Технологический расчет механических и Nа-катионитных фильтров

Принципиальная схема однокамерного однопоточного механического фильтра показана на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная схема однопоточного механического фильтра:

I – фильтрующий материал (дробленый антрацит); II – распределительное устройство; III, IV – люки для осмотра и проведения ремонта фильтра;
1 – подача обрабатываемой воды; 2 – выход осветленной воды;
3 – промывочная вода; 4 – выход промывочной воды; 5 – сброс воды в дренаж; 6 – подача сжатого воздуха

Фильтроцикл работы механического фильтра предусматривает рабочий период – фильтрацию воды сверху – вниз через зернистую загрузку (обычно – дробленный антрацит) и взрыхляющую промывку снизу – вверх водой и воздухом с удалением накопившейся грязи. Технологические показатели работы механического фильтра приведены в табл. 8.

Технологический расчет механических фильтров состоит в определении времени работы одного фильтра между взрыхляющими промывками, необходимом количестве МФ для обработки всего потока воды, необходимом объеме фильтрующего материала, скорости фильтрования воды и необходимом расходе воды на взрыхляющую промывку. При этом ряд параметров процесса принимается на основании опыта эксплуатации, отраженного в руководящих технических материалах.

Таблица 8. Технологические показатели механических фильтров

Показатели	Обозначение	Величины
Скорость фильтрования, м/ч	W	5¸6
Интенсивность взрыхления, л/(м2·с)	i	10¸13
Время взрыхления, мин	τвзр.	5¸7
Удельная грязеёмкость, кг/м3	ĒГР	2,0¸3,0
Высота загрузки фильтрующего материала, м	h	0,9¸1,0

Такими нормативными параметрами являются:

- допустимая высота загрузки h – не более 1м;

- допустимая скорость фильтрования W_ф^доп – менее 10 м/ч;

- минимальное количество МФ n – 3 шт;

- диаметр фильтра – из стандартного ряда d – 2,0м; 2,6; 3,0м; 3,4м;

Для расчета технологических характеристик используются следующие базовые уравнения:

- уравнение материального баланса:

;

- уравнение фильтрации:

м/ч;

- уравнение расхода взрыхляющей воды:

м³/ч,

где V_загр – объем загрузки фильтрующего материала в одном фильтре;

Г – удельная грязеемкость загрузки, кг/м³ (по табл. 7.);

Q – расход обрабатываемой воды на все фильтры, м³/ч;

n – количество установленных фильтров с учетом одного резервного, шт.;

Т – время работы фильтра между промывками, ч;

C_взв.в. – концентрация взвешенных веществ, удаляемых из воды, мг/л;

W_ф – фактическая скорость фильтрования воды, м/ч;

d – диаметр установленных механических фильтров, м;

i – интенсивность взрыхления, л/(м²·с).

Перед расчетом необходимо выбрать количество и диаметр устанавливаемых фильтров. Для этого используется уравнение фильтрации в предположении, что n≥3; W_ф ≤ W_ф^доп; d – из стандартного ряда, желательно большего диаметра.

Так, для рассматриваемого примера, если принять n=3, а W_ф=W_ф^доп=10м/ч, то при Q=300 м³/ч

получим d=6,2 м, что значительно больше максимального диаметра из стандартного ряда (d_max=3,4 м). Увеличивая число фильтров получим при n=7; d=2,8 м. Тогда принимаем диаметр ближайший больший из стандартного ряда, а именно d=3 м, получим фактическую скорость фильтрования:

м/ч.

м³/ч

Такую скорость фильтрования можно принять в качестве проектной, имея в виду, что один из установленных фильтров находится в резерве, а один фильтр выведен из работы на взрыхляющую промывку. В практических условиях скорость фильтрования часто снижается до 6 м/ч, чтобы обеспечить требуемую глубину удаления взвешенных веществ (см. табл.7).

После нахождения числа и диаметра механических фильтров можно рассчитать технологические характеристики:

- грязеемкость одного фильтра, кг;

- время работы фильтра, ч;

- объем фильтрующего материала в одном и во всех n фильтрах, м³;

- расход и объем воды на одну взрыхляющую промывку

Дальнейшая обработка осветленной воды производится на
Na-катионитных фильтрах.

Принципиальная схема Na-катионитного фильтра приведена на рис. 11.

Рис. 11. Принципиальная схема однопоточного прямоточного катионитного фильтра:

1 – вход обрабатываемой воды; 2 – выход обработанной воды; 3 – подача взрыхляющей воды; 4 – сброс промывочной воды; 5 – подача регенерационного раствора; 6 – сброс регенерационного раствора и отмывочной воды; 7 – нижнее распределительное устройство; 8 – верхнее распределительное устройство; 9 – люк для ревизии и ремонта фильтра;
10 – смотровой люк

Рабочий процесс фильтрования воды производится так же, как на механическом фильтре: сверху – вниз. Процесс восстановления рабочей способности катионита – регенерация – складывается из трех стадий: взрыхления, собственно регенерации и отмывки катионита от продуктов регенерации. Так же как и в расчете механических фильтров, здесь необходимо опираться на опытные (или нормативные) параметры технологического процесса, основные из которых приведены в табл. 9.

В расчете технологических характеристик Na-катионитных фильтров используются следующие базовые уравнения:

- уравнение материального баланса ионов:

,

ΔЖ=Ж_о^Осв-Ж_о^Na=2,4-0,1=2,3мг-экв/л

- уравнение фильтрации:

Перед расчетом необходимо выбрать количество и диаметр устанавливаемых фильтров. Для этого используется уравнение фильтрации в предположении, что n≥3; W_ф ≤ W_ф^доп; d – из стандартного ряда, желательно большего диаметра.

Так, для рассматриваемого примера, если принять n=3, а W_ф=W_ф^доп=20 м/ч, то при Q=300 м³/ч

получим d=4,4 м, что значительно больше максимального диаметра из стандартного ряда (d_max=3,4 м). Увеличивая число фильтров получим при n=6; d=2,2 м. Тогда принимаем диаметр ближайший больший из стандартного ряда, а именно d=2,6 м, получим фактическую скорость фильтрования:

м/ч,

- уравнение регенерации (расхода 100% - го реагента NaCl):

,

- уравнение стоков Na-катионитного фильтра:

расход соли NaCl в сток:

,

расход солей жесткости (CaCl₂ и MgCl₂) в сток:

,

где, Ж_о – общая жесткость осветленной воды, поступающей на Na-катионитный фильтр, мг-экв/л;

E_р – рабочая обменная емкость катионита по катионам жесткости, г-экв/м³;

q_NaCl – удельный расход соли на регенерацию, г/г-экв;

58,5 – эквивалент соли NaCl.

Таблица 9. Основные технологические показатели для
Na-катионитных фильтров

Показатели	Обозначение	Величины
Na1	Na2
Скорость фильтрования при Ж0 до 5,0 мг-экв/л, м/ч	WФ	10¸15	25¸30
Интенсивность взрыхления, л/(м²·с)	i
Линейная скорость взрыхления, м/ч	WВЗР
Продолжительность взрыхления, мин	τВЗР
Скорость пропуска регенерационного раствора, м/ч	WРР	3¸4	3¸5
Скорость пропуска отмывочной воды, м/ч	WОТ	6¸8	6¸8
Удельный расход отмывочной воды, м³/м³	qОТ
Концентрация регенерационного раствора, %	СNaCl	6¸8	8¸12
Удельный расход поваренной соли на регенерацию, г/г-экв	dNaCl	170¸230	350¸400

ВЫБОР ОСВЕТЛИТЕЛЯ

Таблица 10.Характеристики осветлителя

Тип ВТИ	ВТИ-63и	ВТИ-100и	ВТИ-160и	ВТИ-250и	ВТИ-400и
Производительность,м3/ч
Диаметр, м	4,25	5,5
Общая высота	10,2	10,7	12,2	13,6	14,9

Осветлитель выбираем по производительности: Q_осв=0,8*Q_уст=0,8*300=240м³/ч. Нам подходят два осветлителя: 3 осветлителя ВТИ-63и или 2 осветлителя ВТИ-100и. Выбираем 3 осветлителя ВТИ-63и с производительностью 63 м³/ч, диаметром 4,25 м, общей высотой 10,2 м.