Расчет коэффициента фильтрации песка в Excel

Источником МП в водные объекты может быть отвод стоковых вод, например, с дорог или расположенных выше по течению сельскохозяйственных, промышленных и городских районов. Ливневые стоки отводятся в принимающие водоемы, такие как реки и озера, которые могут использоваться в качестве основных источников сырой воды (Браун et al. 2011; Eriksen et al. 2013; Коул и др., 2017 г.).

Микропластики могут представлять серьезную угрозу, особенно для человека, из-за способности MP поглощать органические загрязнители, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) и гексахлорциклогексан (ГХГ). ) (Идальго-Рус et al. 2012). Галлоуэй (2015) объяснил, что микроорганизмы могут попадать в организм человека через пищеварительную или дыхательную систему, поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы предотвратить их распространение из воды, особенно из источников водоснабжения.

Обнаружение MP в питьевой воде было начато в 2017 году (Eerkes-Medrano et al., 2019).Первая попытка, в которой упоминалось о наличии ВЧ на очистных сооружениях питьевой воды (ОСПВ), была предпринята в Германии в 2019 г. (Mintenig et al. 2019). Некоторые исследователи показали, что MP были обнаружены в бутилированной воде, водопроводной воде и водоочистных сооружениях (Oßmann et al. 2018; Pivokonsky et al. 2018; Schymanski et al. . 2018 г.; Минтениг и др. 2019 г.).

Конфигурация установок очистки питьевой воды состоит из нескольких этапов, таких как предварительное осаждение, коагуляция и флокуляция, осаждение, фильтрация и продвинутые этапы, такие как хлорирование. Есть только несколько исследований, которые объясняют эффективность удаления МП из каждого процесса СДО. Большинство исследований связаны с наличием и встречаемостью МЧ в СВДП (Oßmann et al. 2018; Pivokonsky et al. 2018; Schymanski et al. 2018; Mintenig et al. 2019). Скоростной песочный фильтр (ПСФ), как один из технологических агрегатов в ряду УОС, считается эффективным средством удаления МП. Однако эффективность RSF исключительно для удаления MP не исследовалась. Ма et al. (2019) исследовали удаление МЧ при коагуляции и ультрафильтрации в DWTP. Поскольку RSF интенсивно используется в Индонезии, в этой статье исследуется эффективность RSF в DWTP.

Перед быстрой песчаной фильтрацией образцы обрабатываются в операционном блоке и проходят такие процессы, как предварительное осаждение, коагуляция и флокуляция, а также осаждение. Поэтому в этом исследовании также было проведено предварительное исследование, чтобы показать удаление MP в процессах до RSF.

Talvitie et al. (2017) провели исследование эффективности удаления МП из очистных сооружений путем сравнения четырех дополнительных (третичных) очисток после первичной и вторичной очистки. Эффективность удаления МЧ мембраной биореактора (МБР) составляет около 99,9%; скорый песочный фильтр (РСФ) около 97%; флотация растворенным воздухом (DAF) составляет около 95%, а дисковый фильтр (DF) - около 40–98,5%. В этом исследовании используемая операция по удалению MP представляет собой RSF с одной средой, поскольку предполагается, что эта обработка является эффективной, экономичной и подходящей технологией для очистки сточных вод, а также для очистки питьевой воды.

В качестве фильтрующего материала используется кварцевый песок, потому что кварцевый песок легко достать и он имеет меньшую пористость (Droste 1997). Это исследование направлено на анализ эффективности и механизма процесса RSF при удалении MP и анализ влияния переменных исследования на производительность фильтрующего материала. Переменными в этом исследовании были тип и размер MP, размер фильтрующего материала, время фильтрации и скорость фильтрации.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Фильтрующий материал и реактор быстрого песочного фильтра

В этом исследовании использовался кварцевый песок. Кварцевый песок был выбран потому, что он распространен в водопроводе и недорог. В этом исследовании использовалась RSF, так как большинство DWTP в Индонезии применяют RSF. Первоначально кварцевый песок был просеян до размера 20–40 меш и 40–70 меш, чтобы получить два варианта эффективного размера (ES). Затем, перед использованием среды, был проведен ситовой анализ для определения ES и коэффициента однородности (UC) кварцевого песка. Затем результат ситового анализа изображали на кривой накопления распределения для определения значений ES и UC. Кроме того, также были определены значения пористости и плотности. Пористость и плотность фильтрующего материала можно рассчитать по приведенному ниже уравнению:

Использованный реактор был цилиндрическим, изготовленным из акрила, диаметром 10 см и высотой 100 см. Реактор был спроектирован с непрерывным потоком (нисходящим потоком) с использованием погружного насоса. Расход контролировался расходомером. Схема процесса фильтрации для реактора изображена на рисунке 1.

Схема реактора с быстродействующим песочным фильтром.

Схема реактора с быстродействующим песочным фильтром.

Искусственный образец микропластика

Образцы микропластика, используемые в этом исследовании, были искусственно изготовлены из пластиковых пакетов для покупок и мотоциклетных шин. Согласно модели, проведенной Siegfried et al. (2017), наиболее распространенными типами МЧ, попадающими в водоемы, были чешуйки шин. Согласно исследованию Пивоконского et al. (2018 г.), этот тип пластиковых фрагментов чаще всего встречается в сырой воде.

Пластиковые пакеты для покупок были измельчены с помощью терки и блендера, а мотоциклетная шина измельчена с помощью мясорубки. Очистка была удалена вручную. Затем чистые образцы просеивали, используя стандартные сита 100, 70 и 40 с размером отверстий 150, 212 и 425 мкм соответственно. Диапазон размеров был установлен на основе исследования Stundt et al. (2014) и Verschoor et al. (2016), которые сообщили, что размер чешуек шин, обнаруженных на дорожное покрытие составляло от 10 до 400 мкм. Искусственные МП добавляли в пробы водопроводной воды.

Идентификация микропластика

Образец был собран в стеклянную бутылку объемом 500 мл. Затем образец фильтровали на бумажном фильтре Whatman GF/C с использованием вакуумного фильтра. Фильтровальную бумагу с указанными выше МЧ переносили в чашку Петри и сушили в печи при 105°C в течение примерно 30 минут для удаления влаги с фильтровальной бумаги. Высушенную фильтровальную бумагу наблюдали для определения типа, количества и размера МЧ с помощью светового бинокулярного микроскопа (Olympus CX-21) при 100-кратном увеличении. О количестве наблюдаемых MP сообщалось как о количестве MP на литр проб.

В этом исследовании не проводилось определение типа полимера MPs; Идентификация депутатов ограничивалась его формой. Horton et al. (2017) пришел к выводу, что MP можно идентифицировать по их цвету, который контрастирует с окружающей средой, а также по их форме, такой как чешуйки, фрагменты или волокна.

Предварительная обработка

Предварительная обработка предназначена для имитации ряда установок очистки воды перед тем, как вода пройдет через установку фильтрации. Предварительная обработка включает предварительное осаждение, коагуляцию-флокуляцию и осаждение. В этом исследовании образцы подвергались двум обработкам, а именно с добавлением бентонита и без добавления бентонита. На этапе председиментации образец отстаивали в течение двух часов, затем подсчитывали осевшие МП.

Первым этапом этого предварительного исследования была предварительная седиментация. Удаление микропластика на этапе предварительного осаждения было аналогично получению твердых частиц при обработке сырой воды и сточных вод под действием силы тяжести. Дискретное осаждение частиц происходит в блоке предварительной седиментации (Меткалф и Эдди, 1991; Кавамура, 2000). На осаждение частиц влияют размер частиц, форма частиц (плоская, круглая или неправильная), плотность, удельный вес жидкости, вязкость жидкости, концентрация частиц в жидкости, свойства частиц в суспензии и температура. Размер и форма частиц будут влиять на отношение поверхности к объему частиц. Температура влияет на вязкость и удельный вес жидкости.

Исследования, связанные с процессом осаждения МП в поверхностных водах, были смоделированы по той же схеме, что и природные частицы (Hoellein et al. 2019). При анализе на основе факторов, влияющих на процесс осаждения, МЧ обычно обладают теми же свойствами, что и дискретные частицы. Как поясняет Григорий в et al. (2016), общее движение частиц МП в морской среде вызывается физическими силами, такими как гравитация, выталкивающая сила Архимеда и сила сопротивления, где силы зависят от характеристик частиц. Члены парламента с низкой плотностью обычно проводят много времени на уровне моря. Оседание MP варьируется в зависимости от характеристик MP, таких как тип размера (Hidalgo-Ruz et al. 2012). Скорость осаждения МП зависит от типа частиц, формы, плавучести и наличия биопленки в МП в водоемах (Hoellein et al. 2019).

Затем надосадочную жидкость после предварительного осаждения направляли на процессы коагуляции, флокуляции и осаждения. Steel & McGhee (1985) объясняют, что процесс коагуляции представляет собой физико-химический процесс, заключающийся в смешивании химикатов с очищенной водой и последующем быстром перемешивании в виде смешанного раствора, в то время как флокуляция представляет собой процесс медленного перемешивания для увеличения контакта между частицами, поэтому как увеличить их агломерацию. Несколько факторов, влияющих на процесс коагуляции-флокуляции, включают температуру, форму коагулянта, уровень мутности и силу перемешивания (Manurung 2012).

Процессы коагуляции, флокуляции и осаждения проводились в стандартном испытательном сосуде. При коагуляции добавляли 1% квасцов (30 частей на миллион) и образец быстро перемешивали (120 об/мин), затем скорость перемешивания снижали до медленного перемешивания (40 об/мин). рН контролировали, чтобы он оставался в пределах оптимального диапазона для коагуляции (5,5–7,0).Затем образец выдерживали в течение двух часов на стадии осаждения. Кроме того, учитывались оседающие МП на этом этапе для расчета разницы между начальными МП и конечной стадией предварительной обработки как эффективности удаления МП.

Тесты фильтрации

Основные исследования проводились с использованием реактора, как показано на рисунке 1. Вода из резервуара для проб перекачивалась в резервуар для хранения с помощью погружного насоса и через фильтрующий материал заполнялась в реактор до выхода. Начальная высота поверхности воды над фильтрующим материалом составляла 5 см. Образец протекал в течение 10 часов для каждой партии с четырьмя вариантами скорости загрузки (4, 6, 8 и 10 м/ч последовательно). Один литр проб на входе и выходе был собран при заданном времени фильтрации, которое составляло 0,5; 1; 5 и 10 часов. Эксперимент дублировали для каждой вариации скорости загрузки. Цель состояла в том, чтобы найти среднюю эффективность удаления МП после нескольких наработок реакторов, а также распределение размеров и количество МП, влияющих на производительность фильтра.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ фильтрующих носителей

Анализ фильтрующего материала состоит из ситового анализа и анализа распределения фильтрующего материала. Ситовой анализ проводили с использованием механического ситового анализатора, и результаты измерений отображали на кривой накопления распределения фильтрующего материала. На основе графика значения эффективного размера (ES = D₁₀) и коэффициента однородности (UC = D₆₀/D₁₀) каждого были получены фильтрующие материалы. Результаты анализа фильтрующего материала можно увидеть в таблице 1.

Фильтрация используется в дополнение к обычной коагуляции и осаждению для удаления твердых частиц из поверхностных или сточных вод. Это подготавливает воду для использования в качестве питьевой, котловой или охлаждающей подпитки. Фильтрация сточных вод помогает пользователям соблюдать более строгие требования разрешений на сброс сточных вод.

Фильтрация, которую обычно считают простым механическим процессом, на самом деле включает механизмы адсорбции (физической и химической), процеживания, осаждения, перехвата, диффузии и инерционного уплотнения.

Фильтрация не удаляет растворенные твердые вещества, но может использоваться вместе с процессом умягчения, который снижает концентрацию растворенных твердых веществ. Например, антрацитовая фильтрация используется для удаления остаточных осажденных солей жесткости, оставшихся после осветления при умягчении осадков.

В большинстве процессов осветления или умягчения воды, в которых происходит коагуляция и осаждение, по крайней мере часть осветленной воды фильтруется. Сточные воды очистителя с 2-10 NTU могут быть улучшены до 0,1-1,0 NTU с помощью обычной песчаной фильтрации. Фильтрация обеспечивает приемлемые концентрации взвешенных веществ в готовой воде даже при сбоях в процессах осветления.

Обычные гравитационные и напорные быстрые фильтры работают с нисходящим потоком. Фильтрующая среда обычно представляет собой слой песка или антрацита глубиной 15-30 дюймов. Можно использовать один или несколько сортов песка или антрацита.

В качестве фильтрующей среды можно использовать кварцевый песок, кварцевый песок, антрацит, гранат, магнетит и другие материалы. Кварцевый песок и антрацит являются наиболее часто используемыми типами. Когда кремнезем не подходит (например, в фильтрах, следующих за умягчителем горячего процесса, где очищенная вода предназначена для питания котла), обычно используется антрацит.

Размер и форма фильтрующего материала влияют на эффективность удаления твердых частиц. Острые, угловатые среды образуют большие пустоты и удаляют меньше тонкого материала, чем закругленные среды такого же размера. Среда должна быть достаточно грубой, чтобы твердые частицы могли проникнуть в слой на 2–4 дюйма. Хотя большинство взвешенных твердых частиц задерживается на поверхности или на первых 1–2 дюймах глубины слоя, некоторое проникновение необходимо для предотвращения быстрого увеличения в падении давления.

Песок и антрацит для фильтров оцениваются по эффективному размеру частиц и однородности. Эффективный размер таков, что примерно 10% от общего веса зерен меньше, а 90% больше. Следовательно, эффективный размер – это минимальный размер большинства частиц. Однородность измеряется путем сравнения эффективного размера с размером, при котором 60% зерен по весу меньше, а 40% больше. Этот последний размер, разделенный на эффективный размер, называется коэффициентом однородности: чем меньше коэффициент однородности, тем более однородны размеры частиц среды.

Более мелкие пески приводят к более мелким зонам для удержания взвешенных веществ. Наиболее желательный размер среды зависит от характеристик взвешенных твердых частиц, а также требований к качеству сточных вод и конкретной конструкции фильтра. Как правило, в быстрых песчаных фильтрах используется песок с эффективной крупностью 0,35–0,60 мм (0,014–0,024 дюйма) и максимальным коэффициентом однородности 1,7. Грубая среда, часто 0,6–1,0 мм (0,024–0,04 дюйма), используется для тщательно контролируемой коагуляции и седиментации.

Термины "многослойный", "глубинный" и "смешанная среда" относятся к типу фильтрующего слоя, который классифицируется по размеру и плотности. Крупные, менее плотные частицы находятся вверху фильтрующего слоя, а мелкие, более плотные – внизу. Фильтрация с нисходящим потоком обеспечивает глубокое и равномерное проникновение твердых частиц и обеспечивает высокую скорость фильтрации и длительный срок службы. Поскольку мелкие частицы на дне также более плотные (между частицами меньше пространства), они остаются на дне. Даже после интенсивной обратной промывки слои остаются на своих местах в фильтрующем слое из смешанной среды.

В Таблице 6-1 перечислены четыре среды, которые используются в многослойной фильтрации. Несколько других комбинаций смешанных материалов также были протестированы и эффективно использовались. Использование слишком большого количества различных слоев среды может вызвать серьезные трудности с обратной промывкой. Например, если все четыре материала, перечисленные в Таблице 6-1, использовались в одном и том же фильтре, скорость промывки, достаточно высокая для расширения слоя магнетита, могла бы вымыть антрацит из фильтра. Это также может привести к увеличению потребности в промывочной воде.

Антрацитовые/песчаные фильтрующие слои обычно обладают всеми преимуществами однокомпонентной фильтрации, но требуют меньше воды для обратной промывки, чем только песок или антрацит. Аналогичные заявления были сделаны для блоков смешанного антрацита/песка/граната. Основными преимуществами фильтрации с двумя средами являются более высокая скорость и более длительный срок службы. Слои антрацита/песка/граната работали с нормальным расходом около 5 галлонов в минуту на фут² и пиковым расходом до 8 галлонов в минуту на фут² без потери качества сточных вод.

Быстрые песочные фильтры можно переоборудовать для работы со смешанной средой, чтобы увеличить производительность на 100 %. Стоимость такой переделки намного ниже, чем установка дополнительных быстрых песчаных фильтров.

Крепление предполагает замену части песка антрацитом. При таком преобразовании слой песка толщиной 0,4–0,6 мм (0,016–0,024 дюйма) толщиной 2–6 дюймов удаляется с поверхности пласта и заменяется слоем антрацита толщиной 4–8 дюймов размером 0,9 мм (0,035 дюйма). Если требуется увеличение производительности, заменяют большее количество песка. Следует провести пилотные испытания, чтобы убедиться, что уменьшение глубины залегания более мелкого песка не ухудшит качество сточных вод.

Гравитационные фильтры (см. рис. 6-1) — это открытые сосуды, работа которых зависит от гравитационного напора системы. Помимо фильтрующего материала, основными компонентами гравитационного фильтра являются следующие:

• Корпус фильтра из бетона или стали может быть квадратным, прямоугольным или круглым. Наибольшее распространение получили прямоугольные железобетонные блоки.
• Поддерживающий слой, предотвращающий потерю мелкого песка или антрацита через дренажную систему. Поддерживающий слой, обычно глубиной 1–2 фута, также распределяет воду обратной промывки.
• Система подземного дренажа, обеспечивающая равномерный сбор отфильтрованной воды и равномерное распределение воды обратной промывки. Система может состоять из коллектора и отводов с отверстиями или фильтрами, расположенными на соответствующем расстоянии друг от друга. Фальшивые днища резервуаров с сетчатыми фильтрами, расположенными на соответствующем расстоянии, также используются для систем с подземным сливом.
• Желоба для промывочной воды, достаточно большие, чтобы в них можно было собирать воду обратной промывки без затопления. Желоба расположены так, чтобы горизонтальный ход промывочной воды не превышал 3-3 фута. В обычных установках с песчаным слоем промывочные желоба располагаются примерно на 2 фута выше поверхности фильтра. Должен быть обеспечен достаточный надводный борт, чтобы предотвратить потерю части фильтрующего материала во время работы с максимальными скоростями обратной промывки.
• Управление устройствами, обеспечивающими максимальную эффективность работы фильтра. Регуляторы расхода, управляемые трубками Вентури в линии сточных вод, автоматически поддерживают равномерную подачу отфильтрованной воды. Также используются регуляторы расхода обратной промывки. Датчики расхода и потери напора необходимы для эффективной работы.

Напорные фильтры обычно используются с умягчителями горячего процесса, чтобы обеспечить работу при высоких температурах и предотвратить потери тепла. Использование напорных фильтров исключает необходимость повторной перекачки отфильтрованной воды.Напорные фильтры аналогичны гравитационным фильтрам в том, что они включают в себя фильтрующий материал, опорный слой, дренажную систему и устройство управления; однако корпус фильтра не имеет желобов для промывочной воды.

Напорные фильтры вертикального или горизонтального исполнения имеют цилиндрические стальные корпуса и выпуклые днища. Вертикальные напорные фильтры (см. рис. 6-2) имеют диаметр от 1 до 10 футов и пропускную способность до 300 галлонов в минуту при скорости фильтрации 3 галлона в минуту/фут². Горизонтальные напорные фильтры, обычно диаметром 8 футов, имеют длину 10-25 футов и пропускную способность от 200 до 600 галлонов в минуту. Эти фильтры разделены на отсеки для индивидуальной обратной промывки. Вода обратной промывки может быть возвращена в осветлитель или умягчитель для восстановления.

Напорные фильтры обычно работают при рабочем расходе 3 галлона в минуту/фут². Двойные или мультимедийные фильтры рассчитаны на 6–8 галлонов в минуту/фут². При температуре окружающей среды рекомендуемая скорость обратной промывки фильтра составляет 6–8 галлонов в минуту/фут² для антрацита и 13–15 галлонов в минуту/фут² для песка. Для антрацитовых фильтров, связанных с умягчителями горячего процесса, требуется скорость обратной промывки 12–15 галлонов в минуту/фут², поскольку при повышенных рабочих температурах плотность воды снижается. Холодную воду нельзя использовать для обратной промывки горячего технологического фильтра. Это вызовет расширение и сжатие металлургической системы, что приведет к усталости металла. Кроме того, насыщенная кислородом холодная вода ускорит коррозию.

Установки с восходящим потоком содержат один фильтрующий материал — обычно песок фракционного состава. Самый мелкий песок находится в верхней части пласта, а самый крупный внизу. Гравий удерживается сетками в фиксированном положении на дне агрегата. Функция гравия заключается в обеспечении надлежащего распределения воды во время рабочего цикла. Другая сетка над градуированным песком предотвращает псевдоожижение среды. Нагнетание воздуха во время очистки (обратная промывка не считается, поскольку направление потока такое же, как и при эксплуатации) способствует удалению твердых частиц и изменению классификации фильтрующего материала. Во время работы более крупные грубые твердые частицы удаляются со дна слоя, в то время как более мелкие частицы твердых частиц могут проникать дальше в среду. Типичный рабочий расход составляет 5-10 галлонов в минуту/фут². Пример этого блока показан на рис. 6-3.

Некоторые производители разработали гравитационные фильтры, которые автоматически промываются при заданной потере напора. Потеря напора (уровень воды над средой) приводит в действие сифон обратной промывки и вытягивает промывочную воду из хранилища вверх через слой и через сифонную трубу в отходы. Низкий уровень в секции хранения обратной промывки ломает сифон, и фильтр возвращается в работу.

Автоматические гравитационные фильтры доступны диаметром до 15 футов. При оснащении высокопроизводительным многослойным фильтрующим материалом один блок большого диаметра может фильтровать до 1000 галлонов в минуту. Пример показан на рис. 6-4.

Системы непрерывной очистки фильтров исключают периоды обратной промывки в автономном режиме за счет непрерывной обратной промывки секций фильтра или частей фильтрующего материала в режиме реального времени. Были представлены различные конструкции. Пример показан на рис. 6-5.

Периодическая промывка фильтров необходима для удаления накопившихся твердых частиц. Недостаточная очистка приводит к образованию постоянных комков, которые постепенно снижают пропускную способность фильтра. Если загрязнение сильное, носитель необходимо очистить химически или заменить.

Для очистки быстродействующих фильтров с нисходящим потоком чистая вода нагнетается обратно вверх и проходит через среду. В обычных самотечных установках вода обратной промывки поднимает твердые частицы со слоя в промывочные желоба и уносит их в отходы. Можно использовать любой из двух методов обратной промывки, в зависимости от конструкции опорной конструкции и имеющегося дополнительного оборудования:

• Высокопроизводительная обратная промывка, расширяющая среду не менее чем на 10 %. Скорость обратной промывки 12–15 галлонов в минуту/кв. фут или выше является обычной для песка, а скорость для антрацита может варьироваться от 8 до 12 галлонов в минуту/кв. фут.
• Низкоскоростная обратная промывка без видимого расширения слоя в сочетании с продувкой воздухом.

Если для обратной промывки используется только вода, обратной промывке может предшествовать поверхностная промывка. При поверхностной промывке сильные струи воды под высоким давлением из стационарных или вращающихся форсунок помогают разрушить корку на поверхности фильтра. После поверхностной мойки (при наличии возможности для поверхностной мойки) установка промывается обратной промывкой в ​​течение примерно 5-10 мин. После обратной промывки небольшое количество промывочной воды отфильтровывается, и фильтр возвращается в работу.

Высокая скорость обратной промывки может привести к образованию комков грязи внутри фильтрующего слоя. Высокая скорость обратной промывки и обусловленное этим расширение слоя могут создавать случайные потоки, в которых определенные зоны расширенного слоя движутся вверх или вниз. Инкрустированные твердые частицы с поверхности могут быть унесены вниз, образуя грязевые шары. Эффективное мытье поверхности помогает предотвратить это состояние.

Продувка воздухом с малой обратной промывкой может разрушить поверхностную корку, не создавая случайных потоков, если система подземного дренажа предназначена для равномерного распределения воздуха.Твердые вещества, удаленные из среды, собираются в слое воды между поверхностью среды и промывными каналами. После прекращения подачи воздуха эта грязная вода обычно вымывается за счет увеличения расхода воды обратной промывки или поверхностного дренажа. Расход воды для промывки примерно одинаков при использовании обратной промывки только водой или воздухом/водой.

Поточное осветление – это удаление взвешенных веществ путем добавления поточного коагулянта с последующей быстрой фильтрацией. Этот процесс также называют поточной фильтрацией или контактной фильтрацией. Процесс удаляет взвешенные вещества без использования отстойников. Коагуляция может быть достигнута в процессе осветления одним из двух способов:

• неорганическая соль алюминия или железа, используемая отдельно или с высокомолекулярным полимерным коагулянтом
• сильно катионный органический полиэлектролит

Поскольку гидроксиды металлов образуют осадок, в программах с неорганическими коагулянтами следует использовать только фильтры с двумя фильтрующими элементами. Частицы хлопьев необходимо обрабатывать в фильтрах с градуированной средой от крупной до мелкой, чтобы предотвратить быстрое засорение фильтра и устранить трудности с обратной промывкой. При использовании полимерного коагулянта с высокой молекулярной массой скорость подачи менее 0,1 промилле максимизирует удаление твердых частиц за счет увеличения размера хлопьев и улучшения поглощения частиц фильтром. Этот метод фильтрации легко обеспечивает мутность сточных вод менее 0,5 NTU. Рис. 6-6.

Второй метод предварительной обработки коагулянтом предполагает использование одного химического вещества, сильно заряженного катионного полиэлектролита. Эта обработка не приводит к образованию хлопьевидных частиц в осадке, и, как правило, хлопьевидные хлопья не видны на входе фильтра. Твердые частицы удаляются внутри слоя путем адсорбции и флокуляции коллоидных веществ непосредственно на поверхности песка или антрацитовой среды. Этот процесс можно представить как заполнение поверхности фильтрующего слоя положительными зарядами катионов, что приводит к сильному притяжению отрицательно заряженных частиц. Поскольку в этом процессе не образуются желеобразные осадки гидроксида, для осветления полиэлектролитов подходят фильтры с одной средой или фильтры с восходящим потоком.

Поточное осветление обеспечивает отличный способ повысить эффективность удаления твердых частиц из мутных поверхностных вод. Для этого метода характерны уровни мутности сточных вод менее 1 NTU.

Предварительная фильтрация используется для удаления из воды очень мелких твердых частиц, частиц масла и даже бактерий. Этот метод применим только для относительно небольших количеств воды с низкой концентрацией загрязняющих веществ.

Предварительная фильтрация может использоваться после обычных процессов осветления для получения воды с очень низким содержанием взвешенных твердых частиц для конкретных требований применения. Например, предварительные фильтры часто используются для удаления масла из загрязненного конденсата.

При предварительной фильтрации наполнитель, обычно представляющий собой диатомовую землю, действует как фильтрующий материал и образует осадок на проницаемом основании или перегородке. Основание должно препятствовать прохождению грунтовки, не ограничивая при этом поток фильтрованной воды, и должно выдерживать высокие перепады давления. В качестве основных материалов используются фильтровальные ткани, пористые каменные трубки, пористая бумага, проволочные сетки и проволочные трубки.

Поддерживающий основной материал сначала предварительно покрывают суспензией грунтовки. Дополнительная суспензия (корм для тела) обычно добавляется во время работы фильтра. Когда скопление вещества, удаленного фильтрацией, создает большой перепад давления на фильтре, покрытие фильтра удаляется обратной промывкой. Затем на фильтрующий слой наносят предварительное покрытие и возвращают в эксплуатацию. Химические коагулянты обычно не требуются, но они используются там, где требуется сверхчистый сток.

В городских районах медленный песчаный фильтр просто занимает слишком много места. Поэтому была разработана быстрая песчаная фильтрация, которая стала наиболее распространенным типом фильтров для очистки городских водопроводов.

Стандартная скорость фильтрации для быстрого песчаного фильтра составляет 5 м/ч, по сравнению с 0,15 м/ч для медленной песчаной фильтрации.

Площадь, необходимая для песчаной фильтрации, может быть рассчитана по следующему уравнению:

A — площадь фильтра в квадратных метрах (м 2 )

Q – расход воды на входе в м 3 /ч

V – скорость фильтрации в м/ч

Мы можем использовать это уравнение, чтобы сравнить требуемую площадь фильтрации между медленной и быстрой песчаной фильтрацией:

При условии потребности в воде 24 000 м 3 /сутки

Площадь, необходимая для медленной фильтрации песка:

A= Q/V = (1000 м 3 /ч) / (0,15 м 3 /ч) = 6 666 м 2

Площадь, необходимая для быстрой фильтрации песка:

A= Q/V = (1000 м 3 /ч) / (5 м 3 /ч) = всего 200 м 2

Быстрая песчаная фильтрация — довольно сложный процесс, требовательный и дорогой в проектировании и эксплуатации, а также требующий хорошо обученного персонала для контроля, эксплуатации и обслуживания.

Он может обеспечить безопасную питьевую воду только в сочетании с мерами до и после очистки. Обычно требуется предварительная фильтрация процесса коагуляции-флокуляции, а также дезинфекция после обработки.

При быстрой песчаной фильтрации фильтрация происходит за счет глубины фильтра, где основными механизмами, действующими в процессе фильтрации, являются фильтрация, осаждение и адсорбция

ВИДЫ СКОРОСТНЫХ ПЕСОЧНЫХ ФИЛЬТРОВ

Гравитационные фильтры

Фильтрация происходит в открытых, обычно бетонных резервуарах. Фильтры этого типа работают при атмосферном давлении.

Скорость фильтрации от 4 до 8 м/ч.

Фильтры под давлением

В напорных фильтрах среда заключена в сосуд высокого давления, обычно стальной, и фильтры работают под давлением, превышающим атмосферное давление.

Скорость фильтрации составляет от 5 до 25 м/ч.

Типы фильтрующих материалов, используемых в быстрой песчаной фильтрации

Скоростные песочные фильтры можно классифицировать по количеству используемых наполнителей.

• Одинарная среда — используются мелкозернистая или крупнозернистая: песок или антрацит (уголь).
• Двойной наполнитель – обычно песок и антрацит.
• Мультимедиа – обычно гранат, песок и антрацит.

Медиа

Глубина слоя в фильтре

Из-за разной плотности разные наполнители всегда перестраиваются в одном и том же порядке, даже после обратной промывки фильтра, где более тяжелый, но более тонкий слой наполнителя всегда находится внизу. Это обеспечивает более высокую способность удерживать примеси.

Пример базовой конструкции быстрой песчаной фильтрации

Муниципалитет хочет установить быстрые песчаные фильтры.

Расчетная скорость фильтрации 5 м/ч.

Расчетный расход фильтра 1260 м 3 /ч

Максимально необходимая площадь на фильтр – 50 м 2 .

1. Укажите размер фильтра и необходимое количество фильтров.
2. Рассчитайте скорость фильтрации.

Решение

A = Q / (a*V), где "a" – это отношение количества часов работы в день к 24 часам.

A/n=50 м 2 , Q=1260 м 3 /ч, V=5 м/ч, где n – количество фильтров.

A= = 274,9 м2 A/n=50 м2 –> n=274,9/50=5,4

Поэтому следует выбрать 6 фильтров, 274,9/6 = 45,8 м 2 каждый

Можно выбрать размеры фильтра 7X7, 7X6,6 и т. д.

Если выбрано 7X7, то: A=294 м 2 (49X6)

И скорость фильтрации:

V= Q / (a*V) = 1260 / [(22/24)*294] = 4,6 м/ч

ОБРАТНАЯ ПРОМЫВКА ПЕСОЧНЫХ ФИЛЬТРОВ

Быстрые песочные фильтры требуют частой промывки. При промывке фильтра чистая вода выталкивается вверх, немного расширяя фильтрующий слой и унося накопившиеся загрязнения. Этот процесс называется обратной промывкой.

Читайте также:

  
• Как удалить группу в ВК, которую сам создал с компьютера
  
• Какое расширение получает документ Paint при сохранении
  
• Autocad долго открывает чертеж
  
• Символы в сочетаниях клавиш Word
  
• Быстрый оптимизатор Lenovo, что это за программа