Фильтры с зернистым слоем

Для очистки сточных вод после их отстаивания применяют напорные и безнапорные зернистые фильтры. Первые применяют при очистке сточных вод на нефтепромыслах, когда используется остаточное пластовое давление. Отсутствие контакта сточных вод с атмосферой значительно снижает их коррозионную активность и предотвращает окисление закисных соединений железа. Безнапорные фильтры применяют в различных случаях очистки нефтесодержащих вод на нефтеперерабатывающих, машиностроительных и других предприятиях. В последние годы безнапорные фильтры часто заменяют флотационными установками.

В качестве фильтрующей среды могут быть использованы природные, искусственные (кварцевый песок, дробленый гравий, антрацит, бурый уголь, доменный шлак, горелые породы, керамзиты, мраморная крошка) или синтетические (пенополиуретан, полистирол, полипропилен, лавсан, нитрон) материалы. Природные материалы применяют в дробленом (гранулированном) виде определенных фракций, а искусственные −в дробленом либо в волокнистом или тканом виде. К фильтрующим материалам относят также металлические сетки квадратного и галунного плетения, которые устанавливают в микрофильтрах, барабанных и других сетчатых аппаратах.

Напорные фильтры подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Обычно они представляют собой стальной резервуар, рассчитанный на давле­ние 0,6 МПа. Вертикальные напорные фильтры выпускаются серийно нашей промышленностью шести типоразмеров диаметрами 1; 1,5; 2; 2,6; 3 и 3,4 м с высотой загрузки 1 м [10].

Весьма интересной конструкцией являются так называемые сверх- скоростные фильтры Никифорова (рис. 9.1.1). В них достигается скорость фильтрования от 25 до 50 м/ч.

Для увеличения поверхности фильтрования напорные фильтры располагают горизонтально, что позволяет при одном и том же диаметре иметь в несколько раз большую поверхность фильтрования.

Направление фильтрации в напорных фильтрах обычно сверху вниз. Скорость
фильтрации − порядка 5-12 м/ч. Продолжительность фильтрационного цикла
зависит от характера нефтесодержащих сточных вод и колеблется от 12 до 48 ч.
Остаточное содержание в воде нефтепродуктов допускается в пределах 7-20 мг/л (Начальное содержание 40-80 мг/л), механических примесей − 10-20 мг/л (при начальном 30-60 мг/л). Средняя грязеемкость песчаных фильтров может быть принята по задержанию нефти 1-2 кг/м³, механических примесей − 1,5-3 кг/м³.

Эффект фильтрования повышается при добавлении в воду 5-10 мг/л коагулянта A1₂(S0₄)₃ и 0,2-0,3 мг/л флокулянта ПАА. Потери напора в фильтрах достигают 0,9-1,3 м. Фильтры промывают через дренажную систему снизу вверх. При крупности частиц песка 0,7—0,8 мм интенсивность промывки принята равной 10-12 л/(с ), а при крупности 1-1,2 мм − 14-16 л/ (с ), продолжительность составляет 10-20 мин. Наиболее высокий ее эффект промывки достигается при использовании горячей воды (60-80°С).

Площадь фильтрования напорных фильтров определяется по зависимости:

(9.1.1)

где −среднесуточная пропускная способность станции, м³/сут; −продолжительность работы станции, ч; − расчетная скорость фильтрации, м/ч; − число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации; W −интенсивность промывки, л/(с ); − продолжительность промывки, ч; t₂ − продолжительность простоя фильтра в связи с промывкой, ч (принимается 0,33 ч).

При больших объемах очистки сточных вод широко применяют безнапорные фильтры (открытые) с зернистым слоем. Схема открытого безнапорного фильтра приведена на рис. 9.1.2.

Рис.9.1.2 Схема открытого безнапорного фильтра: 1−дренажная система; 2−поддерживающие слои; 3−фильтрующий слой; сборный желоб; 5− распределительный канал; 6−отвод промывной воды; 7− трубопровод воды на промывку; 8−трубопровод профильтрованной воды

В открытый безнапорный фильтр исходная вода поступает из распределительного канала через сборные желоба. Распределившись по всейплощади фильтра, вода попадает на фильтрующий слой загрузки. В схемах очистки промышленных сточных вод крупность зерен загрузки фильтрующего слоя принимают в пределах 0,8-2 мм.

Пройдя через фильтрующий слой, а затем через поддерживающие слои, профильтрованная вода собирается дренажной системой в трубопровод чистой воды, по которому подается на последующие сооружения.

Часто при фильтровании в направлении сверху вниз тонкодисперсные коллоидные, нефтяные и масляные загрязнения образуют на поверхности зернистой загрузки пленку, что приводит к резкому увеличению потерь напора и, как следствие, к сокращению продолжительности фильтроцикла, а так же к увеличению количества воды на промывку. Чтобы предупредить образование пленки и увеличить грязеемкость фильтра, фильтрование ведут в направлении убывающей крупности загрузки. Для этого фильтрование осуществляется снизу вверх или использованием двухслойных фильтров, когда верхний слой рабочей загрузки составляют крупные фракции материала, имеющего меньшую объемную массу, чем материал нижних слоев.

В последние годы для очистки воды находят широкое применение напорные и безнапорные фильтры с плавающей загрузкой. В качестве загрузки используется вспененный пенополистирол с плотностью 10-100 кг/м³ с размером зерен 0,4-12 мм. Основным достоинством фильтров с плавающей загрузкой является практическое отсутствие промывных вод, т.к. регенерация загрузки производится отжимом.