Гравитачна филтрация на отпадъчни води

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 9/2017 • 09.01.2018

Гравитачна филтрация на отпадъчни води
Гравитачна филтрация на отпадъчни води

Пречистването на водите е процес на отстраняване на нежеланите примеси, целящ да осигури води, отговарящи на нормативните изисквания за качество. Изграждането на системи за пречистване на водите гарантира, че от тях ще бъдат премахнати веществата и елементите, които могат да предизвикат неблагоприятно въздействие върху околната среда и човешкото здраве. Традиционните пречиствателни станции обикновено използват процеси като разбъркване, флокулация, утаяване, филтрация и дезинфекция, а в зависимост от качеството на водата един или повече етапи могат да бъдат пропуснати.

Филтрация на замърсени води
В стандартните схеми за третиране на води филтрацията обикновено се прилага след процесите на коагулация, флокулация и утаяване. Понастоящем филтрацията невинаги се използва в малките водни системи. С цел подобряване на качеството на третиране обаче филтрацията може да стане задължителна в повечето пречиствателни станции за води.

Филтрацията е физичен процес на отделяне на суспендираните и колоидни частици от водата чрез пропускането й през гранулиран материал. Процесът включва филтриране, утаяване и адсорбция. Важна роля за успешното филтриране на частиците играе адсорбцията им върху повърхността на филтъра. Когато утайката преминава през филтъра, пространството между филтърните частици постепенно се запушва. По този начин размерът на отворите се намалява, а това позволява отстраняването и на по-фини частици.

Филтрацията успешно се прилага за отделянето на наносни и утаени частици, водорасли, ларви на насекоми, както и допринася за отстраняването на бактерии и протозои като Giardia lamblia и Cryptosporidium. Процесът дава добри резултати и при отстраняването на желязо и манган.
Основните технологии за осъществяване на процеса на филтрация са четири: бавно или бързо филтриране с пясък, филтриране под налягане, филтриране с инфузорна пръст (диатомит) и директно филтриране. Разработват се и алтернативи, каквито например са сменяемите патронни филтри (cartridge filters).

Всички те, с изключение на бързото филтриране с пясък, се прилагат в малки пречиствателни системи. Независимо от избраната технология процесът на филтрация протича в три етапа: филтриране (преминаване и улавяне на примесите в порите на филтъра), утаяване (отлагане на частиците върху филтърния материал) и адсорбция (адсорбиране на примесите върху повърхността на материала). Всеки тип филтрираща система има своите предимства и недостатъци.

Дълбочинна филтрация
Технологията на дълбочинно филтриране се прилага при пречистването на производствени и битови отпадъчни води в комбинация с други единични операции като процес с активна утайка, химична коагулация, окисление, редукция, йонообмен и др. Структурата на филтрите, използвани за пречистване на отпадъчни води, е практически същата като тази на употребяваните за третиране на питейни води. Филтрите за пречистване на битови и производствени отпадъчни води обикновено се изработват от стомана вместо от стоманобетон, за да се улесни движението на агрегатите. Дълбочинното филтриране включва използването на бързи и директни филтри.

Бърза филтрация
Бързата филтрация е последна стъпка в пречистването на отпадъчни води в градските пречиствателни станции. Ако водата се характеризира с 10-20 нефелометрични единици за мътност (NTU), то е необходимо тя да бъде третирана чрез флокулация или утаяване преди процеса на филтриране, за да се осигури висока ефективност на последния етап.

По време на филтрирането практически не протичат биологични процеси. При определени условия (ниска скорост на филтрация, достатъчно количество кислород и наличие на хранителни вещества за нитрифициращите бактерии) е възможно протичането на нитрификация. Има два вида бързи пясъчни филтри - гравитачни и под налягане.

Гравитачна филтрация
Гравитачната филтрация е физичен процес на разделяне на твърди частици от водата. Методът се използва за третиране на питейни или отпадъчни води в етапа на третично пречистване. В основата на гравитачните филтри е дренажният слой. Добре проектираният дренаж осигурява възможност за непрекъсната експлоатация в продължение на много години.

Бързите гравитачни филтри, по-известни като бързи пясъчни филтри, са едни от най-широко използваните. Конструкцията им е подобна на бавните пясъчни филтри. Основната разлика е в принципа на действие – скоростта на пропускане на водния поток през филтриращата среда. В хода на процеса водата преминава през пясъчно легло, където суспендираните частици се задържат. Примесите на този етап се състоят предимно от коагулирана материя, останала във водата след утаяването, както и малко количество некоагулирани суспендирани вещества.

Бързите гравитачни филтри работят обикновено 24-36 часа, преди да се достигне до избистряне на водата. Когато филтърът е в режим на филтриране, нахлуващата вода преминава през филтърната среда, опорния материал и дренажа, където претърпява загуба на енергия, дължаща се на силите на триене, известна като загуба на напор. Когато загубата на напор стане прекомерна и надвиши 1,5-2,5 m, филтърът трябва да се почисти. По време на почистването водата над филтриращия слой се източва, докато останат няколко сантиметра над горната част на леглото, след което от компресор се вдухва сгъстен въздух в противоток при налягане от 20-35 kN/m2 за около 2-3 минути.

Въздухът разбърква филтриращия материал, отделя задържалите се частици, а водата над леглото се насища с тях. След това през слоя пясък се пропуска възходящ воден поток със скорост, достатъчно висока, за да се разшири леглото с около 20-50% и да предизвика разбъркване на пясъчните частици. Този процес позволява да се отмият отлаганията и задържалите се частици. Скоростта обаче не трябва да е прекалено висока, за да не се стигне до отнасяне на частиците на филтриращия материал от възходящия воден поток. Целият процес на промиване на филтрите и възстановяване на водоподаването отнема около 15 минути. Определеното минимално време за промиване на бърз филтър е 5 минути. Количеството вода, необходимо за процедурата, варира между 3 и 6% от общото количество филтрирана вода. Дебитът на промивната вода обикновено е от порядъка на 0,3-1,0 m/min.

В повечето случаи дебелината на филтърния слой е до 1 m, а под него се разполага слой чакъл от 60 cm. За филтриращи материали могат да се използват фин пясък (еднослойни филтри) или комбинация от пясък, антрацит и/или въглища (дву- или многослойни филтри). Дву- и многослойните филтри осигуряват по-голяма повърхност за задържане на твърдите частици и повишават ефективността на процеса. Материалите трябва да са водонеразтворими, да не влизат в реакции с примесите в пречистваните води и да притежават необходимата издръжливост. В зависимост от дебита на водата, преминаваща през слоя филтърен материал, се различават високо- и свръхскоростни филтри. Тези филтри е необходимо да отговарят и на редица допълнителни условия, които осигуряват правилното им функциониране.

Въпреки че често мътността на постъпващата във филтъра вода не е висока, при правилна експлоатация бързите гравитачни филтри могат да осигурят избистряне до 0,5 NTU дори на води с първоначална стойност 1000 NTU. Периодът, в който филтърът работи между промивките, обикновено е с продължителност от 12 до 72 часа в зависимост от качеството на постъпващата вода. За край на процеса се приема, когато загубата на напор достигне 1,5-2,5 m. Ако загубата е прекалено голяма, то е възможно част от филтърния материал да премине в потока за пречистване. Загубата на напор може да доведе и до свързване на филтърните частици с въздушни мехурчета, което води до блокиране на филтъра.

Размерът на частиците на филтърния материал и дебелината на слоя му зависят от качеството на пречистваната вода, необходимия капацитет и конструкцията на филтъра. По принцип, колкото по-еднородна е средата, толкова по-бавно настъпва загубата на напор. Филтриращите материали с коефициент на еднородност по-малък от 1,5 са икономически по-изгодни в сравнение с тези с коефициент под 1,3, които са считани за скъпи. Съотношението на дебелина на слоя/размер на частиците обикновено около 800:1000 при третирането на питейни води.

За отпадъчни води съотношението е по-ниско – 500:700, което определя използването на филтриращи материали, изградени от по-груби частици, и по-голяма дебелина на слоя в сравнение с третирането на питейни води. Двуслойните филтри с антрацит и пясък често намират приложение за намаляване на скоростта на пада на налягането и подобряване на качеството на филтрата. Промиването на филтъра се комбинира с повърхностно измиване и/или продухване с въздух (air scouring).

Ефективност на филтрацията
Ефективността на бързата гравитачна филтрация може грубо да се измери чрез цялостното намаляване на мътността, но трябва да се отбележи, че до 90% от избистрянето може да се постигне още в етапите на предварително третиране. При оптимални условия ефективността на филтрация може да достигне 99,5%. Лошо експлоатираната система или неадекватната предварителна подготовка на водата (коагулация, флокулация и избистряне) водят до едва 50% ефективност на процеса. Най-добрият начин да се осигури висока ефективност на филтрация е предварително да се зададе целево ниво на мътност и стойността й винаги да се поддържа под него. Ефективността на процеса зависи до голяма степен от качеството на пречистваната вода, предварителната й обработка и експлоатацията на съоръжението.

Предимства на бързите пясъчни филтри
Бързите пясъчни филтри имат редица предимства – заемат по-малко пространство, евтини са, лесни за експлоатация, с лесна поддръжка и предлагат висока ефективност на избистряне дори при много мътни води. Ниските разходи се обуславят от факта, че за почистването на филтрите се използва оборотна вода, която се връща в системата в обратна посока през филтриращата среда и така я разбърква, в резултат на което се отделят задържаните в нея частици.

Необходимостта от промиване се определя в зависимост от продължителността на филтриране (т. е. времето от последното промиване), мътността на изходящия поток и загубата на напор във филтъра. В зависимост от качеството на входящия поток вода, времето на експлоатация варира в различните инсталации. Промиването обикновено изисква 3 до 7% от оборотната водата на съответната пречиствателна система.

Новият брой 2/2018

брой 2-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top