Шуляк Г.А. | Система управления водоподготовкой

После осветлителей остаточное содержание взвеси в коагулированной и известкованной воде обычно состав-ляет не менее 10-20 мг/л. Более глубокое удаление взвешенных веществ из воды достигается фильтрованием ее через зернистую загрузку из инертных частиц небольшого размера.

Фильтрование воды через слой зернистой загрузки происходит под действием разности давлений на входе воды в зернистый слой и на выходе из него, которая называется перепадом давлений на слое p:

p=f(v,µ,d_экв,Н_полн),

где v - скорость фильтрования; µ - вязкость воды; d_экв - эквивалентный диаметр фильтрующей загрузки; Н_полн - высота фильтрующего слоя. В процессе фильтрования на зернистом слое осаждаются взвешенные вещества, что влечет за собой увеличение перепада давления. По достижении некоторой предельной величины начинается проскок взвеси через фильтрующий слой либо скорость фильтрования падает ниже допустимого предела.

После достижения предельного перепада или появления проскока взвеси фильтрующую загрузку следует промыть от задержанных за-грязнений подачей воды в направле-нии, обратном направлению фильтрования.

Продолжительность времени между двумя взрыхляющими промывками может быть определена по формуле

t=(ГSH)/(vC_исх),

где Г - грязеемкость единицы объема фильтрующей загрузки; S - площадь фильтрования; H - высота фильтрующего слоя; v - скорость фильтрования, С_иcх - концентрация взвеси в исходной воде.

При фильтровании воды, содержащей взвешенные вещества, через зернистую загрузку в зависимости от природы улавливаемых частиц и зернистого материала, соотношения размеров взвешенных частиц и эффективного диаметра пор фильтрующей загрузки, а также от гидродинамических факторов задержание взвеси может происходить:

на поверхности фильтрующего слоя, где образуется грязевая пленка, способная улавливать мельчайшие частицы взвеси (так называемое пленочное фильтрование);

во всем объеме фильтрующей загрузки (адгезионное фильтрование);

частично на поверхности фильтрующего слоя, а частично во всем объеме.

При пленочном режиме фильтрования грязевая пленка оказывает дополнительное быстро и непрерывно возрастающее гидравлическое сопротивление, что вызывает необходимость в частой промывке фильтрующего материала для удаления задержанной взвеси. Грязеемкость фильтрующей загрузки, характеризующая способность единицы объема фильтрующего слоя к улавливанию определенного количества взвешенных частиц, при пленочном режиме фильтрования невелика.

Адгезионному фильтрованию соответствует значительно большая грязеемкость фильтрующей загрузки при сравнительно малом гидравлическом сопротивлении. Адгезионное фильтрование характерно для крупнозернистой загрузки и высоких скоростей фильтрования.

Главным препятствием для реализации адгезионного фильтрования является гидравлическая классификация зерен фильтрующей загрузки, происходящая в ходе выполнения взрыхляющих промывок, в результате чего на поверхности фильтрующего слоя собираются мелкие зерна, а внизу крупные.

Применение двухслойных или многослойных фильтров позволяет организовать процесс фильтрования по промежуточной схеме. Наибольшее распространение получили двухслойные фильтры, в которых нижнюю часть фильтра занимает мелкий кварцевый песок либо более тяжелый материал, а верхнюю более крупный, но легкий дробленый антрацит. С учетом плотности соотношение между размерами частиц обоих "видов загрузки подбирают так, чтобы гранулы песка обладали большей гидравлической крупностью и не перемешивались с антрацитом во время проведения взрыхляющих промывок. Грязеемкость двухслойных фильтров в 2-2,5 раза больше, чем грязеемкость фильтра с однородной загрузкой.

Технологические показатели осветления существенно зависят от вида применяемого фильтрующего материала. Для загрузки механических фильтров в энергетике чаще всего применяют дробленый антрацит, а при отсутствии ограничений по кремниевой кислоте и жесткости кварцевый песок и мраморную крошку.

Независимо от материала фильтрующей загрузки ее эквивалентный диаметр и толщину фильтрующего слоя стремятся подобрать таким образом, чтобы достижение предельного перепада давления соответствовало или достигалось ранее начала проскока частиц взвеси в фильтрат.

Реально механические фильтры с правильно подобранной и тщательно отмытой фильтрующей загрузкой обеспечивают остаточное содержание взвеси в фильтрате на уровне 1 -1,5 мг/л.

Для отмывки фильтрующей загрузки от задержанных загрязнений фильтрующий слой необходимо взвесить в восходящем потоке воды и обеспечить необходимую интенсивность столкновений гранул фильтрующей загрузки между собой, чтобы удалить с их поверхности налипшие загрязнения. Для тщательной отмывки фильтрующего слоя его промывку необходимо вести с интенсивностью, обеспечивающей 50%-ное расширение фильтрующего слоя. Необходимо также обеспечить взвешивание наиболее крупных зерен фильтрующего слоя. При эксплуатации интенсивность взрыхляющей промывки корректируется во времени года в соответствии с изменением температуры промывной воды.

Температура обрабатываемой воды влияет на вязкость и тем самым на потери напора в слое фильтрующего материала.

Потери напора при определенной нагрузке фильтра (скорости фильтрования воды) определяют степень загрязненности фильтрующей загрузки и необходимость проведения ее промывки.

Прозрачность (мутность) фильтрата, определяющая его качество, является интегральным показателем правильности и эффективности ведения технологического процесса осветления воды. Расход и продолжительность пропускания промывочной воды и воздуха определяют эффективность промывки загрузки, восстановление ее фильтрующей способности.

Для создания системы автоматизированного или автоматического управления технологическим процессом осветления воды требуется регулирование и контроль следующих технологических параметров:

температура воды (при отсутствии предочистки и при наличии подогревателей исходной воды);

потери напора при определенной (желательно - номинальной) нагрузке фильтра;

прозрачность (мутность) фильтрата;

расход и продолжительность пропуска промывочной воды (и воздуха).

Осветление воды осуществляется с помощью механических фильтров. Выпускаемые одно-, двух- и трехкамерные механические фильтры состоят из следующих основных элементов: корпуса, нижних и верхних распределительных устройств, трубопроводов, запорной арматуры и пробоотборных устройств. Сверху и снизу корпуса механического фильтра привариваются штуцера или фланцы, к которым снаружи крепятся фронтовые трубопроводы, а внутри - распределительные устройства.

Корпуса двух- и трехкамерных фильтров по высоте разделены соответственно глухими плоскими перегородками, укрепленными анкерными связями с днищами фильтров. Анкерные связи выполнены из труб и для отвода воздуха из нижних камер в верхнюю и выравнивания давления в камерах фильтра имеют перфорацию, В каждой камере фильтров имеются также верхние и нижние распределительные устройства.

Верхние распределительные устройства служат для подвода обрабатываемой воды и удаления взрыхляющей воды. В однокамерных фильтрах устройство состоит из вертикального коллектора, заглушённого снизу и имеющего отверстия на цилиндрической поверхности распределительных труб, вставленных в эти отверстия. В двух- и трехкамерных фильтрах применены верхние распределительные устройства в виде конусных тарелок.

Нижние распределительные устройства механических фильтров предназначены для равномерного распределения воды по сечению фильтра как при фильтровании, так и при проведении взрыхляющей промывки. Устройство состоит из горизонтальных коллекторов с отверстиями, в которые вставляются распределительные трубы - лучи.

При фильтровании обрабатываемая вода под напором до 0,6 МПа поступает в фильтр, проходит сверху вниз слой зернистого фильтрующего материала, после чего осветленная вода отводится из фильтра.

В зависимости от концентрации взвеси в исходной воде скорость фильтрования в механических фильтрах обычно поддерживается в пределах 5-10 м/ч в расчете на незаполненный фильтрующей загрузкой аппарат, а истинная скорость обрабатываемой воды в порах фильтрующей загрузки составляет 12-25 м/ч.

Фильтрование исходной воды заканчивается по достижении одного из следующих показателей: заданного перепада давления на фильтрующем слое; продолжительности работы фильтра либо пропуска заданного объема воды; увеличения мутности фильтрата.

В первом случае работа фильтров контролируется по разности показаний манометров, установленных на трубопроводах обрабатываемой воды до и после фильтра; во втором случае фиксируется начало и завершение рабочего цикла либо объем пропущенной воды; в третьем случае контролируется мутность фильтрата.

После завершения рабочего цикла фильтр отключается от магистральных трубопроводов для отмывки фильтрующего материала от задержанных им примесей. Для этого фильтрующая загрузка промывается восходящим потоком воды. Взрыхляющая промывка заканчивается по заданному времени промывки либо по резкому снижению мутности взрыхляющей воды после механического фильтра.

После завершения взрыхляющей промывки механический фильтр включается в работу, но первые порции фильтрата (в течение 10-15 мин) обычно сбрасываются в дренаж.

В двух- и трехкамерных фильтрах рабочие процессы те же, что и в однокамерных аппаратах, и их работа отличается лишь тем, что обрабатываемая вода поступает одновременно во все камеры фильтра, а промывка фильтрующей загрузки производится поочередно - в начале нижней камеры, а затем - расположенной выше. При этом нижерасположенная камера должна быть полностью заполнена водой и изолирована от вышерасположенной камеры.

Некоторое распространение получили также горизонтальные механические фильтры, имеющие большую поверхность фильтрования, чем обычные вертикальные фильтры. Горизонтальные механические фильтры имеют те же основные элементы, что и вертикальные фильтры. Одинаковы также происходящие в обоих типах фильтров технологические процессы.

Помимо описанных выше серийных фильтров на водоподготовительных установках, особенно для подготовки воды хозяйственно-бытовых нужд, находят применение открытые безнапорные фильтры, контактные осветлители, двухслойные фильтры и т.д.

Очистка воды в механических фильтрах