Конструкции скорых фильтров

Конструкций скорых фильтров много, но все они имеют общие по назначению конструктивные элементы: корпус, фильтрующую загрузку, водораспределительные и водоотводящие системы – желоба и каналы (при водовоздушной промывке дополнительно предусматривается воздухораспределительная система), обслуживающие трубопроводы. Расположение элементов фильтров, их количество и конструкции зависят от назначения фильтров, условий их применения, вида фильтрующего материала. На конструкцию скорых фильтров влияют также их размеры, количество фильтрующих слоев, направление фильтрования, наличие поддерживающих слоев, система промывки, вид водораспределительных систем.

Безнапорный скорый фильтр представляет собой прямоугольный в плане резервуар высотой 3,5–5 м, внутри которого размещены водораспределительные и водосборные системы. На рис. 9.1 приведены схемы различных безнапорных скорых фильтров, отличающиеся расположением водораспределительных и водосборных устройств, а также направлением фильтрования.

Рис. 9.1. Схемы скорых фильтров: а – однослойный безнапорный фильтр с боковым каналом; б – двухслойный фильтр; в – двухпоточный фильтр; г – фильтр с центральным каналом; д – фильтр с плавающей загрузкой; е – однослойный фильтр с низким горизонтальным отводом промывных вод

В безнапорных фильтрах фильтрование с заданной скоростью осуществляется под действием гравитационных сил тяжести воды (фильтрование сверху вниз), или под действием создаваемого насосом или высокорасположенной емкостью давления (фильтрование снизу вверх).

Размеры фильтра в плане обычно близки к квадрату. Высота фильтра определяется высотой загрузки и поддерживающих слоев, а также высотой слоя воды (обычно 2–2,5 м), который необходим для преодоления сопротивления движению фильтрационного потока, возрастающего по мере накопления в загрузке загрязнений.

При площади более 40 м² фильтры проектируют с центральным каналом (рис. 9.1, г), который разделяет корпус на две одинаковых секции. Канал разделен по горизонтали на два отсека, в нижнем – располагается водораспределительный коллектор, верхний – предназначен для распределения очищаемой воды и сбора промывной. Иногда коллектор в канале не устраивают и водораспределительные трубы выходят непосредственно из стенок канала. Ширина канала должна быть не менее 0,7 м. Площади каналов не входят в рабочую площадь фильтров.

Корпус фильтра выполняется железобетонным (редко металлическим) с толщиной стенок 0,2–0,5 м. Желательно применять типовые размеры фильтров (ширина Í длина): 3,5Í5; 5Í5,5; 6Í6; 6Í7,5; 6Í9; 6Í12; 12Í12 м.

В нижней части корпуса располагается нижняя распределительная система, вверху – распределительно-водосборная (желоба, водосливы, дырчатые трубы).

Схема однослойного фильтра с боковым каналом (карманом) приведена на рис. 9.2.

Исходная вода по трубопроводу 1 поступает в карман 6, откуда через отверстия в стенке перетекает в желоба 7. Переливаясь через верхние кромки желобов, вода фильтруется сверху вниз через фильтрующую загрузку 10, проходит поддерживающие гравийные слои 11 и собирается в трубы водораспределительной системы 9. Далее вода перетекает в коллектор 8 и отводится сначала по трубе 2, а затем по сборной трубе от других фильтров в РЧВ.

После окончания фильтроцикла фильтры промываются обратным потоком очищенной воды от специального промывного насоса или промывной башни. Промывная вода подается от промывных устройств (насоса или бака башни) по трубопроводу 3 в коллектор 8, проходит распределительные трубы 9, поддерживающие слои 11 и фильтрующую загрузку 10 снизу вверх. При этом происходит расширение загрузки и вымыв из нее загрязнений. Загрязненная промывная вода переливается через кромки в желоба 7, по ним перетекает в боковой карман 6 и по трубопроводу 4 отводится в техническую канализацию.

Рис. 9.2. Скорый фильтр с боковым карманом и трубчатым дренажом: 1 – подача воды на очистку; 2 – отвод фильтрованной воды; 3 – подача воды на промывку; 4 – сброс промывной воды; 5 – корпус фильтра; 6 – боковой карман; 7 – желоба; 8 – коллектор дренажа; 9 – трубы дренажа (ответвления); 10 – фильтрующая загрузка; 11 – поддерживающие слои

Скорость фильтрования зависит от гранулометрического состава фильтрующего материала и обычно при нормальном режиме составляет 5–12 (до 15) м/ч. Чем мельче загрузка, тем меньше скорость и высота слоя загрузки. Увеличить скорость фильтрования можно, применив высокопористые материалы.

Для интенсификации процесса регенерации фильтра и сокращения расхода промывных вод применяют водовоздушную промывку с дополнительной подачей воздуха от воздуходувки. СНиП [1] рекомендует для водовоздушной промывки использовать фильтры с устройством для низкого горизонтального отвода промывных вод. Конструкция такого фильтра показана на рис. 9.3.

Исходная вода подается в карман 6 и через водослив 5 поступает в фильтр. Режим фильтрования не отличается от фильтрования в сооружениях с желобами. Дополнительно предусмотрена трубчатая распределительная система для воздуха 13, 14, расположенная между трубами водяной системы 12. При промывке вода поднимается до переливного водослива и стекает в карман горизонтальным потоком, для поддержания которого с противоположной от водослива стенки устанав­ливается струенаправляющий выступ 3. Вынос песка с промывной водой предотвращается пескоулавливающим желобом.

Двухслойные и многослойные фильтры. При фильтровании свер­­ху вниз вода проходит сначала мелкозернистые слои загрузки, имеющие малые поры, но большую суммарную поверхность зерен. Это способствует накоплению в верхних слоях основной массы загрязнений и быстрому росту потерь напора. В двухслойных фильтрах верхний слой имеет размеры зерен крупнее, чем нижний, что способствует более равномерному распределению загря­знений во всей толще загрузки. Для того чтобы при промывке в результате гидравлической сортировки не происходило перемешивание загрузки, верхний слой выполняется из более легкого фильтрующего материала, чем нижний. Например, вверху размещают керамзит, внизу – кварцевый песок. Известны и многослойные фильтры (до пяти слоев), в которых применены разнообразные материалы, с плотностью от 3,5 до 1,3 г/дм^3. При проектировании многослойных фильтров важно правильно выбрать соотношение диаметров зерен загрузок соседних слоев, чтобы не происходило их перемешивание на границе раздела. Необходимо, чтобы гидравлическая крупность самых крупных зерен вышерасположенного слоя загрузки была меньше, чем гидравлическая крупность самых мелких зерен нижнего слоя. Водораспределительные системы скорых фильтров   В нижней части фильтров располагаются водосборные – водораспределительные системы, которые служат для сбора профильтрованной воды и распределения промывной воды во время регенерации. Расход воды при промывке в 6–10 раз превышает фильтрационный, поэтому режим промывки является расчетным для проектирования этих систем. В водораспределительных системах большого сопротивления потери напора возрастают по ходу движения промывной воды за счет увеличения скорости в элементах этой системы. Такое соотношение скоростей затрудняет поступление воды в первые по пути движения трубы, или выходные отверстия, и заставляет более равномерно распределяться по всем трубам и отверстиям. В отечественной практике применяются следующие водораспределительные системы большого сопротивления: – трубчатая дырчатая (с малыми и большими круглыми отверстиями); – из щелеванных труб; – трубчатая со щелеванной лентой; – колпачковая; – из пористых плит; – «экополимер».

Рис. 9.3. Скорый фильтр с водовоздушной промывкой и низким горизонтальным отводом промывных вод: а – разрез фильтра; б – план; 1 – трубопровод подвода воздуха на промывку; 2 – воздухоотводчик; 3 – струенаправляющий уступ; 4 – слой воды; 5 – водослив; 6 – карман; 7 – отвод профильтрованной воды; 8 – водораспределительный коллектор; 9 – отвод промывной воды из кармана; 10 – фильтрующая загрузка; 11 – поддерживающие слои; 12 – водораспределительные трубы; 13 – коллектор для воздуха; 14 – воздухораспределительные трубы

Водораспределительные системы большого сопротивления могут быть с поддерживающими слоями или без них. При наличии поддерживающих слоев применяют трубчатый дренаж с круглыми отверстиями.

Водораспределительная система состоит из коллектора и трубчатых ответвлений. Диаметр коллектора рассчитывается на скорость промывного потока 0,8–1,2 м/с. Коллектор обычно располагают в центре фильтра с одинаковыми ответвлениями в обе стороны от коллектора, но можно прокладывать вдоль одной его стенки (иногда снаружи фильтра). В этом случае ответвления направлены в одну сторону. В фильтрах с центральным каналом коллектор помещают внизу канала. Иногда ответвления присоединяются непосредственно к центральному каналу без коллектора.

Расстояния между осями труб ответвлений принимается 250–350 мм. Диаметры труб рассчитываются на скорость промывного потока 1,6–2 м/с. Отверстия диаметром 10–12 мм размещают с шагом 150–200 мм в два ряда в шахматном порядке под углом 45 ⁰ книзу от вертикали. Общая площадь отверстий составляет 0,25–0,5 % рабочей площади фильтра.

Поддерживающие гравийные (щебеночные) слои предназначены для предотвращения попадания загрузки в отверстия труб дренажа, а также обеспечивают более равномерное распределение воды по площади фильтра. Поддерживающие слои состоят из нескольких фракций и укладываются от дна с уменьшающимся диаметром зерен на высоту согласно рекомендациям из табл. 9.2 [1].

Таблица 9.2

Дата добавления: 2015-10-13