Фильтрование является завершающим этапом в технологии осветления и обесцвечивания воды, оно может осуществляться на фильтрах с зернистой загрузкой, песчаных или угольных фильтрах, или на мембранах ультрафильтрации.
Для того, чтобы максимально полно удалить все взвешенные вещества, образовавшиеся на предыдущих этапах (коагуляции и отстаивания), необходимо тщательно контролировать такие важные параметры как линейная скорость фильтрования, равномерное распределение нагрузки на фильтры или мембранные блоки, время и объём фильтроцикла. Все эти параметры напрямую влияют на качество воды на выходе фильтров. Нарушения в процессе фильтрования выявляются регулярными анализами очищенной воды по графику химического контроля.
Линейная скорость фильтрования является одним из ключевых параметров оборудования для фильтров с зернистой загрузкой. Для мембранных установок аналогом этого параметра является удельный съём, определяемый отношением потока л/ч на м2 площади мембраны. Как правило, линейная скорость фильтрации находится в пределах 5 – 12 м/ч для осветлительных фильтров, а удельный съём – в пределах 50-150 л/ч*м2.
На объектах, использующих технологию коагуляции/флокуляции, помимо значения скорости фильтрования, на первый план выходит постоянство данного значения, так как частицы, слипшиеся в процессе коагуляции, являются достаточно неустойчивыми и легко срываются с зёрен фильтрующего материала даже при небольшом и кратковременном увеличении производительности*.
Основными мерами, которые можно принять для поддержания постоянной скорости фильтрования, являются установка частотных преобразователей на насосы, регулировка плавности работы запорно-регулирующей арматуры, установка воздухоотводчиков для удаления воздуха и предотвращения гидроударов и др.
По окончанию фильтроцикла, длительность которого определяется пуско-наладочными работами, или при проскоке загрязнений в фильтрат, должна производиться очистка фильтрующего материала (промывка фильтра) или мембранных элементов (промывка или химическая мойка мембранных элементов).
Наряду с кажущейся простотой, незначительные ошибки в процессе промывки фильтров могут привести к значительным последствиям. Для фильтров с зернистой загрузкой несоблюдение оптимальной скорости взрыхления приводит к неполной отмывке фильтра и в последствии к постепенному снижению продолжительности фильтроцикла и слёживанию и выходу из строя фильтрующего материала.
Для мембранных элементов неправильно подобранный или несоблюдаемый режим фильтрации/промывки/химической мойки приводит к необратимому загрязнению мембранного волокна, повышению трансмембранного давления и выводу оборудования в ремонт для замены мембранных модулей на новые.
С целью равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими фильтрами или блоками ультрафильтрации устанавливаются индивидуальные расходомеры с запорно-регулирующей арматурой или, в иных случаях, ограничители потока (шайбы).
В процессе работы в фильтрующей загрузке или на поверхности мембран может накапливаться большое количество остаточных загрязнений, бактерий, гидробионтов и органических веществ. Чтобы очистить оборудование от такого рода субстанций, не реже одного раза в год необходимо применять ударное хлорирование. Если для фильтров с зернистой загрузкой доза хлора может находиться в пределах 50-100 мг/дм3, а продолжительность обработки 2-2,5 часа, то при обработке ультрафильтрационных мембран, при выборе дозы хлора, нужно руководствоваться рекомендациями завода изготовителя. Совместно с хлором хорошо себя зарекомендовали и другие дезинфектанты, например, на основе надуксусной кислоты.
Кроме бактериологического загрязнения, фильтрующие материалы могут загрязняться и элементами неорганической природы, например, оксидами железа, марганца, алюминия и др. В таком случае, для удаления таких загрязнений, применяют обработку кислотами, чаще всего серной, лимонной или щавелевой. Однако, при кислотной обработке фильтров, которые предназначены для очистки воды от железа, следует иметь ввиду, что можно получить обратный эффект и временно ухудшить работу фильтра, т.к. оксиды железа на поверхности фильтрующей загрузки являются катализаторами окисления железа и марганца.
На основе сравнения результатов анализа исходной и очищенной воды делают вывод об эффективности фильтрации.
*Физическая модель работы механического фильтра с насыпной фильтрующей загрузкой описывается концепцией «адгезия-срыв», сформулированной Д.М. Минцем в сороковых годах, и основывается на двух противоположных процессах: адгезии (прилипании) частиц взвеси к зёрнам фильтрующего материала и срыва накопившихся загрязнений с поверхности зерна. Второй процесс неизбежен даже при постоянной скорости фильтрования, т.к. каждый последующий слой загрязнений на фильтрующей загрузке удерживается с меньшей силой (т.е. фильтроцикл конечен при любой скорости фильтрации). В соотношении данных процессов «прилипание – срыв» существует константа равновесия, которая зависит от скорости пропуска воды через фильтрующий материал, т.е. существует предельная скорость, равная скорости «отрыва», при которой процесс адгезии (масса частиц, прилипших к загрузке) количественно равен процессу срыва загрязнений. При этом, очевидно, что концентрация взвешенных веществ на выходе фильтра будет равна их концентрации в исходной воде. Если скорость фильтрования ниже предельного значения, то процесс адгезии преобладает и количество взвешенных веществ на выходе фильтра снижается. Взвешенные вещества, поступающие на фильтр, не являются однородными, они обладают разными размерами и адгезионными свойствами, поэтому любую скорость фильтрования можно рассматривать как предельную для частиц с определённой адгезионной способностью.
-
Из этого следует, что уменьшение скорости фильтрования:
Уравнение кинетики, описывающее данное равновесие, а также показывающее прямую зависимость скорости фильтрации и остаточного содержания взвеси в растворе, выглядит следующим образом:
αС=a1*wап*q/(ε0 - q/ρ)
где С – количество взвешенных веществ в растворе, q – количество взвешенных веществ в виде твёрдой фазы на фильтрующем материале, ρ – плотность твёрдой фазы, ε0 – пористость фильтрующего слоя, α, а1 – константы.
Более подробно: "Водоподготовка. Процессы и аппараты.", А. А. Громогласов и др. «Энергоиздат» г. Москва 1990.