Тема 12. Фильтрование.
При повышенных требованиях к качеству воды и наличии в сточных водах мелкодисперсной взвеси отстаивание может оказаться недостаточным для очистки оборотной воды. В этих случаях возникает необходимость в дополнительной очистке всей или части оборотной воды в специальных фильтрах.
Процесс фильтрования воды заключается в улавливании из нее взвешенных веществ при пропуске через фильтровальную среду (песок, гравий и т.д.)
Фильтры бывают сетчатые и с фильтрующей загрузкой.
12.1. Сетчатые фильтры.
Применяют для улавливания крупных взвешенных веществ (размер отверстий не менее 0,5 мм). Потери напора в таком фильтре невелики и составляют 3-4 м вод. ст. при скорости фильтрования 0,2-0,3 м/с (600-800 м/ч).
Скоростью фильтрования VФ называют отношение количества очищаемой жидкости WФ в фильтре к площади FФП фильтровальной поверхности.
Vф=Wф/Fфп
По мере засорения сетки потери напора в фильтре возрастают, и при достижении определенной величины фильтр следует очищать.
Для сетчатых фильтров обычно максимальный перепад давления не допускается более 100 кН/м2 или 10 м вод. ст.
Периодическая очистка фильтра (регенерация) осуществляется обратной промывкой таким образом, чтобы не прекращалась подача воды потребителям. Для этого предусматривают либо резервный фильтр, либо обводную линию, либо многосекционный фильтр с поочередной регенерацией секций.
Обычно конструкцию фильтра рассчитывают на давление, превышающее рабочее на 0,1-0,15 МПа.
12.2. Фильтры с фильтрующей загрузкой.
В качестве фильтро вального материала применяют кварцевый песок, дробленый антрацит, гранулированный доменный шлак, шамотную крошку. Выбор фильтровального материала зависит от качества исходной воды и от требований, предъявляемых к очищенной воде.
Эффективность работы фильтра характеризуется его грязеемкостью, т.е. количеством задерживаемых за период между регенерациями загрязнений в пересчете на сухой продукт.
В зависимости от скорости фильтрования фильтры разделяют на:
- низкоскоростные (VФ=0,1-0,2 м/ч);
- скоростные (VФ=6-12 м/ч);
- сверхскоростные (VФ=25-80 м/ч).
Фильтры могут быть напорными и безнапорными. Сверхскоростные фильтры могут быть только напорными.
В металлургии безнапорные скоростные фильтры применяют только для водоподготовки.
Для очистки сточных вод применяют напорные скоростные и сверхскоростные фильтры.
Напорные фильтры работают при давлении воды до 600 кПа (60 м. вод.ст.), что позволяет использовать остаточный напор для осветления воды без разрыва струи.
Тема 13. Интенсификация процессов отстаивания.
При осветлении воды отстаиванием из нее удается удалить только грубодисперсные частицы, так как для отстаивания тонкодисперсных частиц требуется продолжительное время.
Ускорить процесс осаждения мелких частиц можно их коагуляцией. При коагуляции происходит слипание мелких частиц между собой, иногда при этом захватываются более крупные частицы. Образующиеся при коагуляции крупные тяжелые хлопья осаждаются быстрее.
В металлургии применяется реагентная коагуляция, магнитная коагуляция и реагентно-магнитная коагуляция.
13.1. Реагентная коагуляция.
Мелкие частицы, не поддающиеся осаждению простым отстаиванием, обладают электрическим зарядом. Частицы с одноименным зарядом отталкиваются, что препятствует их объединению в более крупные агрегаты.
Наиболее распространенный способ реагентной коагуляции заключается в том, что в обрабатываемую воду вводят растворы сернокислых солей железа или алюминия. Применяют сернокислый алюминий Al2(SO4)3·18H2O, железный купорос FeSO4·7H2O и хлорное железо FeCl3. Коллоидные частицы гидроокиси металла имеют заряд, противоположный по знаку заряду взвешенных частиц обрабатываемой воды. Благодаря этому происходит нейтрализация зарядов и интенсивное образование хлопьев.
Быстрое и равномерное перемешивание раствора реагента с водой осуществляется в смесителях. Смесители рассчитываются на пребывание в них воды до 2 мин. В смесителе реагенты начинают взаимодействовать с обрабатываемой водой, но для образования хлопьев требуется более длительное время (10-30 мин), поэтому процесс продолжается в специальных камерах хлопьеобразования. Здесь также производится перемешивание, которое способствует процессу хлопьеобразования. Скорость движения воды при перемешивании устанавливается в таких пределах, чтобы предотвратить выпадение хлопьев в камере хлопьеобразования, но не разбивать сформировавшиеся хлопья.
Из камеры хлопьеобразования вода поступает на осветление (отстойники, гидроциклоны, фильтры).
13.2. Магнитная коагуляция.
Во многих сточных водах металлургических производств содержатся железосодержащие взвешенные вещества. Это позволяет ускорить процесс осветления сточных вод за счет их обработки в магнитном поле.
Магнитное поле в потоке воды создается с помощью электромагнитов постоянного тока или пластинчатых постоянных магнитов. При применении электромагнитов расход электроэнергии составляет 0,001 кВт на 1 м3 очищенной воды. Продолжительность обработки воды магнитным полем 0,04-0,7 с.
После обработки в магнитном поле благодаря остаточной намагниченности мелкие частицы слипаются, образуя флокулы, скорость осаждения которых значительно больше, чем у частиц до слипания. Процесс осветления ускоряется в несколько раз (до 5 раз).
13.3. Реагентно-магнитная коагуляция.
Процесс заключается в обработке сточных вод реагентами с последующим пропусканием через магнитное поле и дальнейшим отстаиванием на обычных очистных сооружениях.
13.4.Осветление в слое взвешенного осадка.
Процесс заключается в том, что обработанную реагентами воду пропускают через слой ранее выпавшего осадка, находящегося во взвешенном состоянии и являющегося своеобразным фильтром, задерживающим взвешенные вещества. Осветлители такого типа в 1,5-2 раза производительнее вертикальных отстойников при лучшем эффекте осветления.