ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ФИЛЬТРА В ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Введение

Одним из распространенных источников загрязнений сточных вод являются взвешенные вещества природного и антропогенного характера. Для очистки воды от взвешенных веществ применяют различные методы, из которых одним из самых популярных является механическое удаление взвеси на фильтрах с зернистым слоем. Но порой очистки воды от взвешенных веществ на осветлительных фильтрах недостаточно вследствие присутствия в воде частиц, характеризующихся малым размером и высокой агрегативной и седиментационной устойчивостью.  Для интенсификации процесса фильтрования воды применяют химические реагенты, в частности коагулянты [1]. В традиционном способе используют три стадии: смешение воды с коагулянтом, образование хлопьев и процесс фильтрования. Для первой стадии используются смесительные устройства, для второй – камеры хлопьеобразования и далее вода с реагентом подается на фильтр. Однако, при таком способе проведения коагуляции эффективность очистки снижается при прохождении воды с реагентом через аппараты и трубы, так как хлопья начинают разрушаться из-за возникающей турбулентности при перекачке из одного устройства в другое. Для интенсификации процесса и улучшения качества очистки можно вести работу в условиях контактной коагуляции. Для увеличения эффективности коагуляции предлагается комбинированный фильтр со встроенной камерой перемешивания воды с коагулянтом [2] и режимом с небольшой турбулизацией с использованием псевдоожиженной насадки. Такая камера поможет увеличить эффективность очистки, за счет контактной коагуляции [3], в камере будут образовываться микрохлопья, которые будут увеличиваться далее в объеме загрузки.

Материалы и методы

Прототипом комбинированного фильтра является комбифильтр, разработанный Б.С. Ксенофонтовым, схема которого представлена на рисунке 1 [2].

Рисунок 1. Схема работы комбифильтра:

1 – корпус; 2 – фильтрующая загрузка; 3 и 12 – решетка; 4 и 11 – патрубки для вывода промывной воды; 5, 10 – патрубки камеры смешения; 6 – камера смешения; 7 – патрубок для подачи загрязненной воды; 8 – патрубок для подачи коагулянта; 9 – плавающая насадка; 13 – дренажный слой; 14 – дренажная система; 15 – отверстия дренажной системы; 16 – выходной парубок; 17 – цилиндрический стакан; 18 – патрубок подача промывной воды.

Принцип работы предлагаемого комбифильтра заключается в следующем. Исходная (грязная) вода через входной патрубок 7, как и раствор реагента через патрубок 8 поступают внутрь корпуса 1 комбифильтра, непосредственно в цилиндрический стакан 17 с плавающей насадкой 9. За счет интенсивного движения частиц 9 происходит эффективное смешение раствора реагента с водой, что повышает эффект очистки воды. Далее обработанная реагентом вода подается через решетку 3 в слой фильтрующей загрузки 2 и затем выводится через дренажный слой 13 и дренажную систему 14 и далее через выходной патрубок 16. Промывка фильтра заключается в подаче промывной воды через патрубок 18 и с выводом отработанной промывной воды через патрубки 4 и 11.

Данный прототип отличается тем, что в процессе реагентной обработки нет предварительного разрушения хлопьев. Реагенты смешиваются с водой за счет встроенной камеры перемешивания, содержащей плавающую насадку, при этом интервал времени между вводом реагента и подачей смеси на фильтрующую загрузку минимален, что должно обеспечивать эффективность проведения контактной коагуляции.

Недостатками данного прототипа является ввод коагулянта непосредственно в камеру перемешивания, что может повлечь за собой прибивание коагулянта к стенке камеры и вследствие чего неравномерное перемешивание за счет разности расходов очищаемой воды и реагента, а также резкие переходы в нижнем и верхнем переливах камеры, что может повлечь за собой высокие градиенты скоростей и разбивание образованных микрохлопьев перед подачей воды на фильтрующую загрузку.

Решением недостатка комбифильтра является разработка комбинированного фильтра со встроенной камерой перемешивания реагентов с очищаемой водой с введением коагулянта в патрубок подвода очищаемой воды перед камерой и более плавными переходами в нижнем и верхнем переливах.

Результаты

В результате моделирования комбинированного фильтра в программном комплексе ANSYS была разработана встроенная камера перемешивания воды с реагентами. Принцип работы камеры заключается в следующем: вода подается в камеру интенсивного перемешивания, где загрузка начинает перемешивать воду с коагулянтом. Для перемешивания двух потоков не нужна электроэнергия, перемешивание происходит под напором воды. Далее вода поступает во вторую камеру успокоения, где начинается зарождение хлопьев. Здесь должно быть плавное течение, поэтому для уменьшения турбулизации потока предлагается нижний перелив [5]. Далее жидкость из камеры успокоения поступает на загрузку через верхний перелив. Для уменьшения завихрений в самом фильтре предлагается конусная вставка внизу встроенной камеры перемешивания, которая гасит завихрения и не дает тем самым разрушаться микрохлопьям, образованным в камере успокоения. Конструкция камеры показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Конструкция встроенной камеры перемешивания

Параметры встроенной камеры, полученные в результате моделирования, следующие:

• Нижний перелив представляет собой прорези 2 мм в ширину и 50 мм в длину;
• Верхний перелив представляем собой отверстия 20 х 30 мм;
• Нижний конус 20 мм;
• Ввод реагента осуществляется путем врезания трубы на середину патрубка исходной воды под 45º.

Эффективность такой камеры была проверена экспериментально и составила 98% для модельного стока с краской и 95% для модельного стока с углем, когда как при фильтровании на типовом фильтре эффективность очистки была 85% и 81% соответственно.

Обсуждение полученных результатов

В результате проделанной работы было составлено описание работы и решены недостатки прототипа комбинированного фильтра. Улучшенная встроенная камера за счет неинтенсивного перемешивания поможет уменьшить расход реагента и увеличить эффективность фильтрования за счет контактной коагуляции. При этом образуемые микрохлопья в камере не будут разрушаться из-за высоких градиентов скорости в нижнем и верхнем переливе и возникновении завихрений в нижней части камеры.

Заключение

Использование комбинированного фильтра позволяет добиться большей эффективности очистки по сравнению с типовым фильтром, что подтверждает целесообразность его применения.

Использование комбинированного фильтра увеличивает эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ за счет контактной коагуляции, что позволяет снизить эффект негативного воздействия на окружающую среду.