Главная > Статьи > Страница13
«Most of the time no one is watching most of the water for most of the contaminants»
(Большую часть времени никто не следит за большей частью воды на наличие большинства загрязняющих веществ).
Проточные фильтры с гранулированной средой. Время контакта (EBCT).
Фильтры с гранулированной средой — удаление взвешенных частиц.
Действие «барьерных» фильтров с гранулированной средой, предназначенных для удаления взвешенных частиц, основано на принципах гидравлики (не на принципах адсорбции). На рисунке проиллюстрирован свободный канал для прохода взвешенных частиц через гранулированную среду «барьерного» фильтра. Насколько этот канал предположительно меньше размера гранул? Приблизительно его размер равен 15,5% размера гранулы. Это означает, что если в качестве фильтрующей среды мы используем песок размером фракции 1 мм (1000 мкм), фильтр будет механически блокировать движение взвешенных частиц размером более 155 мкм.
В фильтре с гранулированной средой размером 12х40 средний размер частиц составляет 550 мкм, которые создадут непреодолимый барьер для частиц размером более 85 мкм. Так как же тогда мы можем удалять механическими фильтрами частицы 25 мкм и меньше? Ответ лежит в плоскости применения законов гидравлики, в частности — закона распределения Нернста. Закон Нернста лежит в основе процесса экстракции — извлечения компонента из одной фазы в другую. При движении воды через гранулы в среде создаются области (так называемые слои Нернста), в которых скорость потока практически равна нулю. Частицы в воде останавливаются. Природный пример этого явления — образование песчаной отмели на внутреннем изгибе русла реки. В итоге, чем ниже скорость потока, тем больше толщина «мертвой зоны» и лучше фильтрация. При высокой скорости эти слои становятся тонкими и перепад давления между частицами становится достаточно большим для «проталкивания» частиц менее 155 мкм через каналы в общий поток. Обратите внимание – обратная промывка фильтра гранулометрически реклассифицирует среду таким образом, что ее самые мелкие частицы располагаются сверху слоя. Ниже располагаются более крупные частицы с более крупными каналами. Любая взвешенная частица, которая проникла ниже верхнего слоя на несколько сантиметров, пройдет и через слои, расположенные ниже. Нижерасположенные фильтрующие слои предназначены для удаления частиц от 20 до 30 мкм при линейной скорости потока 23 м/ч. Снижение скорости потока приведет к образованию отфильтрованных отложений, которые будут сужать проточные каналы и обеспечивать удаление частиц меньших фракций.
Фильтры с кварцевым песком.
Простейший тип фильтра для удаления взвешенных частиц – фильтр с кварцевым песком 12х20, в котором после распределения верхний слой сформирован песком mesh 20 (0,85мм), нижний– песком mesh 12 (1,7мм). Поддерживающий слой – гравий. Толщина каждого из слоев -300…600 мм. Этот фильтр грубой очистки способен удалять частицы с рейтингом от 30 до 50 мкм. Линейная скорость сервисного потока равняется 10…15 м/ч, потока обратной промывки – 30…40 м/ч . Плохо спроектированный нижний распределитель способен неравномерно перемешать слои при обратной промывке, создав предпосылки для каналообразования и снижения эффективности фильтрации.
Мультимедийные фильтры.
Мультимедийные фильтры – фильтры, обладающие градиентом плотности. Два верхних слоя формируются гидроантрацитом и мелкозернистым Garnet, нижние слои – крупнозернистым Garnet и гравием. Верхний слой Garnet обладает меньшей ячейкой в сравнении со слоем гидроантрацита. Это предопределяет не поверхностную, а глубинную форму фильтрации. Такие фильтры способны обрабатывать воду со скоростью 8…10 м/ч, фильтруя частицы размером 10…15 мкм. Скорость обратной промывки для мультимедийных фильтров — 30…40 м/ч.
Адсорбционные фильтры с GAC.
Несмотря на то, что угольные фильтры часто применяют для осветления воды, их прямое назначение – адсорбировать органические вещества, хлор и хлорпроизводные из воды. В режиме адсорбции угольные фильтры требуют приемлемого времени контакта (EBCT) для полного завершения поглощения целевого вещества. Тем не менее, эффективность адсорбции также зависит от кинетических свойств среды. Гидравлическая конструкция фильтра должна поддерживать равномерный поток, обеспечивая вовлечение всего угля в процесс, адекватную очистку и реклассификацию угля в процессе обратной промывки. Слишком низкая скорость обратной промывки оставит среду загрязненной и приведет к росту перепада давления. Слишком высокая скорость потока обратной промывки приведет к повышенному истиранию и выносу среды из фильтра. Типичная скорость потока для угля 2,5… 8 м/ч, что позволяет обеспечить EBCT от 2.5 до 7.5 минут. Чем ниже скорость потока, тем больше слоя будет задействовано. Скорость должна быть ниже 10 м/ч для предотвращения каналообразования. При этом верхний предел скорости – 20 м/ч. Скорость обратной промывки для GAC зависит от плотности и находится в диапазоне 20…30 м/ч.
Проскок.
Многие пользователи часто задают вопрос о том, почему их фильтры-обезжелезиватели перестали работать. Многие очень тщательно выбирали типоразмер фильтра, чтобы снизить скорость обработки и получить требуемый результат. Тем не менее, в обработанной воде – появляются проскоковые концентрации железа. То, что они не учли — фильтр должен промываться регулярно и с приемлемой скоростью обратного потока. Скорость обратной промывки для фильтров-обезжелезивателей в разы (3…6 раз) больше скорости фильтрации. В конце концов окисленное железо опускается вниз слоя и загрязняет обработанную воду. Поставщик предлагает другое решение — установить два фильтра меньших типоразмеров параллельно, чтобы приблизить скорость обработки и скорость обратной промывки (параллельные фильтры промываются по очереди, время промывки должно совпадать со временем минимального потребления воды). Однако, когда промывается один из фильтров, параллельный фильтр может получить «двойную» скорость потока фильтрации и железо снова может поступать в обработанную воду. Единственно надежный метод предотвратить проскок – обеспечить тщательную обратную промывку гранулированной среды от окисленного железа.
Насколько большим должен быть типоразмер фильтра.
В любом случае там, где существует проблема достаточной скорости обратной промывки, параллельная установка меньших типоразмеров предпочтительнее одного большого фильтра. В коммерческом секторе (повышенная нагрузка) – 3 параллельных фильтра вместо одного большого, в бытовом – 2 параллельных фильтра вместо одного с обратной промывкой в ночное время.
Перепад давления.
С одной стороны уменьшение размера зерна повышает эффективность фильтрации, с другой – увеличивается перепад давления (∆P). Уменьшение размера гранулы с 0,55мм (30 mesh) до 0,25 мм (60 mesh) приводит к уменьшению объема каждой гранулы в 8 раз (объем – кубическая функция, V = 4/3πr3). Соответственно общий объем каналов увеличивается в 8 раз, диаметр этих каналов уменьшается в 2 раза, а длина увеличивается в 8 раз. Но, к сожалению перепад давления слоя чистой среды будет не 0,1…0,2 бар, а 0,7…1 бар. Может быть лучше крупнее частицы и медленнее поток? Или, возможно, вариант большого типоразмера фильтра с частичным заполнением и уменьшенной глубиной слоя, учитывая что наиболее тонкая фильтрация осуществляется поверхностью слоя глубиной 10…15 см?
Роль гидравлики в конструкции фильтра.
Фильтрующий материал непосредственно определяет скорость обработки и потери давления. Эффективность фильтра полностью определяется гидравлическим распределением потока и скоростью фильтрации. Фильтрующая среда создает тысячи каналов, тонких и извилистых. Слои Нернста относительно большие в сравнении с суммой всех проточных каналов. Увеличение скорости потока в 2 раза сопровождается увеличением гидравлического сопротивления слоя в 4 раза. Высокая скорость приводит к проблемам в работе самой среды. Это не только пустая потеря энергии, но и сокращение эффективности работы фильтрующей среды (для адсорбционных фильтров — недостаточный EBCT).
Итоги.
Даже простой фильтр с кварцевым песком требует приемлемой производительности системы водоснабжения, чтобы обеспечить условия обратной промывки. Продумайте конструкцию и детали в работе фильтра до начала установки. Убедитесь, что объемной скорости потока в подводящем трубопроводе достаточно для промывки фильтра, а дренаж способен принять промывочную воду с той же скоростью. Использование параллельных фильтров может оказаться лучшим решением в сравнении с одним фильтром, соблюдение условий промывки которого выглядит проблематичным.
