Новые конструкции зернистых фильтров для очистки природных и сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новые конструкции зернистых фильтров для очистки природных и сточных вод

Костин В.Д., Шевцов М.Н., Медведева Г.Г., ТОГУ

Абстракт

Статья посвящена анализу зернистых фильтров для очистки природных и сточных вод. Проведено ознакомление с зернистыми фильтрами. Проанализированы и представлены различные загрузки зернистых фильтров. Рассказывается о конструктивных классификациях фильтров. Далее в статье подлежит представлению и ознакомлению новая и эффективная конструкция радиального двухслойного фильтра, предложенного в Хабаровском политехническом институте. Рассказывается о составляющей этого фильтра, о его принципе работы, а также его достоинствах.

Ключевые слова: зернистый, фильтр, очистка, природных, сточных, загрузка, промывка, новые конструкции, эффективный, радиальный, двухслойный.

Abstract

New construction granular filters for cleaning of natural and sewage

Kostin V.D., Shevtsov M.N., Medvedeva G.G., PNU

The article analyzes particulate filters for water and sewage. A familiarization with granular filters. Analyzed and presented various loading granular filters. It is told about structural classifications of filters. Later in the article to be submitted and educate new and efficient design of the radial double-layer filter, proposed in the Khabarovsk Polytechnic Institute. It is told about this part of the filter, its principle of operation, as well as its advantages.

Keywords: granular, filter, clean, natural, waste, loading, washing, new designs, efficient, radial, dual layer.

По своему технологическому предназначению зернистые фильтры предназначены для очистки природных вод и для очистки сточных вод путем фильтрования. Под фильтрованием называют процесс разделения суспензий и эмульсий с использованием пористых перегородок или зернистых слоев, которые задерживают диспергированную фазу и пропускают жидкость. В практике очистки природных и сточных вод используют следующие процессы фильтрования: фильтрование через фильтровальные перегородки, фильтрование через зернистые слои, микрофильтрация, фильтрование эмульгированных веществ.

Кроме осветления, с помощью зернистых фильтров осуществляют умягчение (ионообменные зернистые фильтрующие материалы), фторирование (флюоритовый песок), обесфторивание (гранулированные окислы алюминия A12O3) и стабилизацию воды (мраморная крошка).

По виду загрузок, зернистые фильтры бывают: с тяжелыми зернистыми (плотность зерен которых больше плотности воды) и с плавающими загрузками, которые способны пребывать неограниченное время в воде в плавающем состоянии.

К первым относятся фильтры с кварцевой и антрацитовой загрузкой, с загрузками из дробленого и недробленого керамзита, горелых пород, вулканических шлаков, активированного угля, мраморной крошки, ионообменных природных и искусственных зернистых материалов.

Ко второй группе относятся фильтры с пенополистирольной гранулированной загрузкой.

В качестве плавающих или полуплавающих фильтрующих материалов могут также применяться замкнутоячеистые водонепроницаемые гранулы шунгизита, стеклопора, гранулированных шлаков, дробленые отходы от пенопластовых плит и им подобные.

Все фильтрующие материалы могут иметь инертную (химически неактивную), активную и модифицированную поверхность.

Различают мелкозернистую (d = 0,2-0,4 мм), среднезернистую (d = 0,4-0,8 мм), крупнозернистую (d = 0,8-1,5 мм) загрузки и поддерживающие слои (d = 2,016,0 мм).

Промывка загрузки зернистых фильтров может быть: со взрыхлением загрузки водой; водовоздушная со взрыхлением фильтрующего слоя; воздушная без взрыхления фильтрующего слоя; промывка загрузки медленных фильтров с механическим или гидравлическим взрыхлением верхнего слоя и последующим гидросмывом задержанных загрязнений; комбинированная (верхняя и нижняя) промывка.

Ввиду большого разнообразия фильтрующих материалов, можно отметить, что в настоящее время особое внимание уделяется разработке и открытию новых фильтрующих материалов с повышенными показателями фильтрующей эффективности. Это обуславливается тем, что в свое время было уделено большое внимание разработке новых, более модифицированных, конструкций фильтров, и сейчас принципиальные конструкции фильтров, в основном, определены, и разнообразные конструктивные решения базируются на использовании классических элементов этих сооружений.

В конструктивном плане фильтры можно классифицировать по конструкциям дренажных и сборно-распределительных систем, материалу корпуса, технологии изготовления или сооружения фильтров.

По обеспечению равномерности распределения и сбора воды по площади фильтра все сборно-распределительные системы разделяют на системы малого сопротивления, большого сопротивления, с горизонтальной компенсацией, отводом промывной воды по желобам, с низким отводом промывной воды. Конструктивно системы для сбора и распределения промывной и отфильтрованной воды могут быть выполнены в виде дырчатых или щелевых стальных, чугунных, асбестоцементных и пластмассовых труб или лотков, а также в виде бетонных, железобетонных или полимербетонных пористых дренажных плит.

Дренажные системы из непористых плит оборудуются специальными щелевыми водяными или водо-воздушными колпачками.

Корпуса напорных зернистых фильтров изготавливают стальными с внутренним антикоррозионным покрытием. Большие производственные фильтры строят обычно из монолитного или сборного железобетона. Небольшие установки могут быть изготовлены из труб больших диаметров.

В качестве фильтрующих материалов применяют недробленый и дробленый керамзит, горелые породы, гранодиорит, доменные и вулканические шлаки, шунгизит, аглопориты, синтетические гранулированные смолы. Также находят применение гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, фарфор, керамическая крошка, хворост, волокнистые слои из асбестов, хлопчатобумажных и полимерных волокон, ткани из натуральных и синтетических материалов, сетки из металлических и синтетических нитей, пористые перегородки из кварца, шамота и других материалов. В отдельных случаях в качестве фильтрующих материалов известно применение дробленых косточек вишен и слив, гранул из измельченных отработанных автомобильных шин и др.

При необходимости устранения из воды неприятных привкусов и запахов применяют активированный уголь. Из активных фильтрующих материалов широко применяют сульфоуголь, искусственные катиониты, аниониты, мраморную крошку и магмомассу, используемые для умягчения, обессоливания и стабилизационной обработки воды. Применяют также диатомиты, представляющие собой аморфный кремний.

На кафедре инженерных систем и техносферной безопасности (ИСТБ), Тихоокеанского государственного университета, был разработан высокоэффективный радиальный двухслойный фильтр (рис. 1). Этот фильтр предназначен для очистки природных и сточных вод и может быть использован в коммунальном и промышленном водоснабжении.

Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, концентрической перфорированной средней перегородки 2 и установленной с зазором дополнительной коаксиальной перфорированной перегородкой 3, разделяющей корпус на камеры - внешнюю с крупнозернистым слоем загрузки 4 и внутреннюю с мелкозернистым слоем загрузки 5, наружной концентрической перегородки 6, периферичной камеры 7 для подачи очищаемой воды и центральной перфорированной трубы 8. Фильтр снабжен трубопроводами для подачи исходной воды 9, сбора фильтрата 10, трубопроводом 11 для подачи, системой 12 распределения и кольцевыми желобами 13 для сбора промывной воды с отводящим трубопроводом 14. Между концентрической перфорированной перегородкой 2 и дополнительной коаксиальной перфорированной перегородкой 3 присоединен патрубок 15 для подачи промывной воды.

Рис.1. Радиальный двухслойный фильтр. (разрез, схематически изображенный фильтр

Фильтр снабжен трубопроводом 6 для промывки щелей в перегородке между периферийной камерой 7 и загрузкой и трубопроводом 17 для промывки щелей в центральной перфорированной трубе 8.

Вертикальные стенки желоба 13 для сбора промывной воды имеют высоту со стороны мелкозернистого слоя загрузки 5 больше, чем со стороны крупнозернистого слоя загрузки 4, что сделано с учетом различной величины относительного расширения загрузок. Ширина желоба и минимальная высота вертикальной стенки определяются на основании общего расхода промывной воды от промывки обоих слоев загрузки.

Фильтр работает следующим образом.

Вода на очистку подается по трубопроводу 9 в закрытую периферийную камеру 7, образуемую между корпусом 1 и наружной концентрической перегородкой 6, фильтруется в горизонтальном направлении от периферии к центру сначала через крупнозернистую загрузку 4, а затем через мелкозернистую 5 с переменной скоростью фильтрации. Фильтрат собирается в центральной перфорированной трубе 8 и отводится с фильтра трубопроводом 10. Вода для промывки подается по трубопроводу 11 в распределительную систему 12 и, проходя загрузку снизу вверх, собирается кольцевым желобом 13 для сбора промывной воды и отводится по трубопроводу 14.

Для предотвращения засорения щелей в перегородках 2 и 3 и интенсификации процесса промывки вода подается ко патрубку 15, а также по трубопроводам 16 и 17 в камеру 7 и в центральную перфорированную трубу 8.

Наличие перегородок 2 и 3, установленных с зазором, и подвод воды на промывку каждого из двух слоев фильтрующей загрузки с трех сторон позволяет увеличить грязеемкость промывки, а, следовательно, и продолжительность фильтроцикла.

Выполнение вертикальных стенок желоба разной высоты с учетом различной степени расширения загрузок снижает вероятность выноса загрузки в желоб при промывке.

Предложенную конструкцию фильтра можно использовать для очистки жидкости с высоким содержанием взвешенных веществ порядка 150-300 мг/л. В настоящее время производится усовершенствование данного фильтра.

Заключение

Существует огромное количеств фильтрующих материалов, так же уделено огромное внимание различным конструкциям зернистых фильтров. Представленная конструкция очень хорошо подходит для очистки природных и сточных вод даже при высоком содержании взвешенных веществ. Его главной особенностью является снабжение дополнительной коаксиальной перфорированной перегородкой, установленной с зазором к средней перегородке, а между перегородками размещен патрубок для подачи промывной воды, что значительно повышает эффективность работы фильтра. Так же фильтр имеет высокие стенки желоба, размещенные над мелкозернистой загрузкой, больше высоты стенки, размещенной над крупнозернистой загрузкой. В связи с этим становится проще добиваться требуемых результатов в очистке природных и сточных вод.

зернистый фильтр радиальный вода

Библиографические ссылки на источники

1. Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах / М.Г. Журба. - Львов: Вища школа. Изд-во при Львовском университете, 1980. - 200 с

2. Шевцов М.Н. Радиальный двухслойный фильтр - Патент № 1722529 30.03.92 Бюл. № 12

3. Шевчук Е.А. Технология прямоточного фильтрования природных и сточных вод через зернистые загрузки / Е.А. Шевчук, А.В. Мамченко, В.В. Гончарук // Химия и технология воды. - 2005. - №4. - С. 369-384

Размещено на Allbest.ru