Типы фильтров.
Фильтрованием называют процесс разделения суспензий и эмульсий с использованием пористых перегородок или зернистых слоев, которые задерживают диспергированную фазу и пропускают жидкость. В практике очистки сточных вод используют следующие процессы фильтрования: фильтрование через фильтровальные перегородки, фильтрование через зернистые слои, микрофильтрация, фильтрование эмульгированных веществ. Для выделения из сточных вод ферромагнитных частиц используют магнитные фильтры.
Фильтрование через фильтрующие перегородки. Различают процесс фильтрования суспензии с образованием осадка, при котором она разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок, а также фильтрование с закупориванием пор, при котором твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и задерживаются там, не образуя осадка. Возможен также промежуточный вид фильтрования, когда твердые частицы проникают в поры фильтровальной перегородки и образуют в ней слой осадка.
Осадки, получаемые при фильтровании, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые.
Н
есжимаемыми
называют осадки, у которых пористость
(отношение объема пор к объему осадка)
не уменьшается при увеличении разности
давлений. К таким осадкам относят
вещества неорганического происхождения
с размерами частиц более 100 мкм (песок,
карбонат кальция, бикарбонат натрия и
др.).
К сжимаемым осадкам относят такие, пористость которых уменьшается, а их гидравлическое сопротивление потоку жидкости возрастает с увеличением разности давлений. К ним относятся осадки гидрооксидов металлов, а также осадки, состоящие из легко деформируемых агрегатов, которые образуются из первичных мелких кристаллов.
Фильтровальная перегородка представляет собой существенную часть фильтра, и от правильного выбора ее во многом зависят производительность фильтровального оборудования и чистота получаемого фильтрата. Фильтровальные перегородки изготавливают из хлопчатобумажных, шерстяных, стеклянных, керамических, углеродных и металлических материалов. По структуре фильтровальные перегородки подразделяют на гибкие и негибкие.
Производительность фильтра определяется скоростью фильтрования (W).
Сетчатые барабанные фильтры. В системах очистки сточных вод и переработки осадков используются различные фильтры как периодического, так и непрерывного действия. К фильтрам периодического действия относятся нутч-фильтры, листовые и фильтр-прессы, а к фильтрам непрерывного действия – барабанные, дисковые и ленточные фильтры. Рассмотрим процесс очистки сточных вод фильтрованием на примере использования сетчатых барабанных фильтров.
Принципиальная схема сетчатого барабанного фильтра приведена на рис. 3.15. Фильтры условно подразделяются на барабанные сетки (оснащены фильтрующей сеткой с крупными ячейками 0,3 х 0,3 – 0,5 х 0,5 мм) и микрофильтры (оснащены фильтрующей сеткой с мелкими ячейками 0,035 х 0,035 – 0,04 х 0,04 мм).
Барабанные сетки (БС) задерживают грубодисперсные примеси, а также снижают содержание взвешенных веществ (при концентрации их в производственной сточной воде не более 250 мг/л) на 25 – 40 %. При этом в очищаемых сточных водах должны отсутствовать вязкие вещества. Барабанные сетки чаще всего устанавливают перед зернистыми фильтрами для глубокой очистки сточной воды. В отечественной практике очистки сточных вод используют барабанные сетки с расчетной пропускной способностью от 0,35 до 2,5 тыс. м3/ч. Указанные устройства могут быть снабжены бактерицидными лампами типа БСБ, используемыми для стерилизации очищенной воды.
Микрофильтры (типа МФМ) задерживают грубодисперсные частицы: растительные и животные структурные примеси, песок и др. Эффективность очистки воды на микрофильтрах составляет 40 – 60 %, что позволяет в отдельных случаях заменять ими первичные отстойники. Содержание взвешенных веществ в сточной воде, направляемой на микрофильтры, не должно превышать 300 мг/л. Расчетная пропускная способность отечественных микрофильтров лежит в пределах от 0,35 до 2 тыс. м3.
Фильтры с зернистой загрузкой. В промышленных условиях для очистки воды от механических примесей чаще всего используют зернистые материалы. Указанные материалы должны быть устойчивыми в обрабатываемой воде и не загрязнять ее. Важной характеристикой зернистых фильтрующих материалов является их дешевизна и доступность. Чаще всего используются такие фильтрующие материалы, как кварцевый песок, керамическая крошка, дробленый антрацит, сульфоуголь, технический фильтрперлит и др.
При фильтровании суспензий через указанные фильтры различают две основные причины их разделения: механическое задержание твердых частиц на входе в каналы фильтрующего слоя и адгезию этих частиц на поверхности зерен слоя.
Фильтры с зернистым слоем подразделяют на медленные и скоростные. Конструктивно они выполняются либо открытыми, либо закрытыми.
Медленные фильтры – это бетонные или кирпичные резервуары с дренажным устройством, на котором расположен фильтрующий слой. Скорость фильтрования в указанных устройствах составляет 0,1 – 0,3 м/ч. При использовании этих фильтров достигается высокая степень очистки сточных вод. Недостатки медленных фильтров: большие размеры, достаточно 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, например, из слоя антрацита и песка. Скорость фильтрования в этих фильтрах обычно превышает 10 м/ч.
Рассмотрим работу фильтра с зернистым слоем на примере наиболее широко распространенных в отечественной практике очистки сточных вод вертикальных однопоточных напорных осветительных фильтров (типа ФОВ). Фильтр состоит из цилиндрического корпуса с приваренными к нему верхним и нижним эллиптическими штампованными днищами, слоя фильтрующего материала, расположенного внутри фильтра и дренажно-распределительных устройств. Снаружи расположены трубопроводы подвода и отвода воды и сжатого воздуха, а также арматура и приборы для управления режимом работы фильтра. Отечественные фильтры рассчитываются на давление до 0,6 МПа и загружаются, как правило, кварцевым песком слоем 1 м. В качестве загрузки могут быть использованы дробленый антрацит, керамзит, керамическая крошка
Сточные воды фильтруют через указанные фильтры сверху вниз при скорости фильтрования 5 – 12 м/ч. Продолжительность фильтрования в зависимости от состава сточных вод составляет 12 – 48 ч. Грязеемкость зернистых фильтров равна:
– по задержанию нефти – 1 – 2 кг/м3;
– по механическим примесям – 1,5 – 3 кг/м3.
Фильтры промывают через дренажную систему снизу вверх. Наиболее высокая эффективность промывки достигается при использовании горячей воды (60 – 80 °С).
Магнитные фильтры. Эти фильтры, снабженные постоянным магнитом или электромагнитом, используют для удаления мелких ферромагнитных частиц (0,5 – 5 мкм) из сточных вод. Кроме магнитных частиц в рассмотренных фильтрах улавливают абразивные частицы, песок и ряд других загрязнений. Эффективность очистки в магнитных фильтрах достигает 80%, а их производительность составляет до 60 м3/ч.
Рассмотрим основные характеристики и области применения электромагнитных фильтров отечественной конструкции. Указанные фильтры используются для очистки сточных вод от механических загрязнений, содержащих более 25 % ферромагнитных присей с исходной концентрацией твердых частиц до 200 мг/л и масел до 50 мг/л. Фильтрующие элементы в этих фильтрах представляют собой загрузку из ферромагнитных материалов крупностью 1 – 3 мм. Указанные фильтры рекомендуются для применения в системах производственного водоснабжения металлургических, горнообогатительных, машиностроительных предприятий, на электростанциях для очистки охлаждающей и многократно используемой воды, а также конденсата от продуктов коррозии.