Процессы фильтрования могут быть классифицированы по давлению:

– безнапорная фильтрация;

– напорная фильтрация.

По фильтровальной среде, границе раздела:

– фильтрование механическое (через сетки, щели, экраны и пр);

– фильтрование через плотный слой загрузки (гравийные, песочные, сорбционные (угольные), ионообменные фильтры, фильтры с плавающей загрузкой и пр.);

– намывные (диатомитовые и пр.);

– фильтрование через взвешенный слой загрузки (фильтры, осветлители со взвешенным слоем);

– мембранная фильтрация (с использованием мембран – микро-, ультра-, нано-фильтрация; обратный осмос и прочие).

К безнапорным фильтрам относятся: осветлитель со взвешенным слоем осадка, контактный осветлитель, безнапорные осадительные и сорбционные фильтры.

К напорным фильтрам относятся: осадительные, осветлительные (песочные, гравийные), сорбционные (угольные), ионообменные фильтры и прочие);

Одной из основных характеристик работы фильтра является скорость.

В зависимости от скорости фильтры подразделяются на:

– медленные (0,1 – 0,3 м/ч);

– скорые (5 – 12 м/ч);

– сверхскорые (36 – 100 м/ч).

По числу фильтрующих слоёв фильтры можно классифицировать – однослойные, двухслойные.

Сущность процесса фильтрования: вода проходит (фильтруется) через фильтрующий материал или мембрану, при этом происходит отделение частиц (их задержание в слое загрузки), накопление загрязнений. При промывке происходит взрыхление загрузки, разрушение структуры из накопленных частиц, их отрыв и вынос с промывной водой.

Кроме осветления при помощи зернистых фильтров осуществляется обезжелезивание, деманганация, дехлорирование, ионный обмен, умягчение, фторирование, обесфторивание, стабилизация воды и прочие процессы.

Осветлительные фильтры

Фильтрование с использованием осветлительных (осадочных) фильтров применяется для очистки от взвешенных веществ, мутности (коллоидных веществ). Обычно при концентрации взвешенных до 100 мг/л применяются двухслойные фильтры, а до 50 мг/л – однослойные.

Также при значениях в исходной воде перманганатной окисляемости (ПМО) больше 15 мгО/л или цветности больше 30 градусов платино-кобальтовой шкалы применяются двухслойные фильтры, а при окисляемости больше 8 мгО/л или цветности до 20 градусов – однослойные фильтры, при этом необходимо предварительное коагулирование.

При водозаборе из поверхностных водоемов как правило предусматривается очистка от фитопланктона, коагулирование сульфатом алюминия или оксихлоридом алюминия (особенно в периоды паводков или цветения воды). При этом должны предусматриваться вспомогательные реагенты: щелочные – гидроксид натрия, карбонат и гидрокарбонат натрия, оксид кальция при недостаточной щелочности (меньше 1 ммоль/л); при плохой коагулируемости – дополнительное окисление хлорсодержащими веществами (гипохлоритом и пр.) или озоном; флокулянты – для дополнительного укрупнения хлопьев.

По конструкции осветлительные фильтры обычно бывают:

– в корпусах из стеклопластика (диаметром до 0,9; 1,2; 1,6 м);

– в стальных корпусах ФОВ (фильтры осветлительные вертикальные);

– нестандартного исполнения.

Конструкция фильтра включает:

– корпус (фильтрационная колонна);

– верхняя и нижняя дренажная системы;

– загрузочное отверстие;

– слой фильтрующей загрузки;

– воздухоотводчик;

– антивакуумный клапан;

– комплект запорной арматуры (или управляющий клапан).

В качестве фильтрующей загрузки используются сыпучие материалы, которые отличаются высокой степенью удержания взвешенных веществ и фильтрации. Например, природные минералы (алюмосиликаты, антрацит, гидроантрацит, кварцевый песок, кварцевый гравий, цеолит и другие) или искусственные материалы (керамика, керамзит и другие), специальные загрузки (сорбент АС, МС, каталитические загрузки и пр.).

АДСОРБЦИЯ

Адсорбция – процесс поглощения растворенных в воде природных и антропогенных примесей порами твердого сорбента. Наиболее часто для водоочистки в качестве гидрофобного адсорбента применяется активированные угли (на древесной, каменноугольной, кокосовой, косточковой основе).

Механизм адсорбции состоит во взаимодействии энергетически ненасыщенных атомов углерода с активными поверхностными группами с молекулами растворенных веществ.

Особую роль играет разветвленная структура активированного угля, состоящая из макро-мезо- и микропор, а также капиллярные эффекты и заряды поверхностных атомов, групп.

Активированный уголь (АУ) эффективно удаляет из воды различные органические вещества, в т.ч. нефтепродукты, фенолы, СПАВ, хлорорганические соединения, продукты озонолиза, а также подбирает остаточные концентрации тяжелых металлов.

Скорость адсорбции и эффективность процесса зависит от ряда параметров:

– содержание загрязнителей и их химический состав;

– структура сорбента;

– температура жидкости.

В технологиях водоподготовки активированный уголь применяется в различном виде:

– порошка при углевании воды (введение порошкообразного угля (ПАУ);

– дробленных частиц или гранул при фильтровании через угольные(сорбционные) фильтры.

Для очистки воды от загрязнений применяется:

– сухое дозирование порошковых активированных углей;

– мокрое дозирование (подача АУ в виде суспензии);

– фильтрование через взвешенный слой активированного угля;

– фильтрование в стационарных адсорберах с плотным слоем активированного угля (через безнапорные и напорные фильтры);

– фильтрование через комбинированные песчано-угольные фильтры.

Вследствие сильного пыления и взрывоопасности порошкообразный активный уголь (ПАУ) в сухом виде в воду вводят редко. Обычно предварительно готовят суспензию 2-10% ПАУ в воде, которую и направляют в основной поток обрабатываемой воды.

Сорбционные фильтры

Фильтрование с использованием сорбционных (угольных) фильтров применяется для доочистки воды от остаточных коллоидных веществ, органических примесей, хлора, хлорорганических примесей, нефтепродуктов, и т.п. путем адсорбирования загрязнений внутренней поверхностью зерен (порами) загрузки.

Наилучшим сорбентом считается активированный уголь различных марок, имеющий высокоразвитую пористую структуру (макро-, мезо- микропоры).

Для напорных сорбционных фильтров используются либо гранулированный активированный минеральный уголь, либо активированный уголь на кокосовой основе. Также используются угли на основе косточек (абрикосовой или др.).

Обычно диапазон гранул (частиц) активированного угля составляет от 0,8 до 3,5 мм.

Помимо очистки воды, сорбционные фильтры заметно улучшают органолептические свойства воды (запах, цвет, вкус).

Кроме воды сорбционные фильтры используются в аквакультуре, пищевых технологиях (очистке водки и пр.), целлюлозно-бумажной, легкой промышленности, на химических заводах, предприятиях нефтедобычи и нефтепереработки.

По конструкции сорбционные фильтры обычно бывают:

– в корпусах из стеклопластика (диаметром до 0,9; 1,2; 1,6 м);

– в стальных корпусах ФСУ (фильтры сорбционные угольные) диаметром от 1,5 до 3,4 м;

– нестандартного исполнения.

Конструкция фильтра включает:

– корпус (фильтрационная колонна);

– верхняя и нижняя дренажная системы;

– загрузочное отверстие;

– слой фильтрующей загрузки;

– воздухоотводчик;

– антивакуумный клапан;

– комплект запорной арматуры (или управляющий клапан);

– пробоотборные устройства;

– смотровое окно на дренаже.

Давление в корпусе фильтра до 6 бар.

Внутреннее и наружные поверхности стальных фильтров в корпусе из углеродистой стали покрываются специальным антикоррозионным покрытием.