Фильтры могут работать с переменной скоростью фильтрования (большей в начале цикла и меньшей в конце) или с постоянной скоростью фильтрования. Постоянство скорости фильтрования обеспечивается специальными устройствами – регуляторами скорости фильтрования.

Через некоторый период времени от начала работы фильтра потеря напора в фильтрующем слое увеличится настолько, что скорость фильтрования станет ниже расчетной и производительность фильтра снизится.

Для восстановления пропускной способности фильтра его фильтрующий слой должен быть очищен от задержанных из воды загрязнений. В медленных фильтрах это достигается обычно удалением верхнего слоя загрязненного песка с последующей его промывкой; в скорых фильтрах промывка фильтрующего слоя производится непосредственно в самих фильтрах.

Продолжительность работы фильтра между чистками или промывками (включая время на промывку) называется продолжительностью фильтроцикла. Она зависит от характера и количества содержащихся в воде взвешенных веществ, от скорости фильтрования, крупности и пористости фильтрующей загрузки. В скорых фильтрах для промывки фильтрующего слоя через него пропускают осветленную воду снизу вверх с интенсивностью, достаточно для взвешивания фильтрующей загрузки в восходящем потоке промывной воды.

4.2 Фильтрующие материалы для зернистых фильтров.

В качестве фильтрующих материалов для зернистых фильтров в настоящее время применяют кварцевый речной или карьерный песок, дробленые кварц и антрацит, мрамор, магнетит, керамическую крошку, керамзит.

Крупность зерен фильтрующего материала и их однородность характеризуются данными ситового анализа, который позволяет определить следующие показатели:

1. 10% диаметр (d10) фильтрующего материала, т.е. диаметр шара, равновеликого зерну фильтрующего материала, мельче которого в данном материале имеется 10% зерен по весу;

2. 50% диаметр (d50), т.е. диаметр шара, равновеликого зерну фильтрующего материала мельче которого имеется 50% зерен по весу (dср);

3. коэффициент неоднородности зерен фильтрующего материала, равный отношению 80% диаметра фильтрующего материала к 10% диаметру.

Ситовой анализ фильтрующего материала заключается в рассеве высушенного образца средней пробы на калиброванных ситах и определении процента материала, оставшегося на каждом сите.

Для загрузки фильтров должны применяться по возможности хорошо промытые однородные пески с коэффициентом неоднородности во всех случаях не более 2,2 (желательно не более 1,75).

Антрацитовую крошку для загрузки фильтров изготовляют из антрацита марок АП, АК и АС-мытое. Антрацит должен иметь удельный вес в пределах 1,6-1,7, насыпной вес 0,7-0,9т/м3 и при дроблении превращаться в зерна кубической или близкой к шару формы. Антрацит слоистого строения для загрузки в фильтры непригоден. Зольность антрацита должна быть не выше 5%, а содержание серы в нем должно быть не более 3%.

4.3 Поддерживающие слои.

Поддерживающие слои размещают между фильтрующим слоем и дренажем фильтра. Назначение поддерживающих слоев заключается в предотвращении выноса фильтрующего материала из фильтра вместе с фильтратом. Кроме того, поддерживающие слои служат для улучшения распределения промывной воды по площади фильтрата.

Гравий или щебень, используемые в качестве поддерживающих слоев, должны быть устойчивы против измельчения и истирания, химические стойки, не должны содержать больше 10% частиц известняка.

Поддерживающие слои должны состоять по возможности из однородных частиц. В каждом слое размер наиболее крупных зерен не должен более чем в 2 раза превышать размер самых мелких зерен этого же слоя (например, 2-4, 4-8, 8-16, 16-32мм).

Размер самых мелких зерен верхнего поддерживающего слоя, на который укладывается фильтрующий слой, должен быть в 2 раза больше, чем размер самых крупных зерен фильтрующего слоя. Толщину поддерживающих слоев в фильтрах, оборудованных дренажными системами большого сопротивления, принимают в соответствии с приведенными ниже данными.

Для предотвращения сдвига поддерживающих гравийных слоев может использоваться укладка поверх поддерживающих слоев плит из беспесчаного макропористого бетона или пригрузка верхнего поддерживающего слоя (2-4мм) обратным фильтром толщиной 20-25см из крупного (16-32мм) гравия.

4.4 Скорые фильтры.

Скорые фильтры предназначены для удаления из воды взвешенных и коллоидных веществ, как правило, после укрупнения их коагулированием в прочные агрегаты, задерживаемые зернистой загрузкой.

При фильтровании воды сверху вниз на скорых фильтрах осветление воды достигается в результате двух одновременно протекающих процессов – задержания наиболее крупных частиц взвеси в пленке на поверхности фильтрующего слоя и адгезии (сцепления) или абсорбции скоагулированных более мелких частиц поверхностью зерен фильтрующего слоя.

При оптимальной коагуляции и надлежащем подборе загрузки скорого фильтра его фильтрат обычно содержит не более 1 мг/л взвешенных веществ.

По мере работы фильтра увеличивается количество задержанных им загрязнений – нарастает толщина пленки на поверхности песка, увеличивается количество загрязнений, отложившихся в толще фильтрующей загрузки, и глубина их проникания в песок, возрастает сопротивление фильтра, снижается скорость фильтрования.

Если крупность загрузки и толщина фильтрующего слоя выбраны правильно, то предельно допустимая потеря напора в фильтре наступит практически в тоже время, когда частицы загрязнений начнут проникать через загрузку в фильтрат.

Глубина проникания взвеси в толщу фильтрующего слоя возрастает с увеличением скорости фильтрования и диаметра его зерен. Поскольку скорость возрастания потери напора растет с уменьшением диаметра зерен и увеличением скорости фильтрования, в практике водоподготовки наметилась тенденция к увеличению крупности зерен при одновременном повышении высоты фильтрующего слоя, что позволяет увеличить скорость фильтрования, не допуская увеличения мутности фильтрата.

Мутность фильтрата и продолжительность фильтроцикла зависят не только от мутности поступающей на фильтры воды, дисперсности содержащейся в ней взвеси, скорости фильтрования и размера зерен, но и от прочности хлопьев скоагулированных загрязнений воды.

При содержании в осветляемой воде прочных хлопьев взвеси, например при введении в воду перед фильтрами или отстойниками активированной кремниевой кислоты, полиакоиламида (ПАА) или других флокулянтов,мутность фильтрата в течение всего фильтроцикла остается минимальной, и фильтр выключают на промывку по достижении предельной потери напора. При содержании в воде непрочных хлопьев мутность фильтрата непостоянна в течение фильтроцикла – при достижении потери напора в фильтре некоторой величины, меньшей чем предельная, начинается разрушение задержанных фильтром хлопьев и вынос загрязнений в фильтрат. В этом случае фильтр выключают на промывку не по потери напора, а по проскоку взвеси. Продолжительность фильтроцикла сокращается, увеличивается расход промывной воды.