Обработка воды фильтрованием через осадки. Медленные фильтры

В медленных фильтрах осветления воды достигают за счет пленочного фильтрования. Мелкозернистая фильтрующая загрузка, имеющая мелкие поры, вначале задерживает на своей поверхности наиболее крупные частицы. Последние, заклиниваясь в порах, сужают их сечение, благодаря чему начинает задерживаться более мелкая взвесь. Этот процесс быстро прогрессирует, в порах задерживаются все более и более мелкие частицы, а затем коллоиды и даже бактерии. Так на поверхности фильтра образуется фильтрующая пленка с очень тонкими порами. После этого качество фильтрата становится весьма высоким. Задержанные пленкой бактерии и органические вещества обусловливают возникновение в ней биологических процессов, включая развитие низших организмов, поглощающих бактерии. Зерна песка обрастают студенистой массой, являющейся хорошим сорбентом. В результате биологических процессов большинство (до 99%) бактерий, находящихся в воде, задерживается пленкой и погибает. Созревшую фильтрующую пленку медленных фильтров называют биологической. С течением времени биологические процессы начинают захватывать и более глубокие слои (30 . 40 см). Здесь через 2 . .6 сут зерна песка также обволакиваются слизью, которая хорошо сорбирует коллоиды и бактерии. Одновременно происходят окислительные процессы, в результате которых органические вещества минерализуются.

Для созревания биологической пленки и медленного фильтра в целом необходимо от 2 сут и более. В. С. Оводов выделяет две фазы созревания медленного фильтра: осветительное созревание, когда фильтр начинает давать светлую воду, и бактерицидное, когда число бактерий в фильтрате снижается до допустимой нормы. Продолжительность осветлительного созревания — от одного до нескольких часов. Для бактерицидного созревания требуется 0,5 . 2 сут, а в случае свежей фильтрующей загрузки и более.

При медленном фильтровании взвеси в основном (до 90 95%) задерживаются на пленке и в самом верхнем слое фильтра толщиной около 2 . 3 см. В глубь песка вследствие небольшой скорости фильтрования и малого размера пор взвесь переносится в небольшом количестве, поэтому накопление их в толще фильтрующего слоя идет очень медленно. В связи с этим при очистке медленных фильтров очищают только верхний слой песка. Часто этот слой просто удаляют, после чего фильтр снова может фильтровать воду. Вследствие малой скорости фильтрования накопление загрязнений в медленном фильтре протекает замедленно. При небольшой мутности воды чистка фильтра необходима через 1 . 2 месяца.

Схема медленного фильтра показана на рис. 12.23. На дне фильтра устраивают дренаж, на который укладывают поддерживающий слой из гравия с уменьшающейся, крупностью зерен, и поверх него насыпают фильтрующий слой из кварцевого песка.

Для получения хорошего качества фильтрата на протяжении всего периода работы фильтра необходимо поддерживать постоянную скорость фильтрования. Высоту слоя воды над песком принимают равной 1,5 м.

Рис. 12.23. Медленный фильтр конструкции В.С. Оводова

2 — нижний карман; 10 — пористая бетонная плита (дренаж); 3 — песчаный фильтрующий слой; 9 — верхний карман; 7 — трубопровод фильтрованной воды; 6 — механизм привода рыхлителя; 5 — трубопровод, подающий промывную воду к рыхлителю; 5 — трубопровод, подающий в корпус фильтра осветляемую воду; 11, 12 — уровни воды при промывке и фильтровании; 4 — каретка рыхлителя, движущаяся по монорельсу; 13 — трубопровод, подающий промывную воду; 1 — канализационная труба для отвода промывной воды

Дренаж медленного фильтра чаще выполняют из дырчатых бетонных плит, опертых на бетонные столбики, или в виде крытых дрен, выложенных из хорошо обожженного кирпича. Иногда применяют гончарные или керамические трубы (без заделки стыков) или дырчатые асбестоцементные трубы. В фильтрах с площадью до 15 м2 дренаж можно не устраивать; в этом случае для отвода воды служит лоток, заглубленный в бетонное днище, перекрытый кирпичами или плитками. Для устройства дренажа применяют также плитки из пористого бетона без поддерживающих слоев.

Поддерживающие слои из гравия или щебня и крупного песка с уменьшающейся крупностью зерен укладывают на дренаж так, чтобы через верхний слой не выносило песок фильтрующего слоя.

Фильтрующий слой насыпают из чистого промытого кварцевого песка с размером зерен 0,3 . 1 мм. При механизированной поверхностной промывке фильтра толщину фильтрующего слоя принимают 0,8 м. При ручной очистке фильтра ее увеличивают до 1,2 м. Это позволяет несколько раз подряд очищать фильтр со снятием верхнего загрязненного слоя, не добавляя песка, пока толщина его не уменьшится до 0,8 м. После этого фильтр досыпают промытым песком до прежней отметки. При ручной очистке верхний загрязненный слой песка толщиной около 2 . 3 см вместе с фильтрующей пленкой снимают лопатами и направляют для перемывки, а фильтр снова пускают в работу. После 10 . 12 чисток, когда слой песка в фильтре уменьшится до 80 см, в фильтр досыпают свежий перемытый песок, доводя толщину фильтрующего слоя до начальной. После примерно 20 циклов необходимо перемывать весь слой песка.

В последнее время разработаны более совершенные способы очистки медленных фильтров путем промывки верхней части фильтрующего слоя поверхностным током воды с одновременным рыхлением песка струями воды или механическими рыхлителями. В первом случае струи воды, вытекающие из отверстий подвижной трубы с большой скоростью, размывают пленку и верхний слой песка. При этом загрязнения вымываются из песка, транспортируются той же водой по поверхности фильтра и отводятся в сток. Во втором случае рыхление осуществляется механическими граблями. Взмученные загрязнения выносятся током воды, пускаемой небольшим слоем по поверхности фильтра. Расход воды на смыв загрязнений определяют по норме 9 л/с на 1 м ширины фильтра. Продолжительность смыва 10 . 20 мин.

Фильтроцикл медленного фильтра при очистке со снятием верхнего слоя песка складывается из: фильтрования (около 30 . 50 сут), очистки (1 . 2 сут), созревания (со сбросом первого фильтрата 1 . 2 сут); всего 32 .54 сут. При гидравлическом смыве загрязнений и большой мутности воды фильтроцикл медленного фильтра может быть сокращен в десятки раз.

Площадь медленных фильтров с длительным фильтроцик- лом 'Аф (в м2) определяют расчетом по расходу Q и по нормальной скорости фильтрования v„, которую принимают 0,1 . . 0,2 м/ч, в зависимости от мутности воды:

(12.74)

Количество фильтров N принимают не менее четырех с учетом того, что один из них может быть отключен для ремонта (или для очистки). При выключении одного фильтра на ремонт остальные работают в форсированном режиме со скоростью фильтрования Аф (в м/ч)