Фильтр с восходящим потоком воды принцип работы

Обновлено: 02.05.2024

Мы более 30 лет – на профессиональном технологическом базисе – занимаемся проектированием, конструированием и внедрением промышленного фильтрующего оборудования, которое, на сегодняшний день, отрабатывает с КПД ≈ 99% на более чем 200 предприятиях России и всей Евразии.

Декарбонизация – определение термина

Таким образом, декарбонизатор (англ. Water Decarbonifier) – это устройство для удаления углерода из воды. Но, поскольку углерод в воде в чистом виде, как правило, не присутствует, (а находится, в основном, в виде растворенного углекислого газа), то под декарбонизацией понимают удаление (десорбцию) диоксида углерода – кислого газообразного соединения, приводящего к коррозии и / или иным негативным технологическим последствиям.

Назначение декарбонизаторов воды

Отметим, что сами принципы работы, (подробнее об этом ниже), по которым работают обезуглероживающие жидкостные фильтры, позволяют проводить не только удаление двуокиси углерода, но и других газообразных примесей, а также – в более широком смысле – осуществлять умягчение (снижение т.н. карбонатной жесткости), деаэрацию (уменьшение содержания в воде составляющих газов воздуха) и деминерализацию (обессоливание / обеcщелачивание) воды.

Компактный и эффективный индустриальный декарбонайзер

Используются агрегаты и для т.н. обезжелезивания, то есть, для доокисления двухвалентного железа с последующим удалением образованного осадка в механических фильтрах. Данный подход широко используется в очистке артезианских вод.

Помимо прочего, деминерализационная водоподготовка снижает электропроводность жидких сред, что в некоторых отраслях – к примеру, в микроэлектронике и фармацевтике – является критически важным техническим аспектом.

Декарбонизаторы нашли широкое применение в нижеследующих ветвях промышленности:

Водоподготовка на котельных, ТЭЦ, ТЭС и других объектах теплоэнергетики;
Промышленная и полупромышленная водоочистка (химическая водоочистка, установки обратного осмоса, водород- и водород-натрий катионирование, системы умягчения воды с регенерацией ионита);
Промышленная гидропоника / растениеводство;
Пищепром, линии розлива напитков, вино- и пивоварение;
Водоподготовительные установки в тепличных комплексах, на птицефабриках, фермах, в рыбных и иных хозяйствах;
Металлургия;
Изготовление жидкого бетона качественных марок;
Фармацевтика, медицина, биохимия, химия, нефтехимия / НПЗ, лабораторные исследования;
Электроника и микроэлектроника.

Декарбонизация в цементной промышленности

Декарбонизаторы активно используются и в цементной промышленности, но их принцип работы никак не коррелирует с обработкой жидкости.

Циклонный теплообменник с обезуглероживателем на цементном заводе

Это нагревательные и / или теплообменные агрегаты циклонного типа с собственными горелками, обеспечивающие удаление из сырья избыточного углерода путем его выведения в виде углекислого газа (CaCO₃ + t° → CaO + CO₂) и реализующие эффективное распределение тепла по обжиговой системе.

Классификация и типы декарбонизаторов

Являющиеся аппаратами и системами бифазного контакта (жидкость-газ), промышленные декарбонизаторы имеют немало общего с мокрыми газоочистными фильтрами – скрубберами и абсорберами.

В некоторых аспектах они могут быть практически полностью идентичными – разница лишь в результате, который достигается через использование фильтра.

Для наглядности сведем в таблицу критерии устоявшейся классификации декарбонайзеров.

Классификационный критерий / Подтип декарбонайзера	Тип аппарата и / или фундаментальный принцип действия / Описание подтипа аппарата
По способу дистрибуции жидкости	Пленочные, капельные, пенные (барботажные)
Пленочные	С регулярной насадкой, с нерегулярной насадкой (кольца Рашига, кольца Палля, спирали, полухорды, седла Инталлокс и т.д).
Капельные	Вакуумно-эжекционные, распылительные
По типу поверхности контакта фаз	С постоянной поверхностью (насадочные пленочные аппараты), с переменной поверхностью (эжекционные, барботажные)
По вектору движения среды	Противоточные (насадочные пленочные, барботажные, капельные), прямоточные (вакуумно-эжекционные)
По ярусности / количеству этапов обработки	Одноступенчатые (насадочные, распылительные), многоступенчатые / многоярусные (пенные / барботажные)
По показателям давления	Вакуумные, атмосферные, работающие под давлением

Декарбонизаторы с кольцами Палля, Рашига и другими насадочными телами

Одной из наиболее эффективных и востребованных групп промышленных водоподготовительных систем являются атмосферные одноступенчатые насадочные пленочные декарбонизаторы, рабочая камера которых заполнена нерегулярной насадкой – кольцами Палля, кольцами Бялецкого, кольцами Рашига (Супер-Рашига), седлами Инталлокс, спиралями Левина или иными телами, имеющими высокую удельную поверхность (большую площадь поверхности при малом объеме).

Широкое разнообразие насадочных тел

Это позволяет – при орошении насадочного массива – создать развитую жидкостную пленку, площадь которой может исчисляться сотнями м 2 на каждый кубометр насадочного наполнителя.

Устройство и принцип работы декарбонизаторов с кольцами

В базовых чертах работу декарбонайзера – с кольцами или иного другого типа действия – можно описать через принцип десорбции – т.е. переход растворенного в жидкости газа в свободную газообразную форму.

Одним из наиболее важных факторов является площадь контакта фаз – чем она больше, тем активнее идет десорбция газовых примесей. Влияет на растворимость газов в жидкости и температура – чем она выше, тем меньше газовой фазы растворено в объеме жидкости.

Принципиальный чертеж-схема декарбонизатора. 1 – корпус, 2 – насадочный массив, 3 – форсуночный блок, 4 – вентилятор, 5 – распределитель воздуха

Принцип работы водоподготовительного обезуглероживающего аппарата пленочного типа с кольцами можно описать следующими пунктами:

Внутри рабочей камеры – орошение насадки форсуночным блоком (кольца Палля из нержавеющей стали)

Заказ, изготовление и внедрение обезуглероживающих водяных фильтров в России и Евразии

Для того, чтобы заказать и приобрести недорогой, компактный, надежный, долговечный и высокоэффективный бак декарбонизатор для воды, пожалуйста, связывайтесь с нами любым удобным Вам способом.

Для подбора наиболее рациональной модели, которая технологически и экономически удовлетворит Вашим требованиям, пожалуйста, предоставьте следующие данные:

расход воды (м 3 /час);
температура воды;
содержание CO₂ (мг/л);
водородный показатель воды pH;
жесткость воды (мг-экв/л).

Быстро поставим оборудование до любой точки России и всей Евразии. Профессиональный монтаж, шефмонтаж. Обучение персонала. Полный пакет документации. Гарантия производителя.

Рис. 1. Всё это могло попасть в квартирную систему

Степень очистки ФГО зависит от конструкции фильтроэлемента. Чем меньше размер его ячейки, тем выше степень очистки, но тем большее гидравлическое сопротивление будет создавать фильтр. В связи с этим подбор фильтра лучше всего поручить специалисту.

Крупнейший производитель и поставщик инженерной сантехники на рынке России и всего постсоветского пространства – компания VALTEC – предлагает широкий спектр фильтров грубой очистки для внутридомовых сетей.

Наиболее востребуемые ФГО – это косые фильтры. Они имеют простую конструкцию и являются самыми дешевыми из фильтров. VALTEC предлагает несколько вариантов косых фильтров, отличающихся по конструкции резьбовых патрубков и габаритам (рис. 2):

VT.192 – фильтр с внутренней резьбой от 1/2 до 2";
VT.191 – фильтр с наружной резьбой на входе и внутренней на выходе 1/2";
VT.190 – фильтр с наружной резьбой 1/2".

Все модели косых фильтров VALTEC могут использоваться в трубопроводных системах с максимальной температурой рабочей среды до 150 °С. Фильтрующая способность для моделей диаметром до 1" составляет 500 мкм. Фильтр состоит (рис. 3) из корпуса 1 (горячепрессованная никелированная латунь CW617N), латунной пробки 2, фильтроэлемента 3 (нержавеющая сталь AISI 316) и тефлоновой прокладки 4. Пробка фильтра имеет пломбировочное отверстие, необходимое при установке этого элемента перед водосчетчиком. Обслуживание косого ФГО заключается в периодической очистке фильтроэлемента. Для этого необходимо открутить пробку и извлечь фильтроэлемент для очистки и промывки.

Рис. 3. Конструкция косого фильтра VALTEC

Пример применения косого фильтра VT.190 приведен на рис. 4.

Рис. 4. Косой фильтр VT.190 на квартирном вводе водопровода

VT.385 – компактный прямой фильтр, имеющий пробку с резьбой 1/2";
VT.387 – прямой фильтр с наружной и внутренней резьбой;
VT.388 – прямой фильтр с внутренней резьбой.

Рис. 5. Прямые фильтры грубой очистки VALTEC (слева направо): VT.385, VT.387, VT.388

Конструкция прямых фильтров такова, что поток рабочей среды при входе в фильтроэлемент поворачивает на 90°, создавая турбулентный вихрь, омывающий сетку (рис. 6. Это способствует более эффективной очистке, препятствуя нарастанию на сетке коллоидных и волокнистых частиц. В процессе очистки задействована одновременно вся площадь фильтроэлемента. Прямые фильтры VALTEC снабжены фильтроэлементами с размерами ячеи 300 мкм, что является оптимальным для защиты от засорения квартирных редукторов давления, водосчетчиков, термостатов, смесителей и прочей водоразборной арматуры.

Рис. 6. Конструкция и принцип работы прямых фильтров

На фильтре VT.385 вместо пробки может быть установлен дренажный кран (1/2"), что упрощает процесс его промывки.

Для удобства обслуживания на моделях VT.387 и 388 применены заглушки с внутренней резьбой. Благодаря этому и наличию уплотнительного кольца из EPDM резьба заглушки не контактирует с водой и не прикипает к корпусу фильтра.

Прямые фильтры могут применяться на трубопроводах с давлением рабочей среды до 16 бар и температурой до 110 °С. Фильтры выпускаются с диаметрами условного прохода 1/2 и 3/4". Не всегда существующая разводка сантехнических систем позволяет применить стандартные изделия. Когда необходимо установить ФГО на вертикальный трубопровод с подачей воды снизу вверх, обычные косые и прямые фильтры неприменимы, т.к. это приводит к засорению нижнего отвода трубопровода (рис. 7).

Рис. 7. Прямые и косые фильтры на вертикальном участке с движением воды снизу-вверх (ошибка)

В таких случаях необходимо делать горизонтальный участок трубопровода с установкой на нем ФГО. Однако не всегда рабочее пространство позволяет это сделать. На выручку приходит универсальный фильтр VALTEC VT.386 (патент № 2464479). У этого фильтра ось фильтровальной камеры развернута на 75° по отношению к оси трубопровода. Благодаря этому нерастворимые частицы, окалина и прочие загрязнения не имеют возможности поспасть обратно в трубу, опуститься вниз при остановке потока, а остаются в фильтровальной камере (рис. 8).

Рис. 8. Внешний вид, конструкция и работа фильтра VT.386 на вертикальном участке с движением воды снизу-вверх

Рис. 9. Мельчайшие частицы ржавчины не задерживаются обычным фильтром

Больше всего от ржавчины страдают тахометрические водосчетчики. Попадая в крыльчатку водосчетчика, частицы ржавчины притягиваются к встроенному в ось крыльчатки магниту (рис. 10), который передает вращение счетному механизму. Нарастание частиц приводит к замедлению вращения крыльчатки, а затем и к полной остановке прибора. Для производителей такое явление не является гарантийным случаем, и потребитель вынужден оплачивать приобретение нового счетчика.

Рис. 10. Ржавчина выводит из строя крыльчатые водосчетчики

Специалисты VALTEC, понимая острую необходимость решения этой проблемы, предложили простой, но действенный выход. Перед водосчетчиком устанавливается фильтр с магнитным уловителем VT.384 (рис. 11). Он представляет собой прямой фильтр с присущими ФГО этого типа преимуществами, а впрессованный в пробку постоянный магнит позволяет улавливать магнитные вещества (металлические частицы, окалину и т.п.) гораздо меньшие по размеру, чем ячея сетки фильтра (300 мкм).

Рис. 11. Конструкция фильтра с магнитным уловителем VT.384

Все большей популярностью в системах квартирного водоснабжения пользуются промывные фильтры. Они позволяют выполнять очистку фильтра без его отключения и разборки. Промывной каскадный фильтр VALTEC VT.389 (рис. 12) оснащен двумя фильтроэлементами из нержавеющей стали (один в другом) с размером ячеек 1000 и 250 мкм, манометром для контроля давления и дренажным краном для промывки.

Рис. 12. Внешний вид и конструкция каскадного фильтра VT.389

Корпус и колба фильтра выполнены из никелированной латуни марки CW617N. Наличие двух фильтроэлементов разной пропускной способности и образование вихревой турбулентности обеспечивает ступенчатую очистку и увеличивает периодичность обслуживания фильтра. В настоящее время промывной фильтр VT.389 выпускается трех типоразмеров: 1/2, 3/4 и 1". Уникальность фильтра, в сравнении с аналогами, заключается в минимальных габаритах при высоких очистных характеристиках (патент RU 111451 U1). Монтировать промывной фильтр следует колбой вниз. До и после фильтра необходимо установить запорную арматуру для возможности извлечения фильтроэлементов. Наилучшим способом промывки фильтра является обратная промывка, но для ее реализации потребуется монтаж дополнительного участка обводного трубопровода.

Рекомендации по монтажу, промывке и определению степени загрязненности фильтра приведены в паспорте этого изделия.

Специально для систем полипропиленовых трубопроводов фирма VALTEC выпускает приварные ФГО с корпусом из полипропилена (рис. 13):

Рис. 13. Фильтры грубой очистки с полипропиленовым корпусом

Эти фильтры предназначены для систем с номинальным давлением до 25 бар и температурой рабочей среды до 90 °С. Размер ячеи фильтроэлемента – 300 мкм. Фильтры с полипропиленовым корпусом соединяются с трубопроводом методом полифузионной сварки.

Несмотря на то, что все ФГО достаточно просты по конструкции, это не отменяет требований по их грамотному монтажу и эксплуатации. Наиболее частыми ошибками монтажников являются следующие:

направление потока рабочей среды не совпадает с направлением, указанным стрелкой на корпусе фильтра. Такая ошибка приводит к тому, что шлам накапливается не в фильтровальной камере, а вне её;
фильтр устанавливается пробкой или заглушкой вверх. При такой установке шлам не оседает в фильтровальной камере (рис. 14), а остается в трубопроводе до фильтра, что может вывести из строя расположенную перед фильтром водозапорную арматуру;
косой или прямой фильтр устанавливается на вертикальном участке трубопровода при восходящем потоке без устройства горизонтального участка. В этом случае шлам, оседая в нижнем отводе трубопровода может со временем полностью перекрыть трубопровод (рис. 15).

Рис. 14. Ошибка монтажа: фильтр установлен колбой вверх

Рис. 15. Ошибка монтажа: косые фильтры на вертикальном участке при восходящем потоке

Какой бы фильтр ни выбрал потребитель, главное, чтобы это устройство соответствовало требованиям и особенностям конкретной системы, а при монтаже и эксплуатации были соблюдены строительные нормы, правила и рекомендации производителя. Только в этом случае ФГО будет служить верой и правдой не одно десятилетие.

Предотвращение загрязнения водоёмов в условиях возрастания потребления воды и соответственно увеличения объёма стоков вызывает необходимость совершенствования технологических приёмов глубокой очистки сточных вод. Проблема особенно актуальна для Москвы и Московской области, где плотность населения такая же, как в самых густонаселённых странах Западной Европы, а очищенная вода может быть сброшена только в средней величины водотоки (реки). Эти водотоки в настоящее время относятся к категории сильно загрязнённых. В таких условиях рассчитывать на процесс самоочищения недоочищенных сточных вод в реках не приходится.

В настоящее время к очищенным сточным водам, которые сбрасываются в реку Москва, государственные природоохранные органы предъявляют жёсткие требования. В очищенных сточных водах при сбросе в столичную реку концентрация БПКполн не должна превышать 3 мг/дм³, азота аммонийного — 0,39, нефтепродуктов — 0,05, железа — 0,15, меди — 0,001 мг/дм³.

Производительность очистных сооружений в настоящее время составляет величину 70–85 тыс. м³ в сутки. Применение доочистки на фильтрах с зернистой загрузкой после традиционной биологической очистки сточных вод позволяет существенно повысить качественные показатели очищенных сточных вод. Фильтры-биореакторы, эксплуатируемые на очистных сооружениях Воскресенска, позволяют добиться качества очистки, соответствующего нормам допустимого сброса для водоёмов рыбохозяйственного назначения по взвешенным веществам, БПКполн, азоту аммонийному, азоту нитритному, ХПК, нефтепродуктам и ряду тяжёлых металлов. Устройство фильтра-биореактора показано на рис. 1.

Фильтр-биореактор представляет собой прямоугольную ёмкость, заполненную гравийной или песчаной загрузкой, крупность зёрен которой убывает снизу вверх по направлению движения очищаемой воды. По дну фильтра проложена дренажная распределительная система подачи воды и воздуха с необходимой интенсивностью, обеспечивающая подачу очищаемой воды во время фильтроцикла и во время периодической промывки фильтрующей загрузки. Фильтры оборудованы системой низкого отвода промывной воды. Сточные воды перед подачей на фильтр аэрируются воздухом до концентрации 5–7 мг/дм³. Насыщенная кислородом сточная вода подаётся на фильтр по дренажной системе, выполненной из полимерных материалов.

В течение 30 лет производилась непрерывная реконструкция этих фильтров с целью повышения качества очистки сточных вод и упрощения процесса обслуживания фильтров. Реконструкция фильтров-биореакторов проводилась по материалам опытно-промышленных испытаний, выполненных совместно с НИИ КВОВ на основании теории фильтрования малоконцентрированных суспензий Д. М. Минца, которая получила экспериментальное подтверждение, мировое признание и доведена до практического использования. Существует два основных пути повышения эффективности работы фильтровальных сооружений при доочистке сточных вод:

совершенствование конструкции основного рабочего органа фильтров — зернистого фильтрующего слоя;
изменение фильтрационных свойств очищаемой воды за счёт использования реагентов или создания условий для её биологической очистки.

Первый способ позволяет прежде всего повысить технико-экономическую эффективность доочистки сточных вод за счёт увеличения скорости фильтрации. Однако эффективность удаления органических загрязнений при этом определяется только задержанием взвешенных веществ и может быть повышена лишь за счёт применения дополнительных технологических приёмов. Увеличить степень удаления из сточных вод органических загрязнений, фосфатов, тяжёлых металлов возможно введением перед фильтрацией реагентов. Однако это связано с большими материальными затратами, усложнением технологического процесса и снижением производительности фильтровальных сооружений. Исследования по этим направлениям проводились и на очистных сооружениях Воскресенска.

В соответствии с известными теоретическими положениями интенсификация работы фильтровальных сооружений может быть достигнута за счёт совершенствования фильтрующего слоя. Для этой цели используются материалы с высокой межзерновой пористостью и развитой поверхностью зёрен. Однако подобные зернистые материалы обычно имеют плотность, меньшую плотности кварцевого песка.

Преимущества лёгких высокопористых материалов не могут быть в полной мере реализованы в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком воды, так как их малая плотность сказывается на величине предельно допустимой потери напора в фильтрующей загрузке, которая определяется весом загрузки в воде и рассчитывается по формуле:

где р_з и р_в — плотность зёрен загрузки и воды; m — пористость фильтрующего слоя; l — высота фильтрующего слоя.

Значения пористости фильтрующей загрузки изменяются для различных материалов в достаточно ограниченных пределах (0,4–0,65), поэтому величина допустимой потери напора при восходящем потоке очищаемой воды зависит в основном от плотности материала, составляющего фильтрующую среду. Значения плотности и пористости, а также вычисленные значения предельно допустимой потери напора при высоте загрузки 2 м, рекомендуемой для такого типа фильтровальных сооружений при использовании некоторых видов зернистых фильтрующих материалов, представлены в табл. 1.

Приведённые данные показывают, что для достижения большей величины предельно допустимой потери напора целесообразно применять тяжёлые загрузки с плотность большей, чем у кварцевого песка. Использование в фильтровальных сооружениях с восходящим потоком загрузок с большей плотностью позволяет (за счёт большей величины потери напора) повысить допустимую скорость фильтрования при одновременном увеличении задерживающей способности фильтрующего слоя вследствие его большей пористости.

Сравнительные теоретические графики фронта продвижения отложений и темпа прироста потери напора в фильтрующих средах из кварцевого песка и тяжёлого зернистого материала с развитой поверхностью зёрен, демонстрирующие возможность увеличения времени защитного действия и времени достижения предельной потери напора при использовании зернистого фильтрующего слоя, представлены на рис. 2.

Из практических соображений наиболее доступным тяжёлым материалом в настоящее время является гранулированный базальт, производимый на заводах теплоизоляционных материалов Урала и Карелии. Итак, реализованный в практических условиях на межрайонных очистных сооружениях Воскресенска фильтр-биореактор представляет собой зернистый фильтр с восходящим потоком воды и водовоздушной промывкой.

В качестве зернистой загрузки используется базальт крупностью 4–6 мм. Зерна дроблёного базальта имеют порфировую равномерно-зернистую структуру и однородную текстуру и представляют собой фильтрующий материал с тонкозернистой шероховатой поверхностью гранул, к которой хорошо прилипают хлопья активного ила при фильтрации биологически очищенной сточной воды, что способствует интенсификации процесса биологической очитки в толще загрузки.

Исследованиями, проведёнными в начале 1990-х годов, было установлено, что в толще загрузки фильтра за счёт прохождения биологических процессов увеличивается степень удаления органических загрязнений, интенсифицируется процесс нитрификации при обеспечении значения концентрации растворенного кислорода в исходной воде не менее 4–7 мг/дм³.

Очистка фильтрованием в толще фильтрующей загрузки происходит в результате двух одновременно протекающих процессов: прилипания частиц взвеси к поверхности зёрен фильтрующего материала и к ранее прилипшим загрязнениям, а также их отрыва под действием сил гидродинамического давления потока протекающей воды.

Для определения биоценоза микроорганизмов, развивающихся в фильтребиореакторе, проводился гидробиологический анализ промывной воды фильтров, продолжительность фильтроцикла которых составляла более 24 часов.

В промывной воде после фильтровбиореакторов содержится главным образом микроорганизмы биоценоза, развившиеся в поровом пространстве загрузки и на её поверхности при достаточном количестве растворенного кислорода уже во время фильтровального цикла.

Микроорганизмы, поступающие в составе хлопьев ила в сточной воде после вторичных отстойников, являются субстратом для развития своего биоценоза — биоценоза фильтра-биореактора.

Было обнаружено, что в фильтрах-биореакторах биоценоз состоит из микроорганизмов, характерных как для аэротенков с продлённой аэрацией, так и для биофильтров, видовой состав инфузорий, бактерий и червей которых богаче, чем в аэротенке. В фильтре-биореакторе происходят процессы, характерные для аэротенков и биофильтров. Это определяется, с одной стороны, окислением загрязнений сточных вод посредством иммобилизованных микроорганизмов на поверхности зёрен загрузки, а с другой — посредством микроорганизмов, находящихся в хлопках ила в поровом пространстве и при наличии растворенного кислорода для дыхания в количестве, достаточном для биоценоза, характерного для малонагруженных аэротенков.

Видовой состав микроорганизмов в фильтре-биореакторе характерен для биохимических процессов, проходящих с глубокой нитрификацией и глубокой минерализацией ила.

Были обнаружены следующие инфузории, характерные для аэротенков с взвешенным активным илом: Aspidisca costata, Vorticella convallaria, Epistylis plicatilis. Инфузории, характерные для биоплёнки активного ила в аэротенках с прикреплённым активным илом: Opercularia minima, Carchesium bator, Litonotus fasciola.

Коловратки, характерные для аэротенков с низкой нагрузкой и аэротенков с прикреплённым илом: Rotaria rotatoria, Lecane luna, Notommata ansata. Черви, характерные для глубокой нитрификации и минерализации: Nematodes, Aelosoma ehrenberqi. Таким образом, в фильтребиореакторе проходят все стадии процесса биологической очистки сточных вод: окисление углеродсодержащих соединений, нитрификация, аэробная минерализация и денитрификация.

В биоплёнке на зёрнах фильтрующей загрузки и в частицах задержанного активного ила происходит реакция нитрификации — в аэробных зонах, денитрификации — в анаэробных зонах. При этом эффективность снижения концентрации аммонийного азота составляет 30–40 %, а снижение концентрации общего азота составляет 15–30 %. При этом эффективность снижения общего азота увеличивается с увеличением продолжительности фильтроцикла. В первые сутки снижение не превышает 20 %, во вторые сутки достигает 40 %.

В 1990-е годы проводились исследования по увеличению скорости фильтрования и интенсификации биологического процесса в толще загрузки фильтров. По результатам исследований проводилась реконструкция отделения доочистки стоков на фильтрах-биореакторах. Первый этап заключался в замене песчаной загрузки на базальтовую. Был изменён режим промывки фильтров и увеличено время фильтроцикла до 24 часов, смонтирована система насыщения кислородом сточной воды в приёмном резервуаре перед фильтрами для повышения концентрации кислорода в стоках.

В результате проведённых реконструкций достигнуты следующие технологические показатели, приведённые в табл. 2.

В фильтрах с восходящим потоком очищаемой воды простейшим образом и наиболее полно реализуется прогрессивный принцип фильтрования в направлении убывающей крупности зёрен загрузки (что позволяет в максимальной степени увеличить их грязеёмкость), а применение водовоздушной промывки даёт возможность получать хороший эффект отмывки фильтрующей загрузки при сравнительно небольших расходах промывной воды.

Технологическая схема оборудования для обеспечения работы фильтров-биореакторов представлена на рис. 4.

В приёмном резервуаре осуществляется насыщение сточной воды кислородом при помощи мелкопузырчатых аэраторов. На фото 3 изображён приёмный резервуар с системой аэрации.

Осевыми насосами исходной воды сточная вода подаётся в канал, где установлена механизированная решётка для задержания мусора и предохранения отверстий дренажно-распределительной системы. После канала решёток сточная вода направляется во входные регулирующие камеры фильтров-биореакторов.

Для осуществления водовоздушной промывки фильтров установлены две центробежные воздуходувки. Промывная вода удаляется в резервуар промывных вод и далее в голову очистных сооружений. Доочищенная сточная вода подаётся в контактные резервуары для обеззараживания. На фото 4 показан зимний сад в помещении машинного зала.

Фильтры-биореакторы доочистки биологически очищенных сточных вод эксплуатируются уже в течение 30 лет. За данное время эксплуатации достигнута высокая эффективность очистки по величине БПК_полн (рис. 5), по взвешенным веществам (рис. 6), по азоту аммонийному (рис. 7), по нефтепродуктам (рис. 8) и тяжёлым металлам (рис. 9). Фильтры-биореакторы могут быть использованы для доочистки после аэротенков, работающих со средними нагрузками по БПК, и качеством очищаемой воды по БПК_полн = 10–25 мг/дм³ перед фильтрами. Фильтры-биореакторы можно использовать и при работе аэротенков с низкими нагрузками, качество стоков на фильтрование по БПК_полн = 5–6 мг/дм³.

Многолетняя эксплуатация фильтровальных сооружений для доочистки биологически очищенных сточных вод выявила следующие их строительные и конструктивные достоинства:

На протяжении длительного периода эксплуатации выявлены важные технологические и эксплуатационные достоинства используемых фильтровальных сооружений с восходящим потоком очищаемой сточной воды:

за время эксплуатации не было отмечено ни одного случая сдвига слоёв зернистой загрузки фильтров даже при максимальной интенсивности проведения водовоздушной промывки (150–180 м³/м² воздуха и 25 м³/м² промывной воды);
не отмечено ни одного случая заиливания фильтрующей загрузки при минимальной интенсивности промывки (то есть 80–100 м³/м² воздуха и 12 м³/м² промывной воды);
простота обслуживания фильтровбиореакторов позволяет проводить их эксплуатационное обслуживание как в ручном режиме силами одной штатной единицы, так и в автоматическом режиме с использованием простейших контрольно-измерительных приборов расхода воды и воздуха, а также реле времени;
малый расход промывной воды как следствие малого времени, необходимого для промывки фильтра;
большая грязеёмкость фильтров, что позволяет увеличивать время фильтроциклов между промывками до 48 и даже до 72 часов (или увеличивать скорость фильтрования с 10 до 15–18 м/ч);
простота проведения промывки фильтров биореакторов (для проведения промывки необходимо провести регулировку двух задвижек);
возможность поступления на фильтры загрязнённых стоков после биологической очистки с концентрацией по взвешенным веществам до 60–80 мг/дм³ в течение трёх-пяти часов (без ухудшения качества фильтрационной доочистки);
надёжная работа систем распределения воды и воздуха в течение 20–25 лет без ремонтов и снижения основных технологических показателей работы фильтров;
простота дозагрузки зернистых материалов в фильтры на протяжении их длительной эксплуатации и малое количество потребного для дозагрузки фильтрующего материала — не более 2 % в год.

Фильтры-биореакторы отнюдь не исчерпали возможностей для их совершенствования. Благодаря большой грязеёмкости и дренажной системе, выполненной из полимерных материалов, они могут быть эффективно использованы и для снижения концентрации фосфора в очищаемой воде.

В 2014 году были проведены успешные промышленные испытания фильтров-биореакторов для снижения концентрации фосфора с помощью реагентов. В качестве реагента использовалось хлорное и сернокислое железо. Концентрация фосфора была снижена с 2,5 до 0,2–0,5 мг/дм³. Ведутся проектные работы по использованию реагентов для всего объёма стоков.

АМБЕРПАК – это простая эффективная и компактная система ионообмена, предназначенная для обессоливания или умягчения воды, когда появляются наиболее высокие требования к качеству обработанной воды, даже в тех случаях, когда сырая вода содержит взвешенные твердые вещества.

Амберпак представляет собой однокамерный или многокамерный фильтр с системами верхнего и нижнего распределения и сбора, которые состоят из платы и колпачков, или из коллектора и отводов. Работа осуществляется в восходящем потоке, регенерация – в низходящем.

1. Амберпак позволяет осуществлять обратную промывку. Традиционные противоточные системы, использующие зажатие слоя воздухом или водой, также могут подвергаться обратной промывке, но эти конструкции требуют больше места и воды. Для Амберпак не требуется дополнительно места или воды, т.к. смола используется в фильтрах с зажатым слоем, позволяющих осуществлять промывку когда это требуется.

С этой целью система Амберпак включает в себя один или два небольших, легких, недорогих фильтра, в которые можно перенести смолу для обратной промывки.

Колонна обратно отмывки – это открытый фильтр с размером, рассчитанным на обработку не более 400мм слоя смолы каждой ионообменной камеры. Она оснащена оборудованием для обратной промывки смолы и для переноса её из ионообменного фильтра и обратно. Она может быть выполнена из стекловолокна, усиленного пластиковым материалом.

2. Варианты исполнения фильтров

Фильтры имеют очень простое устройство, требующее только верхнее и нижнее распределение системы. Фильтры Амберпак могут иметь многокамерную конструкцию для загрузки слабых и сильных электролитических смол в одну колонну без риска их смешивания, оставаясь при этом очень простым в эксплуатации.

Камеры отделены друг от друга промежуточными колпачковыми платами. Все колпачковые платы разработаны таким образом, чтобы обеспечить необходимое распределение жидкостей как в рабочей фазе, так и в ходе регенерации, хотя скорости потоков этих процессов обычно отличаются.

3. Амперпак типа Сендвич

Будучи компактной по конструкции, эта система может обеспечить качество воды, равное качеству воды фильтров смешанного действия, но с использованием половины того качества регенеранта, которое используется в ФСД. Более того, таким образом удается избежать проблем, связанных со смешиванием и несмешиванием смол.

При использовании для обессоливания жесткой воды нижняя камера должна содержать катионообменную смолу. В других случаях может быть более выгодно поменять традиционный порядок и использовать катионообменную смолу вверху: в таком случае любой проскок натрия из анионита, вызванный небольшим загрязнением органикой, будет задержан катионитом и, таким образом, будет обеспечена наименьшая электропроводимость.

Регенерация выполняется последовательно, всегда начиная с верхней камеры. Дополнительный коллектор установлен непосредственно под промежуточной платой, и в ходе регенерации используется непосредственно под промежуточной платой, и в ходе регенерации используется небольшой блокирующий поток воды. Нижняя камера имеет небольшое свободное пространство, так что заполняющая её смола не подвергается отрицательному воздействию неправильно выбранным регенерантом.

4. Комбинация фильтров

1 Небольшие установки или фильтры очистки

2 Обессоливание воды с низким общим солесодержание

3 Установки среднего размера для воды, содержащей щелочность

4 Обессоливание воды с высокими жесткостью и щелочностью

5 Обессоливание воды с высоким содержанием бикарбонатов, низким содержанием хлоридов с использованием камеры доочистки

6 Сложная установка с включением в неё фильтров смешанного действия

5. Принципиальная схема установки на предприятии

Наилучшая эффективность регенерации

Низкий расход регенерантов

Малое количество воды для промывки, низкие отходы

Исключительное качество воды:

Электропроводность 0,1-1,0 мкСм/см

SiO₂ – 10мкг/кг или менее

Низкий перепад давлений

Конструкция фильтра проста. Верхняя распределительная система представляет собой простой рассеиватель. Значительный свободный подъем обеспечивает возможность увеличения объема смолы при взрыхлении.

В качестве нижнего коллектора может быть использована плата с колпачками или система лучей со щелями или встроенными колпачками.

В системе СТРАТАБЕД сильно- и слабоосновные ионообменные смолы помещены в одном фильтре без механических перегородок. При данной технологии рабочий цикл идет нисходящим потоком, а регенерация восходящим потоком. Плотность слабоосновного анионита меньше чем сильноосновного, вследствие чего первый находится выше второго. Кроме того, для предотвращения смешивания слоев смолы выбирается размер частиц с мелкими фракциями для СлОА и с крупными фракциями для СиОА.

Тот же принцип используется для катионитов.

Регенерация производится восходящим потоком при хорошо разделенных слоях смолы с тем, чтобы сильная смола обрабатывалась со значительным избытком регенеранта. Этот избыток регенерирует слабую смолу.

Система Стратапак представляет собой комбинацию систем Стратабед и Амберпак.

Конструкция фильтра очень проста, и приемлема как для модернизации существующих, так и для проектирования новых установок.

Стратапак гибок, он устойчиво работает на скоростях 15-100% от номинальной. Процесс можно многократно останавливать и запускать в течение одного цикла при отсутствии потребности фильтрата или в случае остановок.

Рабочий процесс осуществляется в нисходящем потоке, процесс регенерации – в восходящем.

Процесс регенерации начинается с короткого этапа уплотнения, затем скорость потока уменьшается и уплотнение сохраняется за счет плотности регенеранта и его движения снизу вверх.

Небольшое количество взвешенных твердых частиц скапливается на поверхности смолы на этапе работы и вымывается при уплотнении.

Обеспечивает высокое качество

Не требует больших финансовых затрат

Стратапак – идеальный выбор, когда необходимо экономично получить фильтрат высокого качества в непостоянных условиях работы.

Читайте также: