Фильтрование через намывные слои

Технические параметры станций безреагентной очистки воды

№ п/п	Технологические и экономические показатели	Типы водоочистных станций
		С горизонтальными отстойника­ми, префильтрами и фильтрами с кварцевой загрузкой	С фильтрами БНФ-НИМИ с квар­цевой мелкозернистой загрузкой	С гидроциклонами, префильтра­ми и фильтрами с горелой поро­дой	С фильтрами ФПЗ-4 с пенополи- стирольной загрузкой
1	Производительность, тыс. м3/сут	1,0	1,0	1,0	1,0
2	Содержание взвешенных веществ, мг/л: - в исходной воде - перед фильтрами	1000 250	1000 1000	1000 250	1000 1000
3	Скорость фильтрования, м/ч: - на префильтре - на фильтре	3,0 0,2	- 0,6	3,0 0,6-1,0	- 0,7-1,5
4	Толщина загрузки фильтрующего слоя, см: - префильтра - фильтра	150 130	- 150	150 120	- 120
5	Диаметр зерен (гранул), мм: - префильтра - фильтра	1-5 0,3-2,0	- 0,25-0,4	0,7-1,2 0,3-0,6	- 0,5-3,0
6	Интенсивность промывки загрузки, л/с-м2: - префильтра - фильтра	13 9-12	- 7-9	14 8-10	- 12-14
7	Продолжительность промывки, мин: - префильтра - фильтра	7 20	- 15	8 12	- 4
8	Потери напора за фильтроциклом, м: - на префильтре - на фильтре	0,9 1,6	1,0	0,9 1,5	1,5
9	Продолжительность фильтроцикла, ч:
	- префильтра - фильтра	12 400	- 24	24 72	- 12
10	Грязеемкость загрузки, кг/м2: - префильтра - фильтра	6.4 5.5	- 14,4	13,0 5,7	- 18,0

Принцип работы намывных фильтров заключается в фильтровании природных или технических вод через тонкие намывные слои фильтрующих материалов, формируе­мых на поверхности патронных или рамных сетчатых фильтрующих элементов перед рабочим фильтроциклом.

Они представляют собой конструкции с поверхностью из керамики, сеток, тканей, спекшегося металлопорошка, намотанной на трубчатый каркас проволоки. Размер от­верстий фильтрующих поверхностей не превышает 100-150 мкм.

Первые порции фильтрата сбрасывают до момента сформирования слоя требуемой толщины и обеспечения требуемой степени осветления очищаемых вод. По достижении расчетных потерь напора в намывном слое и фильтрующем поддерживаемом элементе до 0,15-0,20 МПа производят смыв порошкового слоя и задержанных им загрязнений обратным током воды.

В начале формирования фильтрующего слоя толщиной до 2 мм в подающую на фильтр воду вводят порошок в количестве до 600 г/м² фильтрующей поверхности со скоростью движения воды через фильтрующую поверхность в пределах 4-5 м/ч. В течение до 5 минут формируется основной рабочий слой толщиной до 5-10 мм. Концен­трацию порошка в суспензии поддерживают в это время в пределах 2-3 г/л.

Водоочистная установка с намывным фильтром

На намывные фильтры рекомендуется подавать воду, содержащую до 30-50 мг/л взве­шенных веществ и цветности до 30 град. После них примерно в 2 раза снижается содержа­ние органических веществ, удаляются частично железо, марганец, масла и микроорганизмы.

За счет разности давлений в корпусе фильтра и внутри фильтрующего элемента на поверхности последнего удерживается равномерный слой порошка. Через некоторое вре­мя на поверхности фильтрующего порошка может образоваться плотная пленка, приводя­щая к существенным потерям напора. Поэтому режим работы фильтров изменяют. После зарядки фильтра в воду непрерывно или периодически добавляют 3-10 мг/л фильтрующе­го порошка. Этот прием помогает значительно удлинить фильтроцикл.

Продолжительность фильтроцикла в намывных фильтрах существенно изменяется с увеличением концентрации взвешенных веществ в исходной воде и скорости фильтрования.

Промывают намывные фильтры осветленной водопроводной водой в течение 15 мин подачей ее через фильтрующие элементы в направлении, противоположном дви­жению воды при фильтровании. Расход воды на промывку составляет 0,5-0,7% исход­ного ее количества.

При непрерывной добавке фильтрующего порошка в обрабатываемую суспензию процесс фильтрования протекает в условиях несжимаемого осадка. Структура образую­щегося слоя осадка при определенном соотношении концентраций добавляемого по­рошка и взвешенных веществ в исходной фильтруемой суспензии определяется фракци­онным составом порошка, формой его частиц, дисперсностью и кинетической устойчи­востью задерживаемых в намывном слое частиц взвеси.

На основе экспериментальных данных намывных фильтров при концентрации су­спензий до 0,07% и скоростях фильтрования до 6 м/ч для порошков из диатомита и пер­лита перепад давлений в намывном слое (ΔР) определяют как

ΔP=Gr_в.м.v+r_вx_вv²t

где первое слагаемое - перепад давлений в намывном слое, второе - на каркасе (сетча­том или из пористой керамики).

ΔP=Gr_в.м.+ mvt + nС_т.ф.v²t

где G -расход вспомогательного материала, м³/ч; m,n- эмпирические коэффициенты; v - скорость фильтрования, м/ч; С_т.ф. - концентрация твердой фазы, г/м³.

Значения тип при разных количествах добавок фильтрующих порошков (Gg) (материал - перлит)

Добавка G в %	m	n
100	12,2	0,278
200	8,73	0,076
300	5,87	0,039
400	5,55	0,025
500	5,12	0,018
600	4,74	0,016

Технологические испытания намывных фильтров с применением перлита в качест­ве вспомогательного материала показали, что их область применения при очистке по­верхностных вод ограничивается мутностью последних до 100 мг/л, цветностью - до 40° РI-Со шкалы, скоростью фильтрования - до 3-4- м/ч, величиной добавки вспомогатель­ных веществ, 300-500% от концентрации взвешенных веществ в исходной воде. При глу­бокой доочистке оборотных вод плавательных бассейнов скорость фильтрования может назначаться в пределах до 5-6 м/ч, а величина добавки твердой фазы - до 10 мг/л.

Удельное сопротивление в слое равно

r_в = M/X_в v

где М- мутность воды, мг/л ; Х_в - толщина слоя осадка, м; v - скорость фильтрования, м/ч.

Влияние концентрации добавки фильтрующих порошков на величину удельного сопротивления образующегося слоя осадка изучалось на воде с мутностью от 5 до 100 мг/л и концентрациях перлита до 1000% по весу от исходной мутности обрабатыва­емой воды. Скорость фильтрования назначалась в пределах 2-5 м/ч, а удельный расход перлита для формирования первичного слоя - до 0,5 кг/м².

В результате этих исследований было установлено, что при одинаковых соотноше­ниях концентраций добавляемого материала и взвешенных веществ величина удельно­го сопротивления изменяется в зависимости от общей концентрации твердой фазы сус­пензии С_т.ф и скорости фильтрования.

При концентрации взвеси суспензии в данных опытах (С_т.ф< 0,07%) характер вли­яния такой добавки на r_в имеет иное значение и может быть оценен выражением

r_в=(m/С_т.фW)+n

где m,n- эмпирические коэффициенты; W - скорость фильтрования, м/ч; С_т.ф - общая концентрация твердой фазы суспензии.

Выбор вспомогательных фильтрующих материалов должен базироваться на харак­тере дисперсного состава фильтруемых частиц взвеси и их свойств. Так, при использо­вании намывных фильтров для доочистки сточных вод, содержащих ил с преобладаю­щим диаметром частиц ~ 40-80 мкм, рекомендуется применять в качестве вспомога­тельного материала дробленый известняк и мелкозернистый кварцевый песок с диаме­тром зерен 0,15-0,30 мм. При толщине намывного слоя до 40 мм и скорости фильтрова­ния до 10 м/ч эффект доочистки мутных сточных вод достигал по взвешенным вещест­вам 78-90% в течение фильтроцикла протяженностью 4 часа.

Зависимость продолжительности фильтроцикла от исходной концентрации взвеси при скоростях фильтрования

1-8 м/ч; 2-10 м/ч; 3-12 м/ч