Осветление воды фильтрованием

5.1 Цель и содержание

Опытное определение техноло­гических показателей механической очистки воды при различных режимных факторах.

Теоретическое обоснование

Для глубокого удаления из воды умеренно-дисперсных частиц загрязнений применяется фильтрование, то есть пропуск воды через слой зернисто-пористого материала. При фильтровании воды эти частицы задерживаются в основном на поверхности и в порах зерен фильтрующего материала и некоторая часть в толще его слоя. Это объясняется способностью прилипать взвешенных частиц к зернам фильтрующего слоя, образуя фильтрующую пленку, к поверхности которой в свою очередь прилипают следующие частицы. Такой процесс прилипания осуществляется в основном под действием молекулярных сил притяжения, а также механического осаждения. Наиболее интенсивно такие процессы протекают, ко­гда вода предварительно подвергается коагуляции в отстойнике или осветлителе, так как в этом случае образовавшиеся в результате коагуляции агрегаты (хлопья) из коагулянта и адсорбированных на них частиц загряз­нений даже очень малых размеров, благодаря электростатическим заря­дам очень хорошо прилипают или осаждаются на зернах фильтрующей загрузки.

По мере фильтрования воды через загрузку, прилипающие частицы заполняют поры зерен и поры между зернами, тем самым постепенно образуют накапливаемый слой из загрязнений, который так же частично выполняет функции фильтрации. Постепенно этот процесс насыщения за­грязнений проникает в глубь фильтрующего слоя загрузки, и в определенный момент задерживаемые примеси появляются в фильтрате после фильтра. А это означает, что процесс фильтрования закончился.

Накопление загрязнения, особенно на поверхности верхнего уровня фильтрующего слоя приводит к увеличению его гидравлического сопротив-ления, то есть к потере напора фильтрующей воды. Эта потеря напора по-вышается от наименьшей величины, соответствующей для чистого слоя порядка 4 кПа (0,4 м в. ст.), до максимально допустимой величины 200 кПа (20 м в. cт.),при которой фильтрация прекращается. Время работы фильтра от начала фильтрования до момента проскока примеси или допустимого перепада давления на фильтре называют временем защитного действия фильтра – .

Отключенный фильтр подвергают промывке от загрязнений методом взрыхления, то есть пропусканием осветленной воды через фильтр снизу вверх с нормируемой интенсивностью (скоростью) промывки. При промывке слой расширяется на 30–50%, зерна трутся друг о друга и освобождаются от загрязнений (для снижения расхода воды может применяться продувка воздухом). Продолжительность промывки определяется степенью прозрачности промывочной воды после фильтра, но не превы­шающей =15–20 мин.

Период работы фильтра от начала одной промывки до начала следующей - называют фильтроциклом. Продолжительность фильтроцикла складывается из полезной работы фильтра и продолжительности промывки:

. (3.1)

Количество удержанных примесей за время его работы, отнесенное к объему фильтрующего слоя – называется его рабочей емкостью Е_р (кг/м).Эта емкость и время фильтрации зависят от крупности зерен слоя, их формы, природы материала слоя, скорости потока воды, начальной концентрации примесей в воде, высоты слоя и других факторов. Так с ростом высоты слоя увеличиваются эти величины и степень очистки воды. Однако при этом возрастает гидравлическое сопротивление слоя. Обычно оптимальная высота слоя составляет 1,0 – 7,5 м.

В качестве осветлительных фильтров в водоочистных установках в основном применяют напорные однопоточные фильтры.

В качестве фильтрующего материала в основном используют дробленый антрацит, крупнозернистый кварцевый песок, керамзит, обработанный сульфоуголь, целлюлозу и др.

Основные требования к ним: обладать высокой механической прочностью, химической стойкостью, требуемым фракционным составом, высокой степенью пористости.

Фракция зерен 0,6–1,4 мм;годовой износ фильтрующего материала не должен превышать 2,5 %.

Аппаратура и материалы

Экспериментальный стенд, схема приведена на рисунке 5.1.

Секундомер.

Весы аналитические с разновесами.

Мерный цилиндр.

Фотоколориметр.

Мутномер.

Загрязнитель – глина или песок.

Схема экспериментального стенда приведена на рисунке 5.1.Стенд состоит из колонки 1, то есть осветлительного фильтра, мерного 12 и расходного 13 сосудов. Колонка заполнена фильтрующим материалом – дробленым антрацитом 2 на высоту Н_сл. В нижней части колонки имеется дренажная система из пористого материала 3. Верхняя его кромка закупоривается резиновой пробкой 4. В отверстие по его центру плотно устанавливается штуцер-тройник 5. Аналогично закупоривается и расходный сосуд 13. Колонка оснащается запорно-регулирующими кранами 6, 7, 8 и 9, с помощью которых и резиновых шлангов 11 к ней присоединяется расходный сосуд 13, а также составляется схема фильтрации или взрыхляющей промывки фильтрующей загрузки. Отбор проб фильтрата или промывочной воды производится открытием крана 6 в мерную посуду 12. Скорость фильтраций искомой воды регулируется степенью открытия крана 6. Расходы фильтруемой и взрыхляющей вод контролируются объемным способом при помощи мерного сосуда 12 и секундомером.

Рисунок 5.1