Совершенствование методов промывки скорых фильтров

При недостаточной промывке уменьшается период полезной работы фильтра, сокращается фильтроцикл, увеличиваются объемы промывной воды, а также может произойти выход из строя всего очистного сооружения

В настоящее время в области коммунального и промышленного водоснабжения для осветления воды применяется метод фильтрования. Для водоподготовки чаще всего используют скорые фильтры, загруженные сыпучим фильтрующим материалом (песок, антрацит, керамзит и другие), уложенным на гравийно-поддерживающие слои.

В процессе фильтрации со временем загруженный сыпучий фильтрующий материал исчерпывает свою способность задерживать загрязнения и нуждается в промывке. К существующим распространенным способам промывки скорых фильтров относят водный, воздушный и водо-воздушный.

Задачей промывки любого фильтра является удаление из толщи фильтрующего материала (особенно из его верхних слоев) загрязнений, удерживаемых в процессе фильтрования. При этом зерна фильтрующего материала должны быть тщательно отмыты и занимать после промывки то положение, в котором они находились при нормальной работе фильтра.

Промывка оказывает решающее влияние на нормальный режим работы фильтра. При недостаточной промывке уменьшается период его полезной работы, сокращается фильтроцикл, увеличиваются объемы промывной воды, а также может произойти выход из строя всего очистного сооружения.

Основной задачей при подборе и расчете способа промывки является установка оптимальных значений интенсивности промывки и относительного расширения слоя загрузки. В нормативном документе [1] в зависимости от типа фильтровального сооружения, материала загрузки и его эквивалентного диаметра установлена величина требуемого относительного расширения загрузки, а также интенсивность и продолжительность промывки для каждого из способов. Водная промывка в среднем осуществляется в течение 5-7 мин с интенсивностью подачи воды 12-18 л/(с⋅м²).

Для снижения расхода промывной воды и уменьшения размеров водоотводящих устройств применяют водо-воздушную промывку.Способ предполагает подачу сжатого воздуха, чаще всего от компрессоров. Промывка осуществляется в три этапа: подача воздуха с интенсивностью 1520 л/(с⋅м²) в течение 1-2 мин, затем совместная водо-воздушная промывка с интенсивностью подачи воздуха 15-20 л/(с⋅м²) и воды 3-4 л/(с⋅м²) в течение 45 мин, и последующая подача воды с интенсивностью 6-8 л/(с⋅м²) в течение 4-5 мин для вытеснения закаченного воздуха.

Для реализации водо-воздушной промывки стандартным способом конструкция фильтровального сооружения содержит две дренажно-распределительных системы, то есть для отдельной подачи воды и воздуха.

В последнее время способы обратной промывки скорых фильтров постоянно совершенствуются. Авторы [2] предлагают осуществлять водо-воздушную промывку в 2 этапа: барботирование загрузки сжатым воздухом с удельным расходом 10-20 л/(с⋅м²) в течение 6-10 мин, с последующей отмывкой загрузки путем подачи воды с удельным расходом 10 - 20 л/(с⋅м²) в течение 6-10 мин; причем на втором этапе периодически, один раз в неделю, осуществлять отмывку загрузки с расширением загрузки на 10-15% путем подачи воды с удельным расходом 30-35 л/(с⋅м²) в течение 3-4 мин.

Также в промышленности и коммунальном хозяйстве используются конструкции фильтров с водо-воздушной промывкой, содержащие общий трубопровод для подачи воздуха и промывной воды. При промывке таких сооружений очень важно создание водо-воздушного потока с равномерным распределением в нем пузырьков воздуха для предотвращения выноса части загрузки и смешивания ее с поддерживающими слоями.

В связи с этим предлагаются конструкции, где вода и воздух в начале процесса водо-воздушной промывки из коллектора поступают в сплошную полутрубу. Из нее вода через поры в нижней части наружной трубы поступает в полость корпуса.

В то же время воздух из коллектора распространяется по длине полутрубы и затем, достигнув внутренней поверхности наружной трубы, через ее поры поступает в виде пузырьков в полость корпуса, заполненную водой, образуя водо-воздушную смесь.

Так как пористая стенка трубы оказывает одинаковое сопротивление проходу воздуха через поры по всей ее длине, то снаружи трубы инициируется поток с равномерным распределением пузырьков воздуха. При прохождении воздуха из полости сплошной полутрубы через поры наружной трубы происходит получение мелкопузырчатой воздушной смеси, чем достигается снижение скорости подъема пузырьков.

Известен фильтр с автоматической структуризацией зернистой загрузки. [3] В начале промывки к промывной воде с помощью эжектора подсасывается вода из специального вакуум-бака, получая тем самым увеличенный начальный расход, обеспечивающий разрушение слежавшегося песка, препятствующий образованию глыб и комьев в загрузке, делая ее сыпучей по всей площади.

Постепенно суммарный расход промывной жидкости снижается до нормального под действием формирующегося вакуума в вакуум-баке. По истечении необходимого времени режим промывки завершается и фильтр переходит в режим структуризации зернистой загрузки, при этом подача промывной жидкости прекращается.

Структуризация происходит с засасыванием первого фильтрата вакуум-баком, при этом загрузка приходит в плотное состояние, и раскладка зерен в ней оказывается инвертированной, то есть вверху сосредоточены крупные зерна, а внизу мелкие.

Авторами [4] предлагается увеличивать эффективность промывки скорых фильтров за счет воздействия ультразвука. Для осуществления данного метода применяется подвижное устройство, включающее в себя ультразвуковую установку с кабелем питания.

При наступлении промывки ультразвуковая установка опускается в скорый фильтр до уровня верха зернистой загрузки и начинается подача промывной воды снизу вверх, через дренажно-распределительную систему, далее производится погружение ультразвуковой установки во взвешенный слой на время промывки.

По истечении промывки 6,5-8,5 мин подвижное устройство поднимается. Установлено, что воздействие ультразвука улучшает качество отмывки зернистой загрузки за счет воздействия на загрязненную часть кавитационных сил, возникающих под действием мощных ультразвуковых колебаний, снижая интенсивность подачи промывной воды.

Существуют конструкции фильтров, в которых акустические излучатели равномерно размещаются в слое фильтрующего материала по всему объему (сечению и высоте). Перед подачей промывной воды можно провести предварительное воздействие на слой фильтрующего материала ультразвуковым полем с частотой колебаний 5-50 кГц в докавитационном режиме в стоячей воде.

Ультразвуковой метод является экологически безопасным, но при внедрении этой технологии на очистной станции необходимо учитывать время воздействия ультразвука в зависимости от конкретных условий работы фильтров, а также параметры генератора (частоту).

Литература:

[1] Свод правил 31.13330.2012. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*. - Введ. 2013-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 123 с.

[2] Способ промывки напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой: пат. 2397004 Рос. Федерация: МПК B01D24/46 / Д.В. Сталинский, А.В. Ерохин, В.А. Ботштейн и др.; заявитель и патентообладатель «Энергосталь». - № 2009110295/15; заявл. 24.03.2009; опубл. 20.08.2010, Бюл. № 23. - 8 с.: ил.

[3] Фильтр с автоматической структуризацией зернистой загрузки для жидкостей: пат.2405614 Рос. Федерация: МПК B01D24/46 / Г.И. Давлетшина, А.Ю. Ищенко, Ю.А. Ищенко; заявитель и патентообладатель Г.И. Давлетшина, А.Ю. Ищенко, Ю.А. Ищенко. - № 2009115025/05; заявл. 20.04.2009; опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34. - 9 с.: ил.

[4] Серпокрылов, Н.С. Исследование влияния обработки ультразвуком загрузки при водяной промывке фильтров / Н.С. Серпокрылов, А.М. Баринов, Л.Г. Спиридонова, Е.Н. Серпокрылов / Науковедение. - ИГУПИТ, 2013. - № 5. - С. 1-7.

Источник:

В.О. Головин. «О совершенствовании способов промывки скорых фильтров»