при помощи промывки осадка промывной жидкостью. Промывочная жидкость подается в том же направлении, что фильтруемая суспензия. Важно, чтобы промывной слой не имел разрывов и трещин, из-за которых промывная жидкость не сможет качествено и равномерно промыть осадок. Размеры зерен фильтрующей перегородки зависят от размера отделяемых твердых частиц. То есть, чем тоньше отделяемые твердые частицы, тем мельче должны быть зерна фильтрующей перегородки. В качестве зернистой фильтрующей перегородкой может выступать уголь, шлак, кварцевый песок, дробленный мрамор, кокс, асбест и руда.При выборе зернистого материала следует учитывать вид суспензий, которые подлежат фильтрации. Растворы солей и почти все кислоты фильтруются при помощи тонкого кварцевого песка. Это обусловлено тем, что он почти не растворяется в фильтруемой среде и не вступает с ней в химическую связь. Если необходима фильтрация щелочной жидкости, то, как правило, в качестве фильтрующей перегородки используется дробленый мрамор или же чистый известняк.

Для фильтрации жидкостей, содержащих смолы, лучше всего применять крупноизмельченный древесный уголь. Процесс очистки жидкостей от смол обуславливается также явлением адсорбция. При работе фильтра происходит загрязнение зернистого слоя. В результате этого снижается пропускная способность. Чтобы очистить зернистый фильтр, через него пропускают воду в направлении снизу вверх. В некоторых случаях фильтр не только промывают, но и продувают воздухом или же перемешивают с помощью специальных механических мешалок. Самыми популярными зернистыми фильтрами являются песочные фильтры, которые используются, как правило, для очистки воды. Такие фильтры представляют собой резервуары с несколькими слоями кварцевого песка или гравия. Песочные фильтры могут быть закрытые, то есть работать под определенным напором (приблизительно 1,5-2 кгс/см2), создаваемым обычным насосом, или открытыми, работающими под действием гидравлического давления столба жидкости, высота которого составляет 1-1,5 м. Песочный фильтр закрытого типа состоит из вертикального резервуара, заполненного песком. В этом резервуаре находится коллектор, от которого в две стороны ответвляются трубки, имеющие отверстия. В нижней части конического днища резервуара находится приспособление, служащее для промывки слоя песка. При этом, песок, находящийся в нижней части аппарата, увлекается струей воды по трубе вверх, попутно промываясь. После этого, по трубопроводу удаляется промывная вода. Поступающая на фильтрацию жидкость подается под определенным давлением и проходит сквозь слой песка, а после чего собирается через трубопровод и коллектор, из которого удаляется по трубопроводу.

Расчет фильтра

1. Получить исходные данные: Q_р, с, N (Таблица 3). Назначить число промывок фильтров в сутки n: n=2 при с>20 мг/л.

2. Рассчитать циркуляционный (промывочный) расход Q_ц в зависимости от числа промывок фильтров в сутки.

Q_ц=0,05Q_р, при n=2 .

3. Определить расчетную скорость фильтрования:

где υ_ф - скорость фильтрования при форсированном режиме.

Принимается υ_ф =12-14 м/ч,

m – число фильтров, находящихся в ремонте или на промывке.

Принимается m=2 при N<20 и m=3 при N≥20.

4. Определить суммарную площадь фильтров:

где t - продолжительность простоя одного фильтра при промывке. Принимается t=0,5-0,6 ч.

5. Определить площадь одного фильтра:

Из конструкционных соображений площадь одного фильтра должна быть не более 50 м².

5. Определить диаметр одного фильтра:

6. Высота фильтра:

H=h₁+h₂+h₃, м,

где h₁, h₂, h₃ - соответственно высота слоя гравия, песка и осветленной воды (Таблица 1). Принимаем h₃=h₁.

Таблица 3

Qр, м3/сут	N, шт	с, мг/л	Размер зерен, мм	Высота слоя h1 h2, м
гравия	песка	гравия	песка
			10-20	1-2	0,2-0,3	1,3-1,5

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены виды зернистых фильтров, их назначение, а также выполнен расчет зернистых фильтров.

Конструктивная схема фильтра с восходящим потоком воды представлена на чертеже, высота слоев зависит от материала загрузки и размера зерен.

Подобные фильтры с насыпной загрузкой используются для окончательной очистки сточных вод. Исходная концентрация взвешенных частиц в сточных водах, поступающих в фильтры, должна быть: с=10-40 мг/л, а получаемая после фильтрации с≤3 мг/л.

В ходе выполнения курсового проекта была изучена и проанализирована специальная литература, а так же был выполнен инженерный расчет зернистого фильтра. При расчете фильтра определити суммарную площадь фильтра F_∑,= 1,807м², количество N=10, площадь одного фильтра F=0,1807м², расчетную скорость фильтрации υ_р=960 м/ч.

В промышленных условиях для очистки воды от механических примесей чаще всего используют зернистые материалы так как они химически устойчивы к обрабатываемой воде, механически прочные и не загрязняют воду. Важной характеристикой таких материалов являются также их дешевизна и доступность. Чаще всего используются такие фильтрующие материалы, как кварцевый песок, керамическая крошка, опилки, керамзит, коксовая мелочь, дробленый антрацит, металлургический шлак, гранодиорит, шунгизит и т.п.