Очистка сточных вод фильтрованием
Фильтрование применяют для выделения из сточных вод в основном грубо- и мелокодисперсных примесей. Фильтрование обычно является завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.
Метод фильтрования применяется для очистки производственных сточных вод, в том числе в системах оборотного водоснабжения предприятий, для доочистки бытовых сточных вод, прошедших биологическую очистку, а также в водоподготовке для осветления природных вод.
В зависимости от количества и характера примесей, а также от расхода сточных вод и требований к осветленной воде применяют фильтры с фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.
Осветление сточных вод в аппаратах с фильтровальными перегородками
К аппаратам с фильтровальными перегородками относятся барабанные вакуум-фильтры, барабанные микрофильтры, дисковые, ленточные, камерные фильр-прессы.
Микрофильтры представляют собой вращающиеся горизонтальные барабаны диаметром 1,5-3,0 м с металлическими сетками, имеющими отверстия размером от 20 до 60 мкм. Барабан на 2/3 погружен в воду. Сточная вода поступает внутрь барабана и фильтруется через сетчатые элементы наружу. Для промывки микрофильтра над барабаном располагаются спрыски, в которые под давлением 0,03 – 0,2 МПа подается промывная вода.
Удельная производительность микрофильтров – от 0, 01 до 0,025 м3/(м2∙с) при потере напора 0,2 м. Расход промывной воды составляет 1-3% от количества профильтрованной воды. Линейная скорость вращения сетки изменяется от 0,1 до 0,5 м/с.
Микрофильтры могут быть использованы для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных и химических комбинатов, заводов по производству искусственного волокна. Микрофильтрование может применяться как предварительная очистка перед биологической, а также как метод доочистки сточных вод. Микрофильтры используют также для осветления природных вод в процессах водоподготовки.
Рис. 1 – Схема сетчатого барабанного фильтра
1 – барабан, 2 – трубы опорожнения фильтра, 3 – канал для подачи загрязненной воды в фильтр,
4 – входная труба, 5 – электродвигатель, 7 – бункер для сбора промывной воды,
8 – промывное устройство, 9 – бактерицидные лампы, 10 – камера барабанного фильтра,
11 – водослив, 12 – канал для фильтрата
Фильтрование сточных вод через зернистые загрузки
Фильтры с зернистой загрузкой применяют для доочистки сточных вод, прошедших сооружения биологической очистки, а также для выделения из сточных вод нефтепродуктов, смол.
По скорости фильтрования различают:
· медленные фильтры – линейная скорость фильтрования в них до 0,5 м/ч;
· скорые фильтры – линейная скорость фильтрования в них 2-15 м/ч;
· сверхскоростные фильтры – линейная скорость фильтрования в них более 25 м/ч.
Медленные фильтры применят при обработке воды без коагулирования, скорые фильтры – после обработки воды коагулянтами, сверхскоростные могут работать с коагулированием воды и без него.
В зависимости от размера частиц загрузки фильтры подразделяют на:
- мелкозернистые с размером частиц до 0,4 мм;
- среднезернистые с размером частиц 0,4-0,8 мм;
- крупнозернистые с размером частиц более 0,8 мм.
Фильтры бывают открытые (безнапорные) и напорные (закрытые). Движение воды через безнапорные, или самотечные фильтры, заполненные до определенной отметки фильтрующей загрузкой, происходит под напором, создаваемым разностью отметок уровней воды в фильтре и на выходе из него. Движение воды через слой фильтрующей загрузки напорных фильтров происходит под напором, создаваемым насосами.
При ухудшении качества фильтрата (очищенной воды) или значительном увеличении гидравлического сопротивления фильтра его переключают в режим промывки загрузочного материала. Цикл работы фильтра от одной промывки до следующей называют фильтроциклом.
Фильтроцикл состоит из следующих стадий:
- фильтрование сточной воды;
- регенерация фильтра, включающая:
· взрыхление загрузки (сжатым воздухом или импульсной подачей воды);
· промывка загрузки водой.
Продолжительность фильтроцикла зависит от многих факторов:
- концентрации и свойств примесей;
- высоты слоя загрузки;
- размера частиц загрузки.
Фильтрующие материалы
К фильтрующим материалам предъявляют следующие требования:
- должны обладать определенным фракционным составом;
- должны обладать механической прочностью к истиранию и измельчению;
- должны обладать химической стойкостью к воде и ее примесям;
- должны быть доступными;
- должны иметь невысокую стоимость.
Фракционный состав фильтрующей загрузки зерен определяет производительность фильтра. При использовании очень крупной загрузки пропускная способность фильтра увеличивается, но качество фильтрата (очищенной воды) снижается. Мелкий фильтрующий материал вызывает уменьшение продолжительности фильтроцикла и перерасход промывной воды. При значительной неоднородности фракционного состава фильтрующей загрузки ухудшаются условия промывки, а также происходит концентрирование мелких частиц на поверхности загрузки.
Недостаточная механическая прочность фильтрующего материала способствует увеличению гидравлического сопротивления загрузки и уносу материала промывной водой.
Химическая стойкость предотвращает изменение свойств фильтрующего материала в процессе эксплуатации фильтра.
В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, доломит, магнетит, пористые полимерные материалы (из полистирола, полиуретана).
Для предотвращения выноса фильтрующего материала с фильтратом в фильтрах устанавливают дренажные системы (дырчатые трубы, пластины, колпачки).
Открытые фильтры
Открытый фильтр представляет собой прямоугольный в плане резервуар, загруженный фильтрующим слоем зернистого материала и поддерживающими слоями, под которыми размещена дренажная система. Дренажная система предназначена для отвода отфильтрованной воды и равномерного распределения промывной воды. В качестве дренажа используют пористые трубы и плиты, колпачки и др.
В верхней части фильтра расположены желоба для подачи исходной сточной воды и отвода грязной промывной воды. Вдоль фильтра размещают аппаратуру для управления работой фильтра, в том числе регуляторы скорости фильтрования.
Высоту слоя воды над загрузкой принимают не менее 2 м.
Высоту слоя фильтрующей загрузки выбирают в зависимости от гранулометрического состава зерен загрузки, характера примесей, требуемой эффективности загрузки, скорости фильтрования.
Для очистки сточных вод применяют, как правило, скорые открытые фильтры. Скорость фильтрования составляет обычно 5-10 м/ч.
Рис. 2 – Однопоточный открытый скорый фильтр
1 – промывные желоба, 2 – приемный карман, 3 – трубопровод для подачи сточной воды в фильтр, 4 – трубопровод для отвода загрязненной промывной воды, 5 – дырчатое днище,
6 – трубопровод для подачи промывной воды, 7 – трубопровод для опорожнения фильтра во время ремонта, 8 – дренажные трубы, 9 – поддерживающий гравийный слой,
10 – фильтрующая загрузка.
В однопоточных открытых скорых фильтрах (рис. 1) сточная вода подается по трубопроводу 3 в карман 2. Проходя фильтрующую загрузку 10 и поддерживающий гравийный слой 9, вода через дырчатое днище 5 поступает в дренаж, откуда по трубопроводу 6 отводится из фильтра. Труба 7 служит для опорожнения фильтра на время его ремонта. Промывная вода при промывке подается по трубопроводу 6, проходит поддерживающий гравийный слой 9 и фильтрующую загрузку 10 и сбрасывается в промывные желоба 1. Затем загрязненная промывная вода по трубопроводу 4 направляется в водосток.
Многослойные фильтры
Фильтры этого типа имеют многослойную загрузку, состоящую из материалов различной плотности. Наличие в многослойном фильтре верхних крупнозернистых слоев обуславливает большую глубину проникновения загрязнений в загрузку, а наличие нижнего мелкозернистого слоя кварцевого песка – достаточно высокую эффективность осветления воды.
Наибольшее распространение получили двуслойные фильтры. В качестве материала верхнего слоя используется антрацит, керамзит, полистирол, в качестве нижних – кварцевый песок, магнетит.
Скорость фильтрования воды составляет 10-25 м/ч. Грязеемкость многослойных фильтров в 2-4 раза больше, а продолжительность фильтроцикла – в 2-3 раза больше, чем у однослойных фильтров.
| Рис. 3 – Схема двухслойного фильтра 1 - подача фильтруемой воды; 2 - карман; 3 - желоб для распределения фильтруемой воды и отвода промывной; 4 - выпуск промывной воды; 5 - подача промывной воды; 6 - отвод фильтрованной воды; 7 - дренажная система; 8 - антрацит; 9 - песок; 10 - гравий |
Напорные фильтры
Напорные скорые фильтры представляют собой закрытые резервуары цилиндрической формы. Они оборудованы дренажной системой для отвода осветленной воды и подачи промывной воды, устройством для распределения сжатого воздуха. Напорные фильтры рассчитываются на давление 0,4-0,6 МПа.
Напорные фильтры могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные напорные фильтры имеют, как правило, диаметр 1-3,4 м, высоту слоя фильтрующего материала 1-1,2 м и производительность 50-90 м3/ч.
Напорные скорые фильтры применяют для осветления сравнительно небольших объемов сточных вод, загрязненных взвешенными веществами, смолами.
Рис. 4 – Напорный вертикальный кварцевый фильтр
1 – подача воды на фильтрацию, 2 – корпус фильтра, 3 – слив промывной воды, 4 – слой фильтрующей песчаной загрузки, 5 – поддерживающий слой гравия, 6 – подача воздуха для взрыхления загрузки, 7 – отвод осветленной воды, 8 – подача промывной воды, 9 – отвод загрязненной промывной воды, 10 – трубка для сброса воздуха