Виды фильтровальных аппаратов

Современные конструкции фильтровальных аппаратов

 

Виды фильтровальных аппаратов

 

В современной отечественной и зарубежной практике используется много различных конструкций фильтровальных аппаратов с зернистой загрузкой. Основными тенденциями в их развитии являются: повышение надежности работы распределительной системы, отказ от применения поддерживающих слоев загрузки, использование новых фильтрующих материалов с большей адгезионной способностью, отказ от устройства водосборных желобов и переход на боковой отвод промывной воды, применение водовоздушной промывки, устройство фильтрующих загрузок повышенной грязеемкости.

На рис. 12.1, а, б — показаны схемы открытых скорых фильтров с боковым карманом.

При площади одного фильтра более 30 м2 его делят на две равные части распределительным каналом. Этот канал по высоте разбит на два изолированных друг от друга яруса. Через верхний ярус производится подача осветляемой воды и отвод загрязненной промывной воды, а через нижний — отвод фильтра и подвод вниз фильтра промывной воды.

На рис. 12.17, а изображен напорный скорый фильтр, серийно выпускаемый нашей промышленностью. Подача осветляемой воды и отвод промывной осуществляется через центрально расположенную воронку, обращенную широким концом кверху, или кольцевой перфорированный трубопровод. Фильтр не имеет поддерживающих слоев и фильтрующий материал располагается непосредственно на колпачковом или щелевом дренаже. Промывка загрузки предусмотрена водовоздушная, для чего фильтр снабжен специальной распределительной системой для подачи во время промывки сжатого воздуха. Эта распределительная система располагается в фильтрующей загрузке над основным дренажем фильтра. Загрузка фильтра производится через верхний лаз. Для гидравлической выгрузки фильтрующей загрузки предусмотрен специальный разгрузочный штуцер. 'На Рис. 12.17,6 показан фильтр с загрузкой из вспененного полистирола.

Нашей промышленностью серийно выпускаются (табл. 12.5) напорные вертикальные фильтры пяти типоразмеров. Высота Фильтрующей загрузки в фильтрах всех размеров принята 1>2 м. Наибольший диаметр напорного фильтра из условий удобства перевозки железнодорожным транспортом принят 3,4 м, фильтрующая площадь такого фильтра составляет 7,1м2 Поэтому при более или менее значительной производительности водоочистной установки приходится устраивать большое число фильтров и арматуры, что удорожает строительство и усложняет эксплуатацию фильтров. Число устанавливаемых напорных фильтров может быть сокращено примерно в 4 раза в случае применения горизонтальных напорных фильтров, площадь фильтрования которых составляет 28... 30 м2, или вертикальных двух — и трехкамерных фильтров.

 

Рис. 12.17. Вертикальные напорные скорые фильтры с керамзитовой (а) и пенополистирольной (б) загрузкой

1 — распределительно-сборная воронка; 2 — стальной корпус; 4 — распределительная система из щелевых труб; 3 — загрузка из песка; 5 — бетонная «подушка»; 6 — подача воздуха; 7, 8 — отвод фильтрата и подача исходной воды; 9, 10 — подача и отвод промывной воды; 11 — люк; 12, 14 — распределительная и дренажная система с сетчатыми патронами; 13 — загрузка из вспененного полистирола; 15 — система сбора промывной воды; 16 — сброс воздуха.

 

 

На рис. 12.18 показан горизонтальный напорный фильтр системы А. Г. Туганова. Фильтр не имеет поддерживающих гравийных слоев. Подача осветляемой воды на фильтр и отвод промывной воды осуществляются по двум дырчатым трубам диаметром 150 мм. Трубы подвешены у верха фильтра параллельно его продольной оси. Фильтрующий слой располагается непосредственно на щелевом дренаже, который выполнен из сборных стальных плит с зазорами между ними величиной 4 мм; эти зазоры перекрываются пластинками из нержавеющей стали таким образом, чтобы по всей длине образовывались щели шириной 0,4 мм. Под щелевым днищем размещен дренажный коллектор диаметром 300 мм. Диаметр частиц составляет 0,5... 1,5 мм фильтрующей загрузки. Промывка загрузки предусмотрена водовоздушной.

На рис. 12.19, а показан фильтр ДДФ. Верхний наддренажный слой фильтрующей загрузки устраивают искорость фильтрования до 25 м/ч при фильтроцикле в 10...... 12 ч.

 

Напорные фильтры АКХ серийно выпускает наша промышленность тех же пяти диаметров, что и обычных напорных фильтров. Для улучшения условий промывки предусмотрен подвод в фильтры сжатого воздуха, который равномерно распределяется с помощью распределительной системы, расположенной в загрузке непосредственно над нижним дренажем. Фильтры не имеют поддерживающих слоев, вследствие чего нижний дренаж выполняют в виде ряда распределительных труб с щелевыми колпачками.

Выпускают также горизонтальные напорные фильтры АКХ, близкие по конструктивному оформлению к фильтрам системы А. Г. Туганова, но с двухпоточным фильтрованием — снизу и сверху. Фильтры имеют диаметр м, высоту нижнего слоя— 1,08 м, верхнего — 0,5 м, длину 10... 16 м, площадь фильтрования ~ 30 м2. Как указывалось, в фильтрах АКХ значительно повышается грязеемкость фильтрующей загрузки, но, как видно из приведенных рисунков, конструкция их сложнее, чем обычных скорых фильтров.

Рис. 12.19. Схема фильтра ДДФ (а), ФПЗ-З ((б) и ФПЗ-4 (а)

1,3 — магистральные трубопроводы исходной и фильтрованной воды; 2, 4 — трубопровод подачи промывной и канал отвода воды после промывки; 5 — боковой карман; 11 — распределительная система; 10 — нижний (поддренажный) слой фильтрующей загрузки; 9 — щелевой дренаж; 8 — верхняя наддренажная двухслойная (керамзит — песок) загрузка; 6 — водосборные желоба; 7 — воздушник; 12 — отвод исходной конструктивной переделки. В табл. 12.4 приведены параметры устройства и работы фильтра с двухслойной загрузкой.

При подготовке питательной воды ТЭС применяют фильтры ДКХ с загрузкой из термоантрацита, который получают путем термической обработки антрацита, без доступа воздуха в шахтных печах при температуре свыше 1000ºС. В этих условиях антрацит лишается влаги, летучих и части пиритной серы; одновременно возрастает плотность антрацита (до 1,8) и его механическая прочность.

В схемах технического водоснабжения значительное распространение получили каркасно-засыпные фильтры и напорные сверхскоростные осветительные фильтры системы Г. Н. Никифорова (рис. 12.20), которые фильтруют воду со скоростью 50... 100 м/ч. Фильтр представляет собой цилиндрический корпус с цилиндрической камерой внутри. Пространство между этими цилиндрами разделено вертикальными перегородками на восемь отсеков-фильтров с песчано-гравийной загрузкой. В действии находятся семь отсекав, а один — на промывке. В связи с тем, что фильтр засоряется очень быстро, продолжительность фильтроцикла в каждом отсеке не превышает 1... 2 ч.

 

 

Учитывая, что производительность фильтра лимитируется eгo размерами и при диаметре фильтра 3 м не превышает 150 м3/ч, Г. Н. Никифоров предложил батарейный тип сверхскоростных напорных фильтров с автоматической системой промывки. Все фильтры, входящие в блок, связаны единым гидравлическим режимом.

В системах муниципального, а также производственного водоснабжения нашел применение прямоточный открытый контактный фильтр КФ-5 (рис. 12.21, а) с трехслойной фильтрующей загрузкой (по 0,5 каждый). Верхний слой (керамзит, аглопорит, полимеры) имеет крупность зерен 2,3... 3,3 мм; средний (антрацит, керамзит, горелые породы) — 1,25... 2,3 мм; нижний (кварцевый или гранитный песок, горелые породы) — 0,8... 1,25 мм. Скорость фильтрования до 20 м/ч, интенсивность промывки 15 л/(с-м2), продолжительность — 6... 8 мин.

Осветление воды на высокопроизводительных самопромывающихся фильтрах ВСФ-2000 непрерывного действия широко используют в системах производственного водоснабжения. Высокопроизводительные самопромывающиеся фильтры (ВСФ- 2000) применяют для предочистки высокомутной воды с последующей ее доочисткой; в схемах одноступенчатой очистки воду, используемой для производственного водоснабжения при сравнительно невысоких требованиях к ее качеству (содержание взвешенных веществ 50... 1000 мг/л); для удаления планктона взамен микрофильтрации; для очистки оборотной воды от взвешенных веществ. По данным завода-изготовителя, фильтры ВСФ-2000 могут задерживать частицы размером 0,01 мм выше при суммарном количестве взвешенных веществ 500... 1000 мг/л. Общая высота фильтра 5,17 м, ширина 2,545 м, диаметр 2.032 м. Производительность фильтра 2000 м3/ч, при скорости фильтрования 600... 700 м/ч. Расход воды на промывку составляет 2... 5%.

 

 

Очистка воды на двухкамерных напорных фильтрах (рис. 12.22) без предварительного осветления получила распространение в системах промышленной водоочистки. Известно, что грязеемкость обычных скорых фильтров не превышает 1,5кг/м2, а грязеемкость двухкамерных фильтров достигает 40 кг/м2 при скорости фильтрования 15... 25 м/ч в первой и 6... 10 м/ч во второй камере. Оптимальная доза коагулянта для воды мутностью до 100 мг/л составляет 7 мг/л (что на 70% меньше обычной дозы). При мутности исходной воды до 20 мг/л очистку воды на двухкамерных фильтрах можно производить без коагуляции. Предельное количество взвешенных веществ в воде, подлежащей очистке, для паводкового периода не должно превышать 1000 мг/л. Предложенная технологическая схема позволяет производить очистку воды для технического водоснабжения большинства равнинных рек только на двухкамерных фильтрах без предварительного отстаивания, что дает экономию на строительной стоимости 100... 150 тыс. руб. для завода производительностью 100 тыс. м3/сут.

Рис. 12.22. Схемы напорных осветлительных фильтров. а—горизонтальный; б — вертикальный; в — двухкамерный вертикальный

Использование фильтров с плавающей полимерной загрузкой (см. рис. 12.19,6) является одним из путей интенсификации процесса фильтрования природных вод. В результате сравнения технико-экономических показателей М. Г. Журбой установлено, что наиболее рациональными в настоящее время являются гранулы вспененного полистирола, полученные в результате спекания. В настоящее время промышленностью освоен массовый выпуск различных марок пенополитирола и шунгизита. В последующем, после освоения промышленностью, могут найти применение в качестве плавающих загрузок газонаполненные гранулы керамзита, котельные и металлургические шлаки, а также различные полимерные материалы, обладающие достаточной механической прочностью, химической стойкостью и Пористостью.

Замена тяжелых фильтрующих загрузок на плавающие существенно меняет технологию фильтрования воды, позволяет увеличить допустимую по сравнению с кварцевыми фильтрами концентрацию взвеси в исходной воде и скорость фильтрования, значительно упростить регенерацию загрузки, позволяет отказаться от установки промывных насосов и специальных емкостей для воды. М. Г. Журбой подтверждено, что гранулы полистирола обладают более высокими адгезионными и электрокинетическими свойствами по сравнению с зернами песка и их применение интенсифицирует процесс фильтрования в целом.

В настоящее время в практику водоочистки внедряют напорные фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) для очистки производственных вод прокатных станов, а также ФПЗ для осветления природных вод. В зависимости от содержания и характера взвеси в воде, подаваемой на очистные сооружения, а также от производительности водоочистного комплекса предложены следующие основные схемы фильтрования: через многоярусные или многослойные фильтры с убывающей крупностью гранул по ходу движения осветляемой воды снизу вверх (ФПЗ-2, ФПЗ-З, КФПЗ); через фильтры большой грязеемкости при фильтровании воды сверху вниз; с горизонтальным направлением фильтрования; с непрерывной регенерацией загрузки.

Исследованиями В. О. Орлова установлено, что при безреагентной очистке воды на ФПЗ-2 и ФПЗ-З для получения фильтрата, отвечающего нормам ГОСТа на питьевую воду, рекомендуется принимать: допустимое содержание взвеси в воде — до 500 мг/л; скорость фильтрования (в зависимости от физико-химических свойств воды и взвеси) — 0,6... 2 м/ч; общую толщину двухъярусной или двухслойной загрузки — до 0,7... 1,2 м; диаметр гранул плавающей загрузки — 0,3... 1,5 мм; интенсивность промывки загрузки — 10... 12 л/(с-м2); продолжительность промывки — 3... 4 мин. При промывке фильтров подача промывной воды осуществляется сверху вниз (табл. 12.6).

В случае очистки природных вод для производственных целей скорость фильтрования на ФПЗ может быть установлена в пределах 20... 25 m/'ч, содержание взвеси в фильтрате на протяжении фильтроцикла не должно превышать 20 мг/л. Суммарные потери напора за фильтроцикл достигают 2,6 м.

Результаты исследований работы контактных ФПЗ подтверждают целесообразность внедрения их в практику фильтрования природных вод для питьевых целей. Раствор реагента вводится в фильтр непосредственно перед фильтрующей загрузкой. Положительный результат работы ФПЗ был получен так же при очистке природной воды от фито- и зоопланктона. При скорости фильтрования 4... 7 м/ч достигается удаление из очищаемой воды 90...95% планктона при незначительных потерях напора.

Фильтры с крупнозернистой загрузкой для частичного осветления воды конструктивно аналогичны обычным скорым фильтрам. Фильтрующая загрузка однослойная. Для песка крупность зерен принимается 1... 2 или 1,6... 2,5 мм соответственно, высота фильтрующего слоя 1,5...2,0 и 2,5... 3 м, скорость фильтрования 10... 12 и 13... 15 м/ч. Режим промывки следующий: взрыхление загрузки воздухом 15... 25 л/(с*м2) в течение 1 мин, водовоздушная промывка 3,5... 5 л/(с-м2) воды и 15.....25 л/(с*м2) воздуха в течение 5 мин, отмывка водой 7......9 л/(с*м2) в течение 3 мин.