Фильтры с плавающей загрузкой и фильтры непрерывного действия

Перспективным направлением в технике фильтрации воды является разработка фильтров с плавающей загрузкой. В них используются гранулы вспененного полистирола с очень низкой плотностью, порядка 50–100 г/л. Такие гранулы имеют более высокие адгезионные и электрокинетические свойства, чем у песка, и их применение интенсифицирует процесс фильтрования воды . Так, фильтры с плавающей загрузкой позволяют работать с более загрязненной водой и с большей скоростью фильтрования, упростить регенерацию загрузки, отказаться от использования дополнительных насосов и емкостей для промывной воды.

Возможно использование плавающей загрузки в стандартных стальных корпусах, у которых дренажное устройство размещено вверху. Скорость фильтрования воды определяется давлением (напором) поступающей воды. Считается, что она может быть выше, чем для тяжелых загрузок.

Безнапорный фильтр очистки воды с плавающей загрузкой: 1 – корпус; 2 – опорная решетка; 3 – плавающая загрузка; 4 – распределительная решетка

Более интересен вариант безнапорных фильтров с движением воды сверху вниз. Длительное время проводится разработка конструкций таких аппаратов. В общем виде безнапорный фильтр очистки воды с плавающей загрузкой представляет собой емкость, часто прямоугольного сечения 1 , в верхней части которой устанавливается перфорированная решетка 2 с отверстиями меньшими, чем размер гранул. Эта решетка является критическим элементом конструкции , поскольку она выполняет ряд функций – задержание наименьших частиц загрузки, а также равномерный сбор воды при фильтрации и ее распределение при взрых лении. При этом она должна обладать высокой прочностью, поскольку воспринимает выталкивающую силу всплывающих гранул и перепад давления при фильтрации воды. В нижней части фильтра установлено распределительное устройство для ввода очищаемой воды 4 , а в верхней – патрубок вывода очищенного раствора. Патрубок располагается выше решетки так, чтобы над ней находился запас воды, необходимый для регенерации.

При очистке воды она подается снизу через распределитель, фильтруется через слой плавающих пенополистирольных шариков и, пройдя через решетку, попадает в верхнюю буферную зону. Очищенная вода выводится через патрубок. При загрязнении фильтрующей загрузки производится ее регенерация. Для этого подача воды на очистку прекращается, открывается сбросной клапан и о чищенная вода из зоны, расположенной выше решетки, самотеком устремляется вниз, ожижая полистирольную загрузку. При кипении ее слоя происходит отмывка частиц от загрязнений, которые вместе с потоком воды удаляются из фильтра.

В ЗАО «Аквастройсервис» разработали серию конструкций фильтров очистки воды такого типа – «установки Ремизова» с чисто гидравлической системой саморегулирования без какой-либо автоматики и запорной арматуры.

Преимуществом фильтров с плавающей загрузкой наряду с высокой грязеемкостью, является отсутствие энергозатрат на проведение промывки загрузки, простая схема управления, практическая неистираемость загрузки при высокой ее способности к отмывке.

Предлагаются варианты использования таких фильтров для совместного процесса сорбции-осветления.

Длительное время во всем мире разрабатываются многочисленные варианты фильтров очистки воды непрерывного действия . Основная их идея состоит в одновременном проведении процессов очистки воды и регенерации загрузки в различных по размерам и конструкции аппаратах или их секциях. Это позволяет оптимизировать каждый из процессов, т. е. проводить их с наибольшей эффективностью. Основные трудности при создании таких фильтров состоят в организации перемещения загрузки между узлами очистки воды и регенерации.

Механический фильтр очистки воды непрерывного действия Динасенд: 1 – корпус; 2 – фильтрующая загрузка; 3 – желоб; 4, 7 – узел регенерации; 5 – кольцевой отстойник; 6 – сливной патрубок; 8, 10 – конуса-распределители; 9 – распределитель раствора; 11 – эрлифт

Наибольший успех был достигнут при создании фильтров с движущимся слоем песка – Динасенд и Астрасенд, которые применяют за рубежом более 20 лет. Такой фильтр состоит из вертикального безнапорного цилиндрического корпуса с коническим днищем, внутри которого размещены: внизу – распределитель раствора 9 , а вверху – сборный желоб 3 для отвода чистой воды. По центру расположен эрлифт 11 и отмывочная колонна 7 . Внутренний объем фильтра заполнен специальным высокопрочным песком определенной фракции 2 . Загрязненная вода подается снизу через распределитель в слой песка и фильтруется вверх, очищаясь от механических примесей. Песок, содержащий извлеченные загрязнения,

откачивается снизу эрлифтом, т. е. с помощью воздуха, подаваемого в нижнюю часть центральной трубы. Воздух, поднимаясь по ней с высокой скоростью, увлекает с собой воду и частички песка. При движении в эрлифте происходит интенсивное трение частичек друг о друга и о стенки трубы, при котором с них удаляются загрязнения. В верхней части фильтра песок со смытыми загрязнениями попадает в отмывочную колонку 7 , в которую снизу за счет перепада уровней подается осветленная вода. При движении песка вниз, противотоком к отмывочной воде, происходит его отмывка. Затем через распределитель песка 8 чистые частицы песка равномерно падают на слой загрузки. Таким образом происходит непрерывное и одновременное фильтрование воды и отмывка песка . Движение слоя песка в фильтре происходит противотоком к движению очищаемой воды. Поэтому достигается высокое качество очистки воды при большой грязеемкости загрузки. Регулируя скорость циркуляции песка и расход воды на отмывку, можно производить очистку вод различной загрязненности.

Высокая грязеемкость таких фильтров позволяет производить контактную коагуляцию с введением реагентов в воду непосредственно перед ее подачей в фильтр. Это дает возможность исключить малопроизводительные отстойники и резко уменьшить габариты установок очистки воды от взвесей.

Удельная производительность таких фильтров ограничивается скоростью начала псевдоожижения частиц песка и составляет обычно до
10–12 м³/м² ч. Они легко соединяются в параллельные блоки, имеющие производительность до тысяч м³/ч. За рубежом работают сотни таких фильтров. Близкие по конструкции фильтры производительностью 30 м³/ч были разработаны в России в конце 80 – начале 90 гг. автором данной работы, но их внедрения не произошло из-за остановки предприятий-заказчиков.