Общие положения. Процесс процеживания является частным случаем фильтрования

Процесс процеживания является частным случаем фильтрования. Само фильтрование можно рассматривать и как гидромеханический (очистка некоагулированных суспензий) и как физико-химический процесс (очистка коагулированных суспензий и использование активных фильтрующих материалов). Процеживание отражает гидромеханический аспект фильтрования. При этом фильтрование рассматривается как гидромеханический процесс отделения взвешенных в фильтруемой среде (воде) частиц, осуществляемый за счет разности давлений при прохождении фильтрующей среды через фильтрующий элемент.

При процеживании фильтрующий элемент представляет собой перфорированную тонкую перегородку (типа сетки, ткани) с поперечным сечением пор меньшим, чем размеры изымаемых частиц.

Схематически процесс процеживания изображен на рис.5.14. При пропускании суспензии через перфорированную перегородку вначале задерживаются частицы, размер которых больше размера пор. При закупорке пор увеличивается гидравлическое сопротивление перегородки и уменьшается размер пор. В дальнейшем в образовавшихся более мелких порах заклиниваются мелкие частицы, и постепенно при перегородке образуется слой осадка, через который собственно и фильтруется суспензия. Процеженная вода называется фильтратом. Объем фильтрата, получаемый в единицу времени с единицы поверхности фильтра, называется скоростью фильтрования (V_ф).

Рис.5.14. Удаление взвешенных веществ процеживанием

На процесс процеживания влияют следующие основные факторы: тип перегородки, размер пор, концентрация суспензии, разность давлений, вязкость воды, толщина слоя осадка.

Кроме того, на процесс влияет ряд микрофакторов (структура и пористость осадка, степень коагуляции частиц и т.п.), которые затруднительно описать математически, и которые могут быть учтены коэффициентами, определяемыми экспериментальным путем.

Скорость фильтрования прямо пропорциональна разности давлений по обеим сторонам перегородки (движущей силе процесса) и обратно пропорциональна сопротивлению движения жидкости через перегородку и осадок.

Скорость фильтрования в процессе процеживания с ростом W уменьшается.

Для процеживания применяются следующие виды фильтровальных перегородок:

♦ Металлические: 1) перфорированные и просечные листы с круглыми, прямоугольными отверстиями или щелями; 2)плетеные сетки из проволоки.

♦ Тканевые. Тканевые перегородки и их свойства сведены в табл.3.2.

♦ Нетканые материалы - ленты или листы из волокон (стеклянных, асбестовых, натуральных, синтетических), спрессованных со связующими веществами (каучук, синтетические клеи).

♦ Фильтровальная бумага в виде фильтрующих патронов.

Различают следующие виды аппаратов для процеживания:

♦ Решетки - представляют собой систему стальных прутьев с зазорами 5...100мм и предназначены для задерживания крупного мусора из природной воды (ветки, тряпки) или бытовых стоков (листья, очистки и т.п.).

♦ Сита - представляют собой металлические диски с отверстиями, их применяют для грубой очистки бытовых стоков от крупного мусора.

♦ Сетки из металлической проволоки с крупностью ячеек 2-5мм - применяют для процеживания природных вод на водоприемных сооружениях водопроводов.

♦ Микрофильтры и барабанные сетки в виде цилиндров с боковой поверхностью из металлической сетки с крупностью ячеек 0,1-0,5мм - применяют для удаления из природных и сточных вод планктона, водорослей, активного ила, мелкого сора.

♦ Пресс-фильтры - аппараты с тканевой перегородкой, через которую продавливается фильтруемая среда под избыточным давлением над перегородкой 0,3-1,7МПа - применяются для обезвоживания осадков.

♦ Вакуум-фильтры - аппараты с тканевой перегородкой, через которую фильтруемая среда процеживается под действием вакуума 0,02 - 0,07 МПа, создаваемого под перегородкой, применяются для обезвоживания осадков.

♦ Фильтрующие центрифуги представляют ЦФ с сетчатым ротором, у которых примеси остаются на сетке, а вода под действием центробежных сил выбрасывается за пределы ротора, применяются для обезвоживания осадков.

Таблица 5.2 - Свойства тканевых перегородок

Вид ткани	Свойства
положительные	отрицательные
1.Хлопчатобумажная (бязь, миткаль, диагональ, бельтинг)	разнообразие типов, широкий выпуск	малая химическая стойкость, усадка, шероховатость
2. Хлопчатобумажная нитрованная	химически стойка, гладкая поверхность	огнеопасна
3. Шерстяная (сукно, войлок, байка)	стойка к кислотам, лучше х/б по большинству параметров	нестойка к щелочам, хуже х/б по задерживающей способности
4. Асбестовая	термостойка, стойка к кислотам и щелочам	малая прочность, опасна для здоровья
5. Стеклоткань	прочность при растяжении, возможность сшивать	истираема и ломка
6.Синтетические (лавсан, капрон и т.д.)	разнообразие типов и свойств, замена натуральных тканей	у каждого вида свои

Рис.5.15. Схемы плетения металлических сеток: а) квадратное; б) саржевое; в) галунное.

Для изготовления сеток применяют некорродирующие металлы: латунь, бронзу, нержавеющую и оцинкованную сталь. По способу изготовления различают сетки колосниковые (щелевые) и тканые (см. рис.5.15). В технологии очистки воды применяются исключительно последние.

Различают три вида плетения сеток: квадратное (рис.5.15а) саржевое (рис.5.15б) и галунное (рис.5.15в). Квадратное плетение тривиально и не требует комментариев. Саржевое плетение (через две проволоки) позволяет получать более мелкие ячейки, чем при квадратном плетении, при той же толщине проволоки. Самые густые сетки получаются галунным плетением с редкими толстыми проволоками основы (продольные нити) и частыми тонкими проволоками утка (поперечные нити).

Основные параметры сеток:

♦ Размер стороны ячейки "в свету" (а у квадратных ячеек сеток квадратного и галунного плетения, а,b у прямоугольных ячеек галунных сеток), мм.

♦ Номер сетки N, мм. У сеток квадратного плетения N=a (например, при N028 а=0,28мм) У сеток саржевого плетения N - число проволок на 1дм (до 200). У сеток галунного плетения номер сетки выражается в виде дроби, в числителе которой количество основ на 1 дюйм, в знаменателе - количество утков на 1 дюйм (например, N 10/80). Размер сетки может выражаться также в мешках (число ячеек на 1 дюйм).

♦ Коэффициент живого сечения сетки - отношение площади живого сечения (F_Ж) к общей площади сетки (F_c).

A=F_Ж/F_С=a²/(a+d)², (3.35),

где d - диаметр проволоки.

♦ Скважность сетки А·100,%.

♦ Плотность сетки - отношение суммарной площади проволок к общей площади сетки:

К=1-Аи др.