Фильтры, назначение и типы

Водоочистные сооружения, на которых осуществляется процесс фильтрования, называются фильтрами.

Фильтрование является одним из основных методов кондиционирования воды, позволяющим довести качество ее до требований ГОСТа на питьевую воду. В процессе фильтрования из раствора выделяются не только диспергированные частицы, но и коллоиды.

Сущность метода заключается в пропуске жидкости, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и не проницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме. В большинстве случаев фильтрование является последним этапом осветления воды и производится после ее предварительного осветления в отстойниках или осветлителях.

Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на:

· тканевые или сетчатые;

· каркасные или намывные;

· зернистые.

Из вышеперечисленных трех групп фильтров наиболее значительной является последняя. Фильтры этой группы в технике водоснабжения применяют наиболее широко.

Фильтры с зернистой загрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:

1) по скорости фильтрования:

· медленные (0,1...0,3 м/ч);

· скорые (5...12 м/ч);

· сверхскорые (36 ... 100 м/ч);

2) по давлению, под которым они работают:

· открытые (или безнапорные);

· напорные;

3) по направлению фильтрующего потока:

· однопоточные (обычные скорые фильтры);

· двухпоточные;

· многопоточные;

4) по крупности фильтрующего материала:

· мелкозернистые;

· среднезернистые;

· крупнозернистые;

5) по количеству фильтрующих слоев:

· однослойные;

· двухслойные;

· многослойные.

Схема скорого фильтра:

1 – трубчатая распределительная система большого сопротивления; 2 – слой поддерживающей загрузки; 3 – слой фильтрующей загрузки; 4 – воздушник; 5 – сборные желоба; 6 – боковой карман; 7 и 10 – соответственно подача исходной и отвод фильтрованной воды; 9 и 8 – соответственно подача и отвод промывной воды; 11 – опорожнение фильтра.

Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает на фильтр. Сначала вода поступает в боковой карман, а из него – в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе фильтрования вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои, а затем поступает в распределительную систему, из нее в резервуар чистой воды. Максимальная потеря напора в фильтрующей загрузке допускается 2,5...3 м.

При промывке фильтров путем переключения соответствующих задвижек промывная вода поступает в распределительную систему и далее в фильтрующий слой, который она проходит снизу вверх и расширяет (взвешивает). Дойдя до верхней кромки промывных желобов, промывная вода вместе с вымытыми ею из фильтрующего материала загрязнениями переливается в желоба, а из них в боковой карман и отводится в водосток.

Фильтрующий слой выполняют из отсортированного материала, чаще всего речного кварцевого песка крупностью от 0,5 до 2,0 мм. Могут быть применены и другие материалы, удовлетворяющие санитарным требованиям и обладающие достаточной химической стойкостью и механической прочностью (дробленый антрацит, керамзит, керамическая крошка, дробленый мрамор, полимеры и др.).

Поддерживающий слой (0,45...0,5 м), на котором лежит фильтрующий слой, укладывают с той целью, чтобы мелкий фильтрующий материал не вымывался из фильтрующего слоя и не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Поддерживающий слой в свою очередь состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постоянно увеличивающийся сверху вниз от 2…5 до 20...40 мм. Толщина каждого слоя также увеличивается сверху вниз.

Медленный фильтр.

В медленных фильтрах осветления воды достигают в основном за счет пленочного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая загрузка, имеющая мелкие поры, вначале задерживает на своей поверхности наиболее крупные частицы. Последние, заклиниваясь в порах, сужают их сечение, благодаря чему начинает задерживаться более мелкая взвесь. Этот процесс быстро прогрессирует, в порах задерживаются все более и более мелкие частицы, а затем коллоиды и даже бактерии. Так на поверхности фильтра образуется фильтрующая пленка с очень тонкими порами. После этого качество фильтрата становится весьма высоким. Задержанные пленкой бактерии и органические вещества обусловливают возникновение в ней биологических процессов, включая развитие низших организмов, поглощающих бактерии. Зерна песка обрастают студенистой массой, являющейся хорошим сорбентом. В результате биологических процессов большинство (до 99%) бактерий, находящихся в воде, задерживается пленкой и погибает.

При медленном фильтровании взвеси в основном (до 90...95%) задерживаются на пленке и в самом верхнем слое фильтра толщиной около 2...3 см. В глубь песка вследствие небольшой скорости фильтрования и малого размера пор взвесь переносится в небольшом количестве, поэтому накопление их в толще фильтрующего слоя идет очень медленно. В связи с этим при очистке медленных фильтров очищают только верхний слой песка. Часто этот слой просто удаляют, после чего фильтр снова может фильтровать воду. Вследствие малой скорости фильтрования накопление загрязнений в медленном фильтре протекает замедленно. При небольшой мутности воды чистка фильтра необходима через 1...2 месяца.

На дне фильтра устраивают дренаж на который укладывают поддерживающий слой из гравия с уменьшающейся крупностью зерен, и поверх него насыпают фильтрующий слой из кварцевого песка.

Фильтрующий слой насыпают из чистого промытого кварцевого песка с размером зерен 0,3...1 мм.

Обеззараживание воды

При осветлении и обесцвечивании воды коагулированием с последующим отстаиванием и фильтрованием из нее удаляется значительная часть (90 ... 95%) бактерий. Однако среди оставшейся части могут оказаться и болезнетворные бактерии и вирусы, поэтому профильтрованную воду, если она используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения, обязательно обеззараживают. Использование подземной воды в большинстве случаев возможно без обеззараживания.

Известно много методов обеззараживания воды, которые можно классифицировать на четыре основные группы:

· термический;

· при помощи сильных окислителей;

· олигодинамия (воздействие ионов благородных металлов);

· физический (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей).

Из перечисленных методов наиболее широко применяются методы второй группы. В качестве окислителей используется хлор, диоксид хлора, озон, йод, марганцовокислый калий, перекись водорода, гипохлорит натрия и кальция. В свою очередь из перечисленных окислителей на практике отдают предпочтение хлору, озону, гипохлорит натрия.

Хлорирование воды

Под действием хлора или его производных бактерии, находящиеся в воде, погибают. Хлор действует и на органические вещества окисляя их, поэтому хлорирование является также хорошим средством, предотвращающим размножение в воде микроорганизмов. Для эффекта хлорирования необходимо хорошее перемешивание, а затем не менее чем 30-минутный контакт хлора с водой, прежде чем вода поступит к потребителю.

Трудности, связанные с транспортировкой и хранением токсичного хлора, являются недостатком метода хлорирования воды. Опасность утечки хлора из базисных складов на станциях, расположенных вблизи населенных пунктов, является во многих случаях препятствием для применения этого метода обеззараживания воды.

Одним из наиболее перспективных способов хлорирования питьевых и сточных вод в сельских и малонаселенных местностях является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого на месте потребления путем электролиза растворов поваренной соли.

Озонирование воды

Озон является одним из наиболее сильных окислителей, уничтожающих бактерии, споры и вирусы. Преимущество озонирования состоит в том, что под действием озона одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также устраняются запахи и привкусы воды и вообще улучшаются ее вкусовые качества. Озон не изменяет натуральные свойства воды, так как его избыток через несколько минут превращается в кислород.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами

Возможность обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением известна давно, но долгое время этот метод по экономическим соображениям не применялся в водоснабжении. Появление более совершенных и мощных источников бактерицидного излучения вновь вызвало интерес к этому методу обеззараживания воды.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются. Бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлора; после облучения воду сразу можно подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами проще, чем эксплуатация хлорного хозяйства.