СПОСОБ ПРОМЫВКИ НАПОРНОГО ФИЛЬТРА С КРУПНОЗЕРНИСТОЙ АНТРАЦИТО-КВАРЦЕВОЙ ЗАГРУЗКОЙ
METHOD FOR WASHING OF PRESSURE FILTER WITH COARSE-GRAINED ANTHRACITE-QUARTZ BED

Заявляемое изобретение относится к очистке природных и промышленных сточных вод и может быть использовано в системах промышленного и питьевого водоснабжения для промывки напорных фильтров с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм.
3
2
3
2
3
2
3
2
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ промывки напорного фильтра с однослойной крупнозернистой загрузкой (СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. - М., 1985. - С.36, п.6.123), который осуществляется в три этапа путем обратной движению воды при фильтровании подачи сжатого воздуха и промывной воды. На первом этапе осуществляют взрыхление загрузки сжатым воздухом, на втором этапе осуществляют водовоздушную промывку загрузки и на третьем этапе осуществляют отмывку загрузки водой. Способ предназначен для промывки напорных фильтров с однослойной крупнозернистой загрузкой из кварцевого песка с крупностью зерен 1,6÷2,5 мм. При этом взрыхление осуществляется путем подачи в загрузку снизу вверх сжатого воздуха удельным расходом 1,5 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 1 мин, водовоздушная промывка осуществляется путем одновременной подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом 0,3 м/(мин·м) и сжатого воздуха удельным расходом 1,5 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 5 мин, а отмывка осуществляется путем подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом 0,54 м/(мин·м) в течение 3 мин.
3
2
К недостаткам такого способа можно отнести низкую эффективность и экономичность промывки. Кроме того, в современных системах промышленного и питьевого водоснабжения наиболее часто применяются напорные фильтры с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм и с совмещенными дренажными устройствами, которые используются для подачи в загрузку как сжатого воздуха, так и воды или водовоздушной смеси, что не позволяет использовать способ по прототипу для промывки таких фильтров. При использовании прототипа подача воды удельным расходом 0,54 м/(мин·м) не обеспечивает достижения критической скорости восходящего потока воды для начала расширения зернистой загрузки, при которой крупнозернистая антрацито-кварцевая загрузка с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм переходит во взвешенное состояние. А именно, пребывание зерен загрузки во взвешенном состоянии способствует наиболее интенсивному оттиранию загрязнений с поверхности зерен, при этом процесс вымывания загрязнений водой во взвешенном слое загрузки в прототипе не используется. Кроме того, при указанных в прототипе удельных расходах сжатого воздуха и воды не обеспечивается достижение в совмещенных дренажных устройствах их равномерного распределения по рабочей площади фильтра.
В основу заявляемого изобретения поставлена задача создать такой способ промывки напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм, который за счет введения новой последовательности действий и режимов их выполнения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности и экономичности промывки напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм.
3
2
3
2
3
2
Поставленная задача решается за счет того, что в способе промывки напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой, включающем на первом этапе подачу в загрузку сжатого воздуха и на втором этапе отмывку загрузки водой, согласно изобретению на первом этапе промывки фильтра осуществляют барботирование загрузки путем подачи в загрузку снизу вверх сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 6÷10 мин, а отмывку загрузки на втором этапе промывки фильтра осуществляют путем подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) в течение 6÷10 мин, причем на втором этапе промывки фильтра периодически, например, один раз в неделю, отмывку загрузки осуществляют с расширением загрузки на 10÷15% путем подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м) в течение 3÷4 мин.
3
2
3
2
В отдельных случаях использования заявляемого способа на первом этапе промывки фильтра осуществляют водовоздушную промывку загрузки путем одновременной подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) и сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 6÷10 мин.
3
2
3
2
3
2
Осуществление на первом этапе промывки фильтра барботирования загрузки путем подачи в загрузку снизу вверх сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 6÷10 мин и на втором этапе промывки фильтра отмывки загрузки путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) в течение 6÷10 мин, а также периодическое осуществление второго этапа промывки фильтра, например, один раз в неделю, с расширением загрузки на 10-15% путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м) в течение 3÷4 мин обеспечивает наиболее эффективную и экономичную промывку напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм, который позволяет осуществлять фильтрование воды с содержанием масел до 15 мг/л.
3
2
3
2
3
2
3
2
Осуществление на первом этапе промывания фильтра водовоздушной промывки загрузки путем одновременной подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) и сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 6÷10 мин и на втором этапе промывки фильтра отмывки загрузки путем подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) в течение 6÷10 мин, а также периодическое осуществление второго этапа промывки фильтра, например, один раз в неделю, с расширением загрузки на 10-15% путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м) в течение 3÷4 мин обеспечивает наиболее эффективную и экономичную промывку напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм, который позволяет осуществлять фильтрование воды с содержанием масел более 15 мг/л.
3
2
Осуществление на первом этапе промывки фильтра подачи в загрузку снизу вверх сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях в течение 6÷10 мин позволяет обеспечить равномерное распределения сжатого воздуха по рабочей площади фильтра при совмещенных дренажных устройствах и пузырьковый режим движения сжатого воздуха в загрузке при оптимальном объемном газосодержании, что, в свою очередь, способствует взрыхлению антрацито-кварцевой загрузки с одновременным ее перемешиванием, обеспечивая барботирование загрузки.
3
2
Подача в загрузку снизу верх сжатого воздуха удельным расходом, меньшим, чем 0,6 м/(мин·м) при нормальных условиях, не позволяет обеспечить равномерное распределение сжатого воздуха по рабочей площади фильтра при совмещенных дренажных устройствах, а также создать условия для его движения в пузырьковом режиме для интенсивного барботирования загрузки.
3
2
Подача в загрузку снизу верх сжатого воздуха удельным расходом, большим, чем 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях, приводит к увеличению объемного газосодержания, переходящего границу верхнего предела существования эффективного пузырькового режима промывки.
3
2
Осуществление на втором этапе промывки фильтра подачи в загрузку снизу вверх воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) в течение 6÷10 мин позволяет получить достаточно высокую степень отмывки крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузки с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм, при этом обеспечивается вымывание загрязнений из порового пространства загрузки без ее расширения.
3
2
Подача в загрузку снизу верх воды удельным расходом, меньшим, чем 0,6 м/(мин·м), не позволяет обеспечить равномерное распределение потока промывной воды по рабочей площади фильтра при совмещенных дренажных устройствах, а также вымывание загрязнений из порового пространства загрузки.
3
2
Подача в загрузку снизу верх промывной воды удельным расходом, большим, чем 1,2 м/(мин·м), приводит к перерасходу промывной воды и увеличению энергопотребления без повышения эффективности отмывки.
3
2
Осуществление на втором этапе промывки фильтра периодической, например один раз в неделю, отмывки загрузки с ее расширением на 10÷15% путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м) в течение 3÷4 мин обеспечивает интенсивную отмывку загрузки с полным вымыванием остаточных загрязнений из порового пространства загрузки, восстановление первоначальных параметров загрузки, а также за счет расширения загрузки на 10-15% достижение классификации загрузки по слоям кварцевого песка и дробленого антрацита или термоантрацита.
3
2
Режим промывки при периодической подаче воды удельным расходом, меньшим, чем 1,8 м/(мин·м), не позволяет обеспечить расширение крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузки с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита или термоантрацита 3,0÷6,0 мм на 10÷15% и соответственно достигнуть полной классификации загрузки по слоям кварцевого песка и антрацита, а также вымывания остаточных загрязнений из порового пространства загрузки.
3
2
Периодическая подача в загрузку воды удельным расходом, большим, чем 2,1 м/(мин·м), обусловит увеличение эксплуатационных расходов на интенсивную отмывку без повышения ее эффективности.
При заявленных удельных расходах воды и сжатого воздуха в указанном гранулометрическом составе антрацита и кварцевого песка обеспечивается расширение загрузки на 10÷15% с соблюдением условий большей степени расширения слоя антрацита по сравнению со слоем кварцевого песка, а также расположения слоя антрацита после промывки в верхней части загрузки. При этом разная степень расширения слоев двухслойной загрузки, принятая для кварцевого песка 10% и антрацита 15%, создает условия, при которых в верхней части загрузки располагается слой антрацита, а в нижней - слой кварцевого песка.
3
2
3
2
Дополнительная подача на первом этапе промывки фильтра воды удельными расходами от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) в течение 6÷10 мин, одновременно со сжатым воздухом удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях позволят обеспечить высокую эффективность промывки загрузки напорных фильтров, используемых для отдельных технологических условий фильтрования исходной воды с повышенным содержимым масел (при концентрации масел в исходной воде свыше 15 мг/л), путем водовоздушной промывки.
3
2
3
2
Осуществление водовоздушной промывки загрузки одновременно водой с удельным расходом, меньшим, чем 0,6 м/(мин·м), и сжатым воздухом с удельным расходом, меньшим, чем 0,6 м/(мин·м) при нормальных условиях, в течение менее чем 6 мин не позволяет обеспечить эффективную промывку загрузки фильтров, используемых для фильтрования исходной воды с концентрацией масел свыше 15 мг/л, а именно таких показателей удельных расходов недостаточно для разрушения воздухом уплотнений из замасленных загрязнений и их одновременного удаления из фильтра потоком воды.
3
2
3
2
Осуществление водовоздушной промывки загрузки с удельным расходом воды, большим, чем 1,2 м/(мин·м), и удельным расходом сжатого воздуха, большим, чем 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях, в течение более чем 10 мин обуславливает увеличение эксплуатационных расходов без повышения эффективности промывки загрузки.
В конкретном примере реализации заявляемого способа осуществляли промывку напорного фильтра с крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузкой с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита 3,0÷6,0 мм и совмещенными дренажными устройствами. Перед началом промывки прекращали подачу исходной воды в фильтр, отвод фильтрата из фильтра для понижения уровня воды в фильтре. Таким образом осуществляли промывку напорного фильтра, наполненного исходной водой.
3
2
3
2
На первом этапе промывки фильтра в загрузку снизу вверх подавали сжатый воздух удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях, например 0,9 м/(мин·м) при нормальных условиях, в течение 10 мин для барботирования загрузки. При таком удельном расходе сжатый воздух равномерно распределялся по рабочей площади напорного фильтра и обеспечивался пузырьковый режим движения воздуха в загрузке, при котором под воздействием движения пузырьков воздуха происходило образование кипящего слоя из зерен загрузки и воды, находящейся в фильтре, т.е. осуществлялся режим барботирования загрузки сжатым воздухом. В этом случае воздух разбивался на равномерно распределенные в загрузке мелкие пузырьки и поднимался вверх, отделяя зерна загрузки друг от друга. При этом отдельно взятый пузырек воздуха, всплывая, увлекал с собой часть жидкости, скорость движения которой в этом месте резко увеличивалась, а в другом месте падала, что приводило к уменьшению сопротивления и взрыхлению загрузки на участках движения пузырьков воздуха. Подача сжатого воздуха в загрузку при промывке способствовала увеличению эффекта отрыва загрязнений от зерен загрузки, а за счет более интенсивного перемешивания частиц способствовала усилению оттирающего эффекта. При барботировании осуществляли отвод воздуха из фильтра с предотвращением выноса зерен загрузки, а через 10 мин подачу сжатого воздуха на барботирование загрузки прекращали и переходили ко второму этапу промывки.
3
2
3
2
На втором этапе промывки фильтра в загрузку снизу вверх подавали воду удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м), например 0,9 м/(мин·м), в течение 10 мин для отмывки загрузки без ее расширения. При подаче воды с таким удельным расходом обеспечивалось ее равномерное распределение по площади фильтра с совмещенными дренажными устройствами без достижения критической скорости восходящего потока воды в загрузке с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита 3,0÷6,0 мм. При отмывке осуществляли отвод отработанной воды из фильтра, а через 10 мин отмывку загрузки прекращали и переводили фильтр в режим фильтрования.
3
2
3
2
Однако через 10÷15 промывок происходило полное смешивание слоев кварцевого песка и дробленого антрацита, что обуславливало необходимость периодического восстановления первоначальных параметров крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузки с крупностью зерен кварцевого песка 1,6÷2,5 мм и крупностью зерен дробленого антрацита 3,0÷6,0 мм. Таким образом, один раз в неделю на втором этапе промывки фильтра осуществляли расширение загрузки на 10÷15% путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м), например 1,9 м/(мин·м), в течение 4 мин. При таком расширении обеспечивалось равномерное распределение воды по площади фильтра с совмещенными дренажными устройствами, а также достижение критической скорости восходящего потока воды в загрузке, что позволяло зернам загрузки перейти во взвешенное состояние. Зерна загрузки переходили во взвешенное состояние и в течение 4 мин находились в непрерывном хаотическом движении, что, в свою очередь, способствовало наиболее интенсивному оттиранию загрязнений с их поверхности и обеспечивало процесс вымывания загрязнений водой из взвешенного слоя загрузки. При расширении загрузки происходила классификация зерен загрузки по слоям кварцевого песка и дробленого антрацита. В процессе интенсивной отмывки осуществляли отвод отработанной воды из фильтра с предотвращением выноса зерен загрузки, а через 4 мин интенсивную отмывку загрузки прекращали и переводили фильтр в режим фильтрования.
При этом разная степень расширения слоев двухслойной загрузки, принятая для кварцевого песка 10%, а для дробленого антрацита 15%, создавала условия, при которых в верхней части загрузки располагался слой дробленого антрацита, а в нижней части - слой кварцевого песка.
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
Кроме того, в отдельных случаях напорные фильтры могут применяться для фильтрования воды с повышенным содержанием масел (более 15 мг/л). В этом случае в крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузке происходило накопление большого количества замасленных загрязнений с образованием конгломератов из зерен загрузки, твердых частиц и масел, что вызывало необходимость особого режима промывки. Таким образом, на первом этапе промывки фильтра осуществляли водовоздушную промывку загрузки путем одновременной подачи в загрузку воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м), например 0,9 м/(мин·м), и сжатого воздуха удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м) при нормальных условиях, например 0,9 м/(мин·м) при нормальных условиях, в течение 10 мин. При водовоздушной промывке происходило разрушение воздухом уплотнений из замасленных загрязнений и их одновременное удаление из фильтра потоком воды. На втором этапе промывки фильтра осуществляли подачу в загрузку воды удельным расходом от 0,6 до 1,2 м/(мин·м), например 0,9 м/(мин·м), в течение 10 мин для вымывания загрязнений с отмывкой загрузки без ее расширения. При этом один раз в неделю второй этап промывки фильтра осуществляли путем подачи в загрузку воды удельным расходом от 1,8 до 2,1 м/(мин·м), например 1,9 м/(мин·м), в течение 4 мин для расширения загрузки на 10÷15% с целью классификации загрузки по слоям кварцевого песка и дробленого антрацита, а также полного удаления остаточных загрязнений из порового пространства крупнозернистой антрацито-кварцевой загрузки.