Tour
World Guide
Tranzito
Driver

Дренажные системы зернистых фильтров для очистки природных и сточных вод

УДК 628.543.563:681

Зубко А.Л. (ХГТУСА, НПФ "ЭКОТОН")

Качество очищенной на фильтрах воды во многом зависит от параметров работы, уровня и надежности эксплуатации дренажно - распределительной системы фильтров.

Равномерное распределение воды по площади скорых фильтров осуществляют дренажными системами с поддерживающими слоями или без них. К дренажам с поддерживающими слоями относятся трубчатые дренажи большого и малого сопротивления из стали, сборных пористых и железобетонных элементов и др.

В трубчатом дренаже большого сопротивления равномерность распределения воды по площади фильтра достигается благодаря большому сопротивлению при проходе промывной воды через отверстия дренажа. Эти сопротивления значительно превышают разность давлений промывной воды, в различных точках дренажной системы. Трубчатый дренаж большого сопротивления может быть выполнен с горизонтальной компенсацией и без нее. Дренаж без горизонтальной компенсации устраивают так, чтобы вода из него при промывке фильтра поступала непосредственно в толщу поддержи-вающего или фильтрующего слоя.

В дренаже с горизонтальной компенсацией предусматривается поступление воды из отверстий системы в свободное от загрузки пространство фильтра, где она, двигаясь в горизонтальном направлении, компенсирует в известной мере, возможную неравно-мерность распределения воды дренажной системы.

Наиболее распространенным является трубчатый дренаж большого сопротивления без горизонтальной компенсации. Дренажи малого сопротивления, к примеру из пористого полимербетона, применяются на станциях водоподготовки с пониженным напором в системе промывки фильтрующей загрузки из водонапорных башен.

Трубчатый дренаж большого сопротивления представляет собой центральный коллектор с ответвлениями из перфорированных труб с круглыми отверстиями 10 -12 мм, направленными вниз под углом 450.

Разновидностью дренажа большого сопротивления без поддер-живающих слоев является трубчатый дренаж со щелевой перфо-рацией при ширине щели на 0.1 мм меньше наиболее мелкой фрак-ции фильтрующей загрузки. Дренажные перфорированные трубы во избежание заростания и коррозии щелей изготавливают из нержа-веющей стали, и полимеров, например, полиэтилена, нанесенного по определенной технологии на поверхность дырчатых пластмассовых труб.

К числу наиболее перспективных дренажных систем большого сопротивления зернистых фильтров следует отнести перфорирован-ные трубы из нержавеющей стали с электроискровой нарезкой ще-лей, пластмассовые трубы с пористым полиэтиленовым диспергиру-ющим покрытием, колпачковый дренаж из колпачков со щелевыми отверстиями, нарезанными электроискровым методом.

Дренажи из колпачков со щелевыми отверстиями применяют в скорых фильтрах без поддерживающих гравийных слоев с водяной и воздушной промывкой.

Колпачковый дренаж выполняется в виде трубчатой стальной или стеклопластиковой распределительной системы, и лотковой, перекрываемой плитами с замоноличенными в них колпачками. В фильтрах с дренажной системой такого типа достигается равномерное распределение давления во всех точках промежуточного днища за счет горизонтального перемещения потоков воды под ним. При этом потеря давления в дренажной системе зависит только от сопротивления колпачка. Подбор колпачка с сопротивлением определенной величины создает условия для гидравлической устойчивости работы фильтра в период промывки (при подаче воды снизу-вверх) и более равномерного распределения фильтруемой воды по сечению фильтра в процессе фильтрования.  Промывку загрузки фильтра можно вести водовоздушной смесью. Дренажная система удобна в эксплуатации и надежна в работе.

Основным элементом дренажной системы является колпачок. Для разработки конструкции колпачка необходимо установить его производительность, сопротивление и размеры щелей (площадь и ширину).

Производительность одного колпачка зависит от их количества на единице площади фильтра, расположения и режима работы: фильтрования и промывки. Для скорых фильтров количество колпачков должно быть не менее 35-50 шт/м2, что соответствует при шахматном расположении расстоянию между колпачками 170-180 мм. Одновременно для тех же фильтров при устройстве трубчатого дренажа расстояние между ответвлениями распределительных трубопроводов рекомендуется 250-350 мм. Равномерное распределение промывной воды по площади фильтра может быть получено при расположении трубопроводов ответвлений распределительных  систем  на расстоянии 300-350 мм друг от друга, а дренирование фильтрата при расположении труб дренажа достаточно на расстоянии 500-650 мм. В аппаратах химической технологии при достаточной высоте слоя (> 0,5-0,6 м) колпачки можно располагать с шагом 350 мм и более, допуская при этом залегание некоторого количества зернистого материала в промежутках между ними.

В конструкции фильтра для доочистки масло - нефтесодержащих сточных вод целесообразно принять количество колпачков, равное 20 - 25 шт/м2, что соответствует расстоянию между колпачками 250 - 220 мм (при шахматном расположении). Трехлетний опыт эксплуатация крупнозернистых двухслойных фильтров с колпачковым дренажом в промышленных условиях подтвердил правильность принятого решения.

Расчетная производительность колпачка в зависимости от режима работы фильтра при количестве колпачков 24 шт/м2 может быть принята следующая: 

  • рабочий цикл фильтрования ( Vщ= 0,014 м/с), и второй этап промывки обратной подачей воды (i = 0,014 м3/ (с • м2); 
  • qк = 0,58*10-3 мз/с; 
  • первый этап промывки обратной подачей водовоздушной смеси (i = 0,014 м3/(с • м2), iв = 0,028 м3/(с • м2);   qk =1,2•10-3 м3/с; 
  • второй этап промывки обратной подачей воды с повышенной интенсивностью (i = 0,03 м3/ (с • м2);  qk = 1,3 •10-3  м3/с.

Сопротивление колпачка задается не менее некоторой величины, при которой обеспечивается равномерное распределение воды и водовоздушной смеси по площади фильтра во время фильтрования и промывки. Обычно скорость движения воды или водовоздушной смеси в щелях Vщ колпачка выбирают так, чтобы получить необходимое сопротивление распределительной системы. Скорость Vщ принимают > 1,5 м/с. При этой скорости во время обратной промывки обеспечивается выталкивание песчинок, застрявших в щелях колпачка.

Обычно рекомендуют принимать потерю давления в дренажной системе DPg³ 50 кПа, что, по опытным данным, обеспечивает работу фильтра в устойчивом гидравлическом режиме.

Учитывая эти рекомендации, потеря давления в колпачке при наиболее характерном режиме работы фильтра (второй этап промывки при повышенной интенсивности) принимается не менее 50 кПа, но для всех этапов промывки фильтра скорость Vщ не должна быть менее 1,5 м/с.

На рисунке представлен щелевой дренажный колпачок из нержавеющей стали, разработанный для двухслойного фильтра. Конструктивные  размеры колпачка приняты из условий обеспечения работы фильтра в режимах сверхскоростного фильтрования и промывки.

Потеря давления в колпачковом дренаже определяется по известной формуле: 

                                 ,     где 

m-коэффициент расхода; rв- плотность воды, кг/м3; vщ- скорость движения воды в щели, м/с; Qк - расход воды через колпачок, м3/с; Sщ- площадь щели , м2.

Из анализа приведенной зависимости следует, что при заданной потере давления и производительности колпачка площадь щелей SЩ зависит от величины коэффициента расхода m , являющегося главной напорно - расходной характеристикой. Среди исследователей нет единого мнения о величине m . В литературе величина коэффициента  m приводится в пределах от 0.8 до 0.5.

Главный недостаток колпачковой дренажно распределительной  системы это: сложность изготовления, монтажа, большая материалоемкость, быстрая изнашиваемость как самих колпачков, так и перекрытий распределительных лотков.

В последние несколько лет широкое применение получили дренажные системы фильтров из полиэтиленовых труб с диспергирующим слоем. НПФ «Экотон» разработана и внедрена на многих водоочистных станциях система дренажа указанной конструкции.

Дренажная система фильтров из трубчатых элементов «Экотон» имеют существенные отличия от других дренажных систем: не требуются поддерживающие слои, обеспечивает равномерный сбор фильтрата и распределение промывной воды, характеризуется стойкостью к коррозионным и абразивным воздействиям, имеет сравнительно низкое гидравлическое сопротивление, имеет стойкость к гидравлическим и аэродинамическим ударам,  обладает простотой монтажа и демонтажа элементов распределительной системы, позволяет проводить профилактические и ремонтные работы без полной выгрузки фильтрующих материалов. обеспечивает длительный срок эксплуатации без замены.

Гости Online

Сейчас 85 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте