Файл: Г.В. Ушаков Расчет процесса очистки воды фильтрованием.pdf

1

1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа предназначена для ознакомления студентов с теоретическими положениями и методами расчетов установок подготовки воды для котельных и тепловых электростанций.

Поверхностные воды требуют предварительной обработки (предо-

стки в осветлителях со взвешенным слоем осадка применяют фильтрование на механических фильтрах. В большинстве случаев фильтрование является завершающим этапом предварительной очистки воды. Однако в ряде случаев очистку воды от механических и коллоидных примесей осуществляют фильтрованием без предварительной очистки.

Студенты по нижеприведенной методике определяют основные параметры процесса фильтрации и основные размеры механического фильтра для его проведения.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сущность метода фильтрования заключается в пропускании воды, содержащей нерастворимые примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и не проницаемый для твердых частиц. При пропуске воды через слой зернистого материала в зависимости от заряда и соотношения размеров примесей воды и зерен фильтрующей загрузки могут происходить три вида фильтрования:

1)задержание примесей на поверхности фильтрующего слоя (пленочное фильтрование),

2)задержание примесей в порах фильтрующего слоя (объемное фильтрование);

3)одновременное образование примесями пленки и их отложение в порах загрузки.

Водоочистные сооружения, на которых осуществляется процесс

фильтрования, называют фильтрами. Фильтры по виду фильтрующей среды делят на тканевые (сетчатые), каркасные (намывные) и зернистые. В технике водоснабжения наиболее широко применяют зернистые фильтры. Фильтры с зернистой загрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:

2

1)по скорости фильтрования—медленные (0,1—0,3 м/ч), скорые (5 -10 м/ч) и сверхскоростные (36—100 м/ч);

2)по давлению, под которым они работают,— открытые (или безнапорные) и напорные;

3)по направлению фильтрующего потока — однопоточные, двухпоточные, многопоточные;

4)по крупности фильтрующего материала — мелко-, средне- и крупнозернистые;

5)по количеству фильтрующих слоев — одно-, двух- и многослойные.

Фильтрующая загрузка — основной рабочий элемент фильтровальных сооружений, поэтому правильный выбор ее параметров (материала загрузки, минимального, максимального и эквивалентного диаметров зерен фильтрующего материала, коэффициента формы зерен, пористости и высоты слоя загрузки) имеет первостепенное значение для нормальной работы фильтров. В табл. 1 приведены характеристики зернистых фильтрующих материалов.

Таблица 1

Характеристика фильтрующих материалов

Находят применение и активные фильтрующие материалы, которые благодаря своим свойствам могут извлекать из воды не только взвешенные и коллоидные примеси, но и истинно растворенные загрязнения. Так, для стабилизационной обработки воды используют мраморную крошку и магномассу. Все более широко применяют активные угли для извлечения из воды веществ, обусловливающих привкусы и запахи. Используют природный ионообменный материал цеолит для

3

удаления из воды растворенных соединений фтора и азота. Доступность и дешевизна этого материала позволяют все более широко применять его в качестве загрузки фильтровальных аппаратов.

Момент работы фильтра, когда потеря напора в фильтрующей загрузке достигает предельно допустимой величины или начинает ухудшаться качество фильтрата, служит сигналом для выключения фильтра на промывку, для восстановления задерживающей способности загрузки, которую производят обратным током фильтрованной воды или воздуха и воды. Вода подается на промывку специальным промывным насосом из резервуара фильтрованной воды.

Промывка фильтров является вспомогательным процессом, однако она может оказать решающее влияние на нормальный режим работы фильтров. Если в процессе промывки фильтрующая загрузка отмывается недостаточно, то это приводит к постоянному накоплению остаточных загрязнений, что сокращает фильтроцикл, а иногда и вовсе выводит фильтр из работы. Поэтому основная задача промывки фильтров

— установление такого относительного расширения слоя загрузки, при которых обеспечивается практически полная отмывка зерен загрузки от прилипших к ним в процессе фильтрования загрязнений.

Серийно выпускаются напорные фильтры восьми типоразмеров (табл. 2). Высота фильтрующей загрузки в фильтрах всех размеров принята 1,2 м. Наибольший диаметр напорного фильтра из условий удобства перевозки железнодорожным транспортом принят 3,4 м, фильтрующая площадь такого фильтра составляет 7,1 м2. Поэтому при значительной производительности водоочистной установки часто приходится принимать большое число фильтров.

В теплоэнергетике на водоподготовительных установках (ВПУ) механические фильтры устанавливают для удаления взвешенных веществ, как правило, так как очень редки случаи, когда из воды требуется удаление только взвешенных веществ и не применяется коагуляция в осветлителях.

4

Таблица 2

Характеристика осветлительных фильтров

Примечание: БнКЗ – Бийский котельный завод; ТКЗ – Таганрогский котельный завод.

В ВПУ широко применяют напорные однопоточные фильтры с загрузкой кварцевым песком или дробленым антрацитом, или в тех же фильтрах используют двухслойную загрузку: антрацит и кварцевый песок. Механические фильтры (вертикальные или горизонтальные) с загрузкой антрацитом или кварцевым песком с высотой слоя загрузки Нсл ≤1м применяют при очистке воды, содержащей до 50 мг/л взве-

шенных веществ. При содержании в воде взвешенных веществ от 50 до 100 мг/л применяют механические фильтры с двухслойной загрузкой: 1) кварцевый песок с эквивалентным диаметром частиц d з =0,5 – 1,2

мм, высота слоя загрузки Нсл =0,7 – 0,8 м; дробленый антрацит с эквивалентным диаметром частиц d з =0,8 – 1,8 мм, высота слоя загрузки

Нсл =0,4 – 0,5 м.

При производительности установки более 70 м3/ч устанавливают не менее четырех фильтров. Во время промывки одного из фильтров увеличение скорости фильтрования допускается не более 30%.

5

Рассматривают два режима работы механических фильтров: нормальный при работе всех фильтров с периодическим отключением одного на промывку и форсированный, когда один фильтр в ремонте, а второй периодически отключается на промывку. Отключение фильтра на промывку производят при уменьшении прозрачности фильтрата до 20 см по шрифту или чаще при увеличении потери напора на фильтрах до 6 - 8 м вод. ст. При небольшом содержании взвешенных веществ промывки осуществляют редко (1 раз в 1 - 3 суток).

Для взрыхляющей промывки фильтрующей загрузки обязательно применение осветленной воды после фильтров. Промывка механических фильтров может осуществляться из бака, расположенного на отметке, достаточной для преодоления сопротивления механического фильтра и тракта бак - дренаж фильтра. Емкость бака должна обеспечить промывку фильтра и иметь запас еще на одну промывку сверх расчетного числа. Бак должен заполняться за время, не большее, чем интервалы между промывками фильтров. Допускается производить промывку фильтров из трубопровода осветленной воды, если забор воды не превышает 50 % расхода воды на фильтрах.

При промывке фильтров насосами из баков осветленной воды емкость последних должна предусматривать этот расход и запас воды еще на одну промывку.

Для однослойных фильтров, загруженных кварцевым песком, рекомендуется применять водно-воздушную промывку в следующем ре-

жиме: продувка воздухом с интенсивностью 15 – 20 л/(с м2 ) в течение 1 – 2 мин, затем совместная водно-воздушная промывка с интенсивностью подачи воздуха 15 – 20 л/(с.м2) и воды 3 - 4 л/(с м2 ) в течение 4 -

л/(с м2 ) в течение 4 – 5 мин.

3.МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Расчетную скорость фильтрования при нормальном режиме работы фильтров (все фильтры работают, один находится в резерве) ωн′ опре-

деляют из уравнения

6

где n − количество необходимых для каждого фильтра промывок за сутки; для одного фильтра количество промывок должно быть не больше 3; Сос − концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей на

фильтрование, мг/л; Р − грязеемкость загрузки, кг/м2. Грязеемкость фильтрующей загрузки слоем 1 м при фракционном составе 0,6 – 1,4 мм равна в среднем 2,5 кг/м2.

Расчетную суммарную площадь фильтрования F ′, определяют из уравнения

коэффициент, учитывающий расход воды на собственные нужды меха-

Площадь фильтрования Fф и диаметр dф каждого фильтра определяют путем подбора соответствующей площади фильтрования и диа-

где ( a - 1) – количество работающих фильтров; один фильтр находится в резерве.

Выбирают стандартный фильтр, имеющий ближайшее значение площади фильтрования, и принимают фактические значения диаметра фильтра dф и площади фильтрования Fф.

Площади фильтрования стандартных фильтров насыпного типа в зависимости от диаметра приведены в табл. 3.

Таблица 3 Диаметры и площади фильтрования стандартных фильтров