30.6. Каркасно-засыпные фильтры

Каркасно-засыпной фильтр (КЗФ) является разновидностью многослойных фильтров, в которых используется принцип фильтрации в направлении убывающей крупности зерен загрузки.

Конструкция КЗФ аналогична конструкции обычного скорого фильтра с нисходящим движением воды и низким отводом промывной воды (рис. 30.7 и 30.8). Подача воды осуществляется по системе желобов. Расстояние между желобами рекомендуется принимать 1 м, высоту перелива промывных вод в отводящий желоб над уровнем загрузки — 300 мм. Дренажная система состоит из дырчатых труб с поддерживающими гравийными слоями. Высота поддерживающих слоев 500 мм, крупность зёрен от 40 до 1 мм.

Для загрузки каркасно-засыпных фильтров используют гравий с крупностью зерен 40—60 мм и песок с крупностью зерен 0,8— 1 мм. Фильтр загружают послойно: на поддерживающие гравийные слои поочередно загружают гравий и песок: песчаные частицы заполняют межпоровое пространство гравийного каркаса. Общая высота гравийной загрузки (каркаса) 1,8 м, высота песчаной засыпки в каркасе 0,9 м, слой воды над гравийным каркасом около 2 м. Потери напора в КЗФ ориентировочно составляют 2—3 м.

Для каркаса КЗФ кроме гравия можно применять также щебень, а для заполнителя кроме песка можно использовать гранулированный доменный шлак, керамзит, мраморную крошку, антрацит. Отношение наименьшего размера зерен каркаса (щебня или гравия) к наибольшему должно быть от 1 : 2 до 1:1 (согласно проектным данным).

Зерна заполнителя также подвергают классификации; для загрузки фильтров используют предусмотренные проектом фракции. Основные расчетные параметры фильтров: скорость фильтрации 10 м/ч; при форсированном режиме допускается увеличение скорости фильтрации до 15 м/ч. При средней концентрации взвешенных веществ в исходной воде 20 мг/л и расчетной скорости фильтрации 10 м/ч продолжительность фильтроцикла для КЗФ составляет 20 ч.

Рис. 30.8 Схема каркасно-засыпкого фильтра
1 — поддерживающие гравийные слои; 2 — распределительная система для воды; 3 — подача воздуха при промывке; 4 — песчаная засыпка; 5 — гравийный каркас; 6 — трубчатая система для подачи исходной и отведения промывной воды: 7 — подача исходной воды; 8 — отвод промывной воды; 9 — подача промывной воды; 10 — отвод фильтрата

Каркасно-засыпной фильтр рассчитывается на максимальный часовой приток. Промывка фильтров может быть как водяная, так и водо-воздушная. При водяной промывке КЗФ происходит взвешивание песчаной засыпки в неподвижном гравийном каркасе на всю его высоту, и загрязнения как бы оттираются с поверхности зерен песка и гравия. Для промывки КЗФ можно использовать фильтрат или воду, прошедшую очистку на барабанных сетках. Интенсивность водяной промывки 20 л/(с*м2), продолжительность промывки 8 мин.

При водовоздушной промывке предусматривается следующий режим:
1) спуск воды до уровня песка;
2) подача воздуха и воды в течение 5—7 мин: интенсивность подачи воздуха 14—16 л/(с*м2), воды 6— 8 л/(с*м2);
3) подача воды с интенсивно¬стью 14—15 л/(с*м2) в течение 3 мин.

Расход промывной воды составляет 3—5% объема очищенной воды. Периодически (один раз в два-три месяца) следует производить промывку КЗФ хлорной водой с содержанием активного хлора 200 мг/л.

Эффект удаления взвеси активного ила на КЗФ, в соответствии с результатами проведенных исследований, предполагается на 80% при исходной концентрации взвеси до 20 мг/л; снижение БПКполн на 70% при БПК исходной воды 10—15 мг/л.

КЗФ можно применять для доочистки как биологически очищенных городских и производственных сточных вод так и нейтрализованного общего стока машиностроительных заводов. КЗФ могут использоваться также в качестве денитрификаторов. При этом аммонийный азот предварительно восстанавливается биохимическим путем до нитритов и нитратов, которые в свою очередь в денитрификаторах типа КЗФ превращаются в молекулярный азот, переходящий в атмосферу.

При доочистке механически очищенных сточных вод для загрузки фильтра применяют гравий крупностью 40 мм на высоту 1300 мм и песок крупностью 0,6 мм на вы¬соту 700 мм; скорость фильтрации 5—7 м/ч.

Конструкция КЗФ разработана Челябинским филиалом ВНИИ ВОДГЕО, опытная установка работает на Саларской станции аэрации в Ташкенте. Модели КЗФ эксплуатируются на пилотной установке замкнутого цикла водоснабжения Тобольского нефтехимического комплекса, смонтированной в опытном цехе Воронежского филиала ВНИИСКа.

Достоинства конструкции КЗФ: работа сооружения в режиме беспленочной фильтрации, достаточно хорошее качество фильтрата при высоких скоростях фильтрации, дешевые фильтрующие материалы, хорошая регенерация загрузки при промывке, повышенная грязеемкость загрузки, меньшие потери напора по сравнению с мелкозернистым скорым фильтром.

Каркасно-засыпные фильтры применяются для доочистки сточных вод Тобольского нефтехимического комплекса, Пикалевского глиноземного завода, Ефремовского завода синтетического каучука и др.