ФИЛЬТР С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ

Безнапорное или напорное сооружение, на котором достигаются осветление и обесцвечивание воды. В зависимости от конструкции фильтрующей загрузки и качества обрабатываемой воды фильтры с зернистой загрузкой могут работать в комплексе сооружений первой ступени очистки воды или доочищать воду после нее. При площади фильтрования до 30 м безнапорные фильтры с зернистой загрузкой устраивают с боковым карманом, а при большей — с центральным каналом. Открытый безнапорный фильтр с зернистой загрузкой имеет прямоугольную в плане конфигурацию, его выполняют из железобетона. Напорный фильтр с зернистой загрузкой представляет собой стальной цилиндр со сферическим днищем, который располагают вертикально или горизонтально. Фильтры с зернистой загрузкой могут быть скорыми и медленными. Основными узлами скорого фильтра с зернистой загрузкой являются распределительная (дренажная) система, поддерживающий и фильтрующий слой загрузки, водосборные (распределительный) желоба из перфорированной трубы и трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой обвязки. Распределительная (дренажная) система, расположенная на дне сооружения, имеет двойное назначение: при фильтровании собирает (дренирует) фильтрат и отводит его за пределы сооружения без выноса зерен фильтрующего материала; при промывке загрузки равномерно распределяет по площади фильтра с зернистой загрузкой промывную воду или воздух. В фильтрах с зернистой загрузкой применяют распределительные системы, в которых равномерность распределения промывной воды достигается за счет большого сопротивления ее движению через проходные отверстия. Рекомендуются следующие распределительные системы; из щелевых труб (стальных, полиэтиленовых) или в виде щелевого ложного дна без поддерживающих слоев; колпачковая; трубчатая с круглыми отверстиями, располагаемая в толще поддерживающей загрузки из пористых плит или труб. Поддерживающий слой загрузки из гравия или щебня крупностью 2—40 мм и высотой до 0,5 м, на котором лежит фильтрующая загрузка, укладывают на дно сооружения для предотвращения вымывания мелких фракций фильтрующего материала и их выноса вместе с фильтратом через отверстия распределительной системы. Фильтрующий слой состоит из отсортированного по фракционному составу размерам зерен загрузочного материала (кварцевый песок, керамзит, керамическая крошка, горелые породы, полимеры, дробленый антрацит и др.), удовлетворяющего санитарным требованиям, обладающего достаточной химической стойкостью и механической прочностью. Крупность зерен фильтрующей загрузки принимают равной 0,5—2 мм, эквивалентный диаметр — 0,7—1,2 мм, коэффициент неоднородности — 1,5—2, высоту фильтрующего слоя — 0,7—2 м. Слой фильтрующей загрузки может быть: из одного материала (однослойный фильтр с зернистой загрузкой); из двух материалов разной плотности — керамзит и песок, антрацит и мраморная крошка и другие (двухслойный скорый фильтр с зернистой загрузкой); из нескольких фильтрующих материалов (многослойные скорые фильтры с зернистой загрузкой). В верхней части скорого фильтра с зернистой загрузкой на определенном расстоянии от верха фильтрующей загрузки, исключающем вынос мелких фракций при промывке, расположены желоба или перфорированной трубы, имеющие двоякое назначение. При фильтровании воды они должны равномерно распределить ее по площади сооружения, а при промывке загрузки — быстро собрать и удалить за пределы скорого фильтра с зернистой загрузкой промывную воду. По фронту скорого фильтра с зернистой загрузкой расположены трубопроводы и арматура обвязки, служащая для подачи исходной и промывной воды, для отвода фильтрата и воды после промывки загрузки, для полного опорожнения фильтра.
К числу скорых фильтров с зернистой загрузкой относится каркасно-засыпной фильтр большой грязеемкости. Он отличается от обычного скорого фильтра с зернистой загрузкой конструкцией загрузки и необходимостью водовоздушной промывки. Загрузка каркасно-засыпного фильтра представляет собой слой гравия высотой 2 м с крупностью зерен 3—40 мм и слой кварцевого песка высотой 1 м с крупностью зерен 0,8—2,0 мм, расположенном в межпоровом пространстве нижнего слоя гравия. Обрабатываемая вода фильтруется сверху вниз со скоростью 8—20 м/ч. Этот фильтр обычно работает при движении воды сверху и может выполнять функции осветления, обезжелезивания и дефторирования воды.
Разновидностью фильтров с зернистой загрузкой являются фильтры с плавающей загрузкой ФПЗ-3 и ФПЗ-4 из вспененного полистирола, отличающиеся большой грязеемкостью. Направление движения фильтруемой и промывной воды у них совпадает (сверху вниз). При безреагентной прямоточной схеме очистки воды на ФПЗ для получения фильтрата питьевой кондиции мутность исходной воды не должна превышать 500 мг/л. Толщину слоя загрузки принимают 1,2—1,5 м, крупность зерен плавающей загрузки — 0,3—1,5 мм, скорость фильтрования — до 5 м/ч, интенсивность промывки загрузки — 10—12л/(с/м), продолжительность промывки — 3—4 мин, потери напора при этом достигают 2,6 м. При коагулировании примесей воды или в случае очистки воды для производственных целей скорость фильтрования может быть увеличена до 25 м/ч. Раствор коагулянта вводят в обрабатываемую воду непосредственно перед фильтрующей загрузкой. ФПЗ при скорости фильтрования 4—7 м/ч удаляет из очищаемой воды до 95% планктона.
К медленным относится фильтр в виде прямоугольного в плане железобетонного резервуара шириной до 6 м и длиной не более 60 м, на дне которого находится дренаж из перфорированных труб, пористого бетона, кирпича или бетонных плиток, уложенных с прозорами. Над дренажем размещен поддерживающий слой из гравия или щебня высотой 200—250 мм и крупностью зерен 5—40 мм, а над ним филирующий слой кварцевого песка толщиной 550—600 мм и крупностью зерен 0,3—2 мм. Глубина слоя воды над поверхностью загрузки составляет 1,5 м, скорость фильтрования — 0,1—0,2. Медленный фильтр устраивают с механической или гидравлической регенерацией фильтрующей загрузки. Расход воды на один смыв загрязнений с 1 м поверхности загрузки фильтра составляет 9 л/с, продолжительность смыва загрязнений на каждые 10 м длины фильтра — 3 мин. Эти фильтры используют при безреагентной обработке воды.
Цветность воды при медленном фильтровании уменьшается незначительно, поэтому эти фильтры не пригодны для очистки воды при цветности свыше 50 град. На крупных станциях медленные фильтры не применяют из-за больших строительных затрат и сложности их очистки. Вследствие постепенного заиливания медленного фильтра, сопровождаемого уменьшением пористости и повышением потерь напора, на поверхности загрузки (песка) создается плотная пленка, в результате чего скорость фильтрования резко уменьшается. Накопленные загрязнения 1 раз в 15—50 сут удаляют вместе с поверхностным слоем песка и производят досыпку фильтра свежим песком. В последнее время загрузку отмывают непосредственно в фильтре с механическим рыхлением и гидроудалением загрязнений.