11. Осветление воды фильтрованием: механизмы задерживания примесей, фильтрующие материалы. Основные виды фильтров с зернистой загрузкой для очистки природных и сточных вод.
Фильтрованием наз-ся процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтр.материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, прим. для осветления воды, т.е. для задерж.наход. в воде ВВ. Фильтр. материал должен представ.собой пористую среду с малыми порами. В качестве основ.фильтр. материала прим. песок.Фильтр представ. собой резервуар, в нижней части кот. распол. дренажное устройство для отвода профильтр.воды. На дренаж обычно укладыв.слой поддержив. материала и затем слой собственно фильтр. материала. При песчаных фильтрах поддержив. материалом явл. гравий, уложенный слоями с возраст.книзу крупностью зерен. В процессе фильтрования фильтр постоянно заполнен водой до уровня, располож. не менее чем на 2м выше поверх.фильтр.материала..Производительность фильтра опр. скоростью фильтрования. Под скоростью фильтрования следует понимать не скорость движения воды в порах, а скорость вертик. движения воды над фильтрующим слоем.Сущест.большое разнообразие фильтров, различ:1) видом фильтрующегося материала;2) скоростью фильтрования;
3) механизмом задержания взвешенных частиц;4) конструктивным оформлением.
1) Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на:зернистые- песок, антрацит, керамзит;сетчатые -сетки с ячейками различных размеров;каркасные или намывные-диатомитовые;с плавающей загрузкой-гранулы вспененного пенополистирола.
2) По скорости фильтрования различают:медленные фильтры ( 0,3 м/ч (открытые);
скорые =2…15 м/ч (открытые и напорные);сверхскорые (25 м/ч (напорные).
3)По характеру механизма задержания взвеш-х частиц можно различать 2основных вида фильтрования:а)фильтр-е через фильтрующую пленку, образ. в процессе фильтрования частицами взвеси, выпад. на поверх. загрузки;б)фильтро-ие без образ. на поверх.загрузки фильтр.пленки.При фильтровании1-го вида на фильтр задержив.первоначально только такие частицы взвеси, размер кот.больше размера пор фильтр.материала. Слой осадка (пленка), образ. из задержанных частиц взвеси, сам по себе явл.фильтр.материалом и играет основ. роль в очистке воды, а песчаная загрузка фильтра служит поддержив.опорой для отлагающихся на ее поверх.загрязнений.Эффект осветления воды фильтрами при их работе по этому принципу постепенно увеличив. -по мере образ. пленки над песком. Этот процесс наиб.харак-рен для так назыв. медленных фильтров. Медленные фильтры загружаются мелким песком и работают при малых скоростях фильтрования. Они способны обеспеч. высокую степень осветления воды, задерживая мельчайшие частицы взвеси.При фильтр.без образ.поверх.пленки задержание частиц, загряз-х воду, происх. в толще слоя фильтр.песчаной загрузки, где эти частицы извлек. из воды и удержив.на зернах песка под действием сил прилипания.Не всякие частицы способны прилипать к зернам песка при фильтровании. Частицы, загряз.воду, обладают в естест.состоянии так назыв.агрегативной устойчивостью, препятствующей как их взаимному слипанию- коагуляции, так и прилипанию к какой-либо поверхности. Однако после обработки воды коагулянтами агрегативная устойчивость взвешенных и коллоидных частиц устраняется, вследствие чего их способность к взаим.слипанию и прилипанию к зернам песка возрастает.
В качестве фильтрующих прим.следующие материалы:
Кварцевый песок - воспринимает основ.нагрузку в процессе фильтрования; фильтроантрацит- имеет меньшую плотность, чем у кварцевого песка, поэтому размещ.сверху песчаного слоя,малая измельчаемость обуслав.высокую механ.прочность. за счет низкого коэф. однородности обладает большой грязеемкостью,хорошо задержив.загрязн.слизисто-органич. происхож;горелые породы - угленосные породы, подвергнутые воздуху без доступа О2,по своим свойствам близки к антрациту,обладая более высокой плотностью и пористостью, могут прим.в допол. к слоям антрацита для увелич.сорбцион.составляющей;керамзит – гранулир.пористый материал,фильтрующий слой размещ.над антрацитным слоем,он имеет достаточно большой коэф.формы и пористость фильтр.слоя;шунгизит -по своим свойствам близок к керамзиту;цеолиты - активный фильтр.материал, способный извлекать из сырой воды не только коллоидные и ВВ, но и соединения фтора, боа, азота, находящиеся в растворенной форме.
Классификация фильтров с зернистой загрузкой
Зернистые фильтры прим., в основном, при очистке жидкостей, у кот.содержание тв.фазы маленькое, и осадок не представ.ценности.
Классификация фильтров по ряду основных признаков:
скорость фильтрования: медленные (0,1-0,3 м/ч); скорые (5-12 м/ч);сверхскоростные (36-100 м/ч); давление, под которым они работают: открытые или безнапорные;
напорные; количество фильтрующих слоев: однослойные; двухслойные; многослойные.
Наиболее эфф.и экономичны многослойные фильтры, в кот.для увелич.грязеемк.и эфф.фильтрации загрузку состав.из материалов с различ.плотностью и размером частиц: сверху слоя-крупные легкие частицы, внизу - мелкие тяжелые. При нисходящем направлении фильтрования крупные загряз.задержив. в верхнем слое загрузки, а оставшиеся мелкие - в нижнем. Т.о работает весь объем загрузки.
Технология фильтрования
Вода, содержащая взвеш.частицы, двигаясь через зернистую загрузку, задержив.взвеш. частицы, осветляется. Эффективность процесса зависит от физ.-хим.свойств примесей, фильтрующей загрузки и гидродинамических факторов. В толщине загрузки происходит накопление загрязнений, уменьш.свободный объем пор и возрастает гидравлическое сопротив. загрузки, что приводит к росту потерь напора в загрузке.Процесс фильтрации состоит: перенос частиц из потока воды на поверхность фильтр.материала; закреп.частиц на зернах и в щелях между ними; отрыв закрепленных частиц с переходом их обратно в поток воды. Извлечение примесей из воды и закрепление их на зернах загрузки происх. под действием сил адгезии. Осадок, формир. на частицах загрузки, имеет непрочную структуру, кот. под влиянием гидродинамических сил может разрушаться. Некот.часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен загрузки в виде мелких хлопьев и переносится в последующие слои загрузки (суффозия), где вновь задержив. в поровых каналах.