0 Заявка на заказ комплектующих Подобрать оборудование

Установки мехфильтрации и обезжелезивания ДЕЛЬТА ВПУ-МФ

Фильтрование один из самых распространённых методов водоподготовки и очистки стоков. Сущность метода довольно проста и заключается в пропускании обрабатываемой воды, содержащей примеси различной природы, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для частиц загрязнений. При этом собственно процесс фильтрования сопровождается большими затратами энергии, так как в процессе накопления загрязнений на фильтрующей поверхности или внутри фильтровального материала, растёт перепад давления на фильтре и увеличиваются энергетические затраты для преодоления этого перепада при сохранении потока стабильным. 
Понятно, что допускать большие перепады давления и высокие энергетические затраты в процессе водоподготовки недопустимо и это определяет место процессов фильтрования в технологической схеме водоподготовки. В большинстве случаев фильтрование один из финишных этапов очистки, и место фильтров в схеме водоподготовки или водоочистки, после таких процессов как осветление воды и выделение основной массы взвешенных частиц в процессах осветления в отстойниках или флотаторах. Однако в случае небольшого содержания взвешенных веществ в исходной воде (например, обезжелезивание артезианской воды) фильтрование может применяться и как первый этап очистки, например, перед мембранными процессами (нанофильтрация, обратный осмос).

Существует несколько видов собственном процесса фильтрования в зависимости от соотношения размеров примесей воды, их заряда и пор фильтрующего материала:

  • Процеживание – задержание примесей на поверхности фильтрующего материала, при этом размеры пор фильтрующего материала меньше размеров собственно частиц загрязнений.

  • Плёночное фильтрование – задержание примесей также на поверхности фильтрующего слоя, но в данном случае сами загрязнения образуют на поверхности фильтровального материала вторичный фильтрующий слой с размерами пор даже более мелкими, чем исходный фильтровальный материал, что позволяет задерживать частицы существенно меньшего размера, чем поры фильтрующего слоя: коллоиды, бактерии, крупные вирусы.

  • Объёмное фильтрование – задержание примесей в слое фильтрующего материала, внутри его пор и каналов. Взвешенные частицы, проходя через слой фильтрующего материала, многократно изменяют направление и скорость движения в промежутках между гранулами (в случае зернистых загрузок) или волокнами (в случае глубинных фильтров, например, из навитой полипропиленовой нити и т.п.) фильтрующего материала. В этом случае грязеемкость (масса/объём частиц загрязнений, задерживаемых фильтром в процессе одного фильтроцикла) фильтра существенно больше, чем при пленочном фильтровании.

  • В большинстве случаев в современных конструкциях фильтров плёнка не образуется и примеси проникают в толщу фильтровального материала (фильтрующей загрузки).

В зависимости от природы и типа фильтрующего слоя различают следующие виды фильтров: зернистые (фильтрующий слой - кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит, пенополистирол, иониты, сорбенты и др.); сетчатые (фильтрующий слой – сетка из различных материалов, в частности нержавеющей стали с размером ячеек 20-1000 мкм); картриджные и мешочные (фильтрующий слой - хлопчатобумажные, полипропиленовые и полиэфирные ткани и нетканные материалы) с размером пор от 0,5 до 1000 мкм; намывные (фильтрующий слой – бентонит, древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и другие материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).


Зернистые фильтры применяют для очистки хозяйственно-питьевой и технической воды, от тонкодисперсиой взвеси и коллоидов; сетчатые - для задержания грубодисперсных взвешенных и плавающих частичек; тканевые – как финишный этап тонкой очистки после тех же зернистых фильтров; намывные - для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительности (в частности удаление нефтепродуктов из конденсатов).

При большом разнообразии типов фильтрования наиболее распространённым является фильтрование на насыпных механических фильтрах с зернистой (гранулированной) фильтрующей загрузкой. В данном разделе эти фильтры мы в основном и будем рассматривать.

Осветлительные фильтры с зернистой фильтрующей загрузкой широко применяются в различных системах водоподготовки, для процессов механической фильтрации, обезжелезивания, деманганации, на ВПУ ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, промышленных и коммунальных котельных, в пищевой промышленности и многое другое. Конструкции и типоразмерный ряд фильтров позволяют проектировать системы производительностью от 100 л/час до 1000 м3/час.

Сущность процесса

Вода, содержащая взвешенные частицы, двигаясь через зернистую загрузку, задерживающую взвешенные частицы, осветляется. Эффективность процесса зависит от физико-химических свойств примесей, фильтрующей загрузки и гидродинамических факторов, основным из которых является скорость потока осветляемой воды.

Физико-химическая сущность осветления и обесцвечивания воды в процессе фильтрования заключается в адгезии (прилипании) взвешенных и коллоидных частиц к поверхности зерен фильтрующего материала или к ранее прилипшим частицам. Осадок, образовавшийся в порах загрузки, имеет непрочную структуру, разрушающуюся под действием гидродинамических сил потока. В каждом элементарном слое загрузки осветление воды происходит до тех пор, пока силы отрыва частиц не начинают превалировать над силами адгезии и аутогезии (взаимодействия между частицами в прилипшем слое). Оторвавшиеся частицы осадка переносятся в последующие слои и там задерживаются.

В толщине загрузки происходит накапливание загрязнений, уменьшается свободный объем пор и возрастает гидравлическое сопротивление загрузки, что приводит к росту потерь напора в загрузке. В общем виде, процесс фильтрации можно условно разбить на несколько стадий: перенос частиц из потока воды на поверхность фильтрующего материала; закрепление частиц на зернах и в щелях между ними - адгезия; отрыв закрепленных частиц (суффозия) с переходом их обратно в поток воды и возможное закрепление глубже в слое фильтрующей загрузки или вынос из фильтра.

Время, в течение которого достигается осветление воды до заданной степени, называется временем защитного действия загрузки. При его достижении либо при достижении предельной потери напора осветлительный насыпной фильтр необходимо перевести в режим взрыхляющей промывки, когда загрузка промывается обратным током воды, а загрязнения сбрасываются в дренаж.

Кроме осветления поверхностных вод, с помощью зернистых фильтров осуществляют обезжелезивание и деманганация; процессы, связанные с ионным обменном, в частности деминерализация и умягчение; адсорбция в слое гранулированного активированного угля, фторирование и дефторирование (гранулированные окислы алюминия); стабилизацию воды и некоторые другие. Каждый из этих процессов описывается отдельно в своём разделе.

Зернистые фильтры по скорости фильтрования разделяют на медленные скорость фильтрования 0,1-0,2 м/ч, полускорые 0,2-5,0 м/ч, скорые 5,0-15 м/ч и сверхскорые, скорость фильтрования более 15-25 м/ч.

Дополнительно (кроме скорости фильтрования) фильтры с зернистой загрузкой могут классифицироваться:

  • По направлению потока: с нисходящим потоком (сверху-вниз) и восходящим потоком (снизу-вверх). Нисходящий поток наиболее распространён и применяется в большинстве конструкций фильтров. Восходящий поток фильтрации применяется существенно реже, например, в фильтрах с плавающим слоем (загрузка – гранулированный пенополистирол и т.п.), в специфических процессах ионного обмена и в некоторых случаях в процессах адсорбции на активированных углях.

  • По давлению, под которым они работают: открытые (безнапорные), напорные.

  • По крупности фильтровального материала: мелко-, средне – и крупнозернистые.

  • По количеству фильтрующих слоёв: однослойные, двухслойные, многослойные.

Условия применения

Фильтрование допустимо применять при мутности исходной воды до 30 мг/л и цветности до 50 градусов платино-кобальтовой шкалы. В отдельных случаях допустимо для двухслойных фильтров с загрузками, например, кварцевый песок (нижний слой) – антрацит (верхний слой) применение фильтров при мутности исходной воды до 100 мг/л, а для однослойных фильтров – до 50 мг/л. Если в исходной воде значение перманганатной окисляемости превышает значение 15 мгО2/л, а цветность более 30 градусов, то необходимо предварительное коагулирование и нагрузку на фильтр по взвешенным веществам необходимо учитывать совместно с дозой коагулянта (вернее количеством гидроксидных осадков, образующихся в процессе гидролиза коагулянта).

Технологический процесс осветления. Конструкция фильтров

Технологический процесс фильтрования главным образом реализуется методом объёмного фильтрования в вертикальных насыпных фильтрах.

На данный момент широкое распространение приобрели фильтры из стали диаметром от 1000 мм до 3400 мм, а для малых систем водоподготовки наиболее широкое распространение получили фильтры из полиэтилена армированного стекловолоконной нитью с эпоксидной смолой.

Если мы говорим про стальные фильтры, то отечественная промышленность выпускает фильтры типа ФОВ (фильтры вертикальные осветлительные).

ФОВ состоит из стального цилиндрического корпуса с приваренными к нему эллиптическими днищами, установленного вертикально на опоры. Корпус изнутри может быть обработан различными типами антикоррозионных покрытий, для увеличения срока службы фильтра. Корпус оборудован боковыми люками-лазами для обслуживания внутренних распределительных устройств, пробоотборными устройствами, обвязкой трубопроводами с запорно-регулирующей арматурой. Дренажно-распределительные системы могут быть различных типов, наиболее распространённые из которых: ложное дно, копирующего типа. Ложное дно снабжено щелевыми колпачками с прозором 0,2-0,4 мм для предотвращения выноса фильттрующего материала, в системе копирующего типа щели аналогичной ширины размещаются на боковых отводах-трубопроводах. Задача дренажно-распределительной системы – равномерное распределение и сбор воды по площади поперечного сечения фильтра.

Стеклопластиковые фильтрующие корпуса, как правило импортного производства (Pentair Structural, Wave Cyber, Canature Environmental Products и некоторых других). По сути устройство данных фильтров аналогично устройству металлических фильтров: цилиндрическая часть с верхним и нижним эллиптическим днищем, с верхним или верхним и нижним закладными устройствами диаметром 2.5, 4.0 дюйма (резьбовое соединение) или 6.0 дюймов (фланец), отдельно устанавливаются распределительные устройства различного конструктива. Типоразмерный ряд существенно шире и включает фильтры от 155 до 1600 мм, что позволяет гибко проектировать системы водоподготовки и водоочистки различных производительностей. Дополнительными преимуществами является малая масса фильтров, простота конструкции и обслуживания, широкий диапазон давлений (до 10 bar) и огромное количество блоков управления для автоматизации процесса фильтрации.

Цикл работы фильтра состоит из следующих операций:

  • Фильтрование (собственно осветление), основной рабочий цикл продолжительностью от 8 до 72 часов и в некоторых случаях более.

  • Обратноточная промывка,продолжительность от 6 до 30 минут.

  • Прямая промывка (сброс первого фильтрата), в некоторых случаях может отсутствовать, типичная продолжительность 3-15 минут.

Рабочий цикл ФОВ заканчивается при достижении одного из условий: ухудшение качества фильтрата на выходе фильтра, достижение предельного перепада давления в фильтре (разница давлений на входе и выходе), как правило 1-3 bar. Достижение данных условий связано в данном случае с одним фактором – накоплением загрязнений в толще фильтрующей загрузки.

По окончании цикла фильтрования необходимо провести восстановление фильтрующей способности загрузки, для чего проводится операция обратноточной промывки. Промывка фильтров производится подачей ранее осветлённой воды или в некоторых случаях, например, для систем малой производительности допускается использование исходной воды в качестве промывной. В процессе промывки меняется направление движения воды в фильтре, для фильтров с тяжёлой фильтрующей загрузкой, промывка осуществляется в направлении снизу-вверх. Промывная вода должна в процессе промывки проходить со скоростью в 4-7 раз больше скорости фильтрования, например, для фильтров с загрузкой кварцевым песком скорость фильтрации составит 7-12 м/час, а в процессе обратной промывки скорость составит 45-50 м/час. Двигаясь со столь большой скоростью промывная вода поднимает и взвешивает загрузку, зёрна расширившийся загрузки, хаотично двигаясь и соударяясь друг с другом оттирают со своей поверхности налипшие загрязнения, которые попадают в промывную воду и через верхнюю распределительную систему вымываются в дренаж.

В процессе прямой промывки поток воды двигается так же, как и в рабочем режиме: сверху вниз через фильтрующую среду, затем сбрасывается в дренаж через нижнюю распределительную систему. Этот режим служит для формирования структуры фильтрующего слоя и удаления загрязнений из нижней части фильтра. Таким образом, происходит подготовка фильтра к началу следующего рабочего цикла.

После промывки фильтр вновь переходит в режим фильтрации.

Всеми режимами работы фильтров можно управлять вручную с помощью своевременного переключения запорно-регулирующей арматуры, возможна также полностью автоматическая работа фильтров. Для систем небольшой производительности целый ряд компаний производит различные блоки управления, которые полностью автоматизируют процесс работы фильтра, наиболее широко применяются системы управления торговых марок Clack, Flack, Autotrol и некоторых других. 

Фильтрующие материалы

Фильрующий материал насыпных фильтров должен обладать надлежащим гранулометрическим составом, достаточной механической и химической стойкостью зёрен. Для процессов фильтрации такими требованиям удовлетворяют дроблёный антрацит и кварцевый песок, керамзит. Для процессов обезжелезивания и деманганации используются различные специальные загрузки, обладающие каталитическими свойствами в процессах окисления растворённых форм железа и марганца, как отечественного, так и импортного производства: сорбент АС и МС, АПТ-1 керамо про, МЖФ, Birm, Greensand и много много других аналогичных загрузок.