Л.О. Штриплинг, Ф.П. Туренко
Основы очистки сточных вод и переработки твердых отходов
Учебное пособие – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 192 с.
Глава 1. Основы очистки сточных вод
4. Механическая очистка сточных вод
4.3. Фильтрование
Фильтрование сточных вод предназначено для очистки их
от тонкодисперсных твердых примесей с небольшой концентрацией. Процесс
фильтрования применяется также после физико-химических и биологических методов
очистки, т. к. некоторые из этих методов сопровождаются выделением в очищаемую жидкость
механических загрязнений.
Для
очистки сточных вод промышленных предприятий используют два класса фильтров: зернистые,
в которых очищаемую жидкость пропускают через насадки несвязанных пористых
материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовлены из
связанных пористых материалов.
Фильтры
с зернистой перегородкой представляют собой резервуар, в нижней части которого
имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывается слой
поддерживающего материала, затем – фильтрующий материал.
Важной характеристикой
пористой среды является порозность и удельная поверхность. Порозность зависит
от структуры пористой среды и связана не только с размером зерен, но и с их
формой и укладкой:
где ε – порозность, VB – объем, занимаемый телом. При ε = 0,
среда превращается в сплошное тело, а при ε = 1 – в максимально пористое
тело (размера стенок твердого вещества так малы, что VB → 0).
Удельная
поверхность слоя определяется не только общей порозностью, но и порозностью отдельных
зерен, а также зависит от формы зерен:
где а – удельная объемная
поверхность фильтрующего слоя, м2/м3; ψ – коэффициент
формы зерен; dЭ – эквивалентный диаметр зерен, м.
По характеру механизма задерживания взвешенных
частиц различают два вида фильтрования: 1) фильтрование через пленку (осадок)
загрязнений, образующуюся на поверхности зерен загрузки; 2) фильтрование без
образования пленки загрязнений.
В первом
случае задерживаются частицы, размер которых больше пор материала, а затем
образуется слой загрязнений, который является также фильтрующим материалом.
Такой процесс характерен для медленных фильтров, которые работают при малых
скоростях фильтрования.
Во втором случае фильтрование
происходит в толще слоя загрузки, где частицы загрязнений удерживаются на
зернах фильтрующего материала адгезионными силами. Такой процесс характерен для
скоростных фильтров.
Фильтры с зернистым слоем
подразделяют на медленные и скоростные, открытые и закрытые. Высота слоя в
открытых фильтрах равна 1–2 м, в закрытых 0,5–1 м. Напор воды в закрытых
фильтрах создается насосами.
Медленные фильтры используют для фильтрования
некоагулированных сточных вод. Они представляют собой бетонные или кирпичные
резервуары с дренажным устройством, на котором расположен зернистый слой.
Скорость фильтрования в них зависит от концентрации взвешенных частиц: до 25
мг/л принимают скорость фильтрования 0,2 – 0,3 м/ч; при 25 – 30 мг/л – 0,1–0,2
м/ч.
Достоинством фильтров
является высокая степень очистки сточных вод. Недостатки: большие размеры, высокая
стоимость и сложная очистка от осадка.
Скоростные фильтры могут быть двух типов: однослойные и
многослойные. У однослойных фильтров фильтрующий слой состоит из одного и того
же материала, у многослойных – из различных материалов. Схема скоростного
фильтра приведена на рис. 1.12.
Рис. 1.12. Скоростной контактный фильтр
1 – корпус, 2 – система удаления промывных вод, 3 –
система подачи сточных вод, 4 – система удаления промывных вод, 5 – пористый
дренаж,
6 –
фильтрующий материал.
Сточная вода
подается по коллектору и через отверстия в нем равномерно распределяется по
сечению фильтра. Нисходящий поток сточной воды проходит через слои фильтрующего
материала и дренаж и удаляется из фильтра. После засорения фильтрующего
материала проводят промывку подачей промывных вод снизу вверх. Дренажное
устройство выполняют из пористобетонных сборных плит. На нем размещают
фильтрующий материал (в 2 – 4 слоя) одного гранулометрического состава. Общая
высота слоя загрузки равняется 1,5–2 м. Скорость фильтрования принимается
равной 12 – 20 м/ч.
Выбор типа фильтра для
очистки сточных вод зависит от количества фильтрующих вод, концентрации загрязнений
и степени их дисперсности, физико-химических свойств твердой и жидкой фаз и от
требуемой степени очистки.
Особенностью фильтра с
подвижной загрузкой является вертикальное расположение фильтрующей загрузки
и горизонтальное движение фильтруемой воды. Фильтрующим материалом служит
кварцевый песок (1,5 – 3 мм) или гранитный щебень (3 – 10 мм). Схема фильтра
показана на рис. 1.13.
Рис. 1.13. Фильтр с подвижной загрузкой:
1 – корпус, 2 –
дренажная камера, 3 – средняя камера, 4 – каналы,
5 – щелевые трубы,
6 – ввод сточной воды, 7 – классификатор,
8 – промывное
устройство, 9 – труба для подачи промывной воды,
10 – отвод
промывной воды, 11 – коллектор, 12,13 – трубы, 14 – кольцевой коллектор, 15 –
гидроэлеватор
Сточная вода подается в
коллектор, откуда через каналы и отверстия поступает в фильтрующий слой. Очищенную
воду отводят из фильтра через дренажную камеру. Загрязненный материал
перекачивают гидроэлеватором по трубе в промывное устройство. Расчетная
скорость фильтрации 15 м/ч; расход промывной воды 1 – 2% от производительности
фильтра; необходимый напор перед фильтром 2 – 2,5 м. Эффективность очистки составляет
50 – 55%.
Микрофильтры. Процесс микрофильтрации заключается в
процеживании сточной воды через сетки с отверстиями размером от 40 до 70 мкм.
Барабанные сетки имеют ячейки размером от 0,3×0,3 до 0,5×0,5 мм.
Микрофильтры применяют для очистки сточных вод от твердых и волокнистых
материалов. Схема одного из микрофильтров показана на рис. 1.14.
Рис.1.14. Микрофильтр: 1 – вращающийся барабан, 2 –
устройство для
промывки, 3 – лоток для сбора промывных вод, 4 – труба
для отвода
промывных вод, 5 – камера для удаления осветленных вод
Сточная вода поступает внутрь
барабана и через отверстия проходит в камеру. Взвешенные вещества задерживаются
на внутренней поверхности барабана и при промывке с промывной водой поступают в
лоток. Барабан вращается с частотой 6 – 20 мин –1. Скорость
фильтрации достигает 25 – 45 м3/(м2·ч).
При концентрации взвешенных
частиц 15 – 20 мг/л эффективность очистки составляет 50 – 60 % в зависимости от
состава и свойств сточных вод, размера ячеек и режима работы микрофильтров.
Магнитные фильтры обеспечивают степень очистки 80 %. Такие
фильтры применяют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5 – 5 мкм) из
жидкостей. Помимо магнитных частиц фильтры улавливают абразивные частицы, песок
и другие загрязнения. Этому способствует эффект электризации немагнитных
частиц. Магнитные фильтры могут быть снабжены постоянным магнитом или
электромагнитом, их производительность до 60 м3/ч.
При прохождении сточных вод
ламинарным потоком через магнитное поле ферромагнитные частицы размером 0,5 – 1
мкм намагничиваются и образуют агломераты размером до 50 мкм, которые удаляются
фильтрованием или осаждаются под действием гравитационного поля. Направление
потока жидкости должно совпадать с направлением магнитного поля, т. к. при этом
создаются наиболее благоприятные условия осаждения.
Магнитные сепараторы делят на
три группы:
1) сепараторы, в которых отделение
ферромагнитных частиц идет непосредственно под действием постоянного магнита;
2)
сепараторы, в которых
отделителями частиц служат специальные ферромагнитные элементы, помещенные в
силовом поле постоянного магнита;
3)
фильтры-сепараторы,
представляющие собой комбинацию постоянных магнитов с различными механическими
фильтрующими элементами. Наиболее простыми сепараторами являются магнитные
уловители и магнитные патроны.
Степень
очистки фильтрованием зависит от напряженности магнитного поля, скорости
течения жидкости, ее вязкости, расположения силовых полей относительно направления
потока жидкости.
|