Книга "Системы очистки воды" Пособие для менеджеров

Feature image

4.2 Устройство и принцип работы фильтров-колонн


4.2 Устройство и принцип работы фильтров-колонн.

Далее рассмотрим устройство механических колонн. Вообще-то для получения механической колонны используется специальный корпус (баллон) и специальный электронный клапан (голова) для управления работой фильтра. Баллон и голова являются универсальными и могут применяться не только для организации механического фильтра, а также обезжелезивателей, умягчителей, угольных колонн и др. Все зависит от типа применяемой засыпки фильтра.

Поэтому рассмотрим устройство и принцип работы этих фильтров. Основные характеристики баллонов приведены в таблице 4.2.

 Таблица 4.2 Основные характеристики баллонов.

Размер, “

Объем, л

Сечение, м2

Н, мм

Ø, мм

07х13

5,66

0,025

362

181

07х17

8,50

0,025

454

181

07х35

19,82

0,025

924

181

07х44

25,49

0,025

1152

181

08х13

8,50

0,032

342

206

08х17

11,32

0,032

444

206

08х35

25,49

0,032

901

206

08х44

33,98

0,032

1130

206

09х17

14,16

0,041

443

232

09х35

25,49

0,041

913

232

09х44

31,15

0,041

1090

232

09х48

45,31

0,041

1242

232

10х18

16,98

0,051

439

257

10х35

39,65

0,051

896

257

10х44

50,98

0,051

1125

257

10х54

62,30

0,051

1379

257

12х48

87,80

0,073

1230

308

12х52

96,29

0,073

1336

308

13х44

87,80

0,086

1136

334

13х54

104,78

0,086

1390

334

14х65

150,10

0,099

1664

360

16х65

184,10

0,130

1664

410

18х65

235,06

0,164

1717

481

21х62

311,52

0,223

1715

543

24х72

450,29

0,292

1901

619

30х72

708,00

0,456

1828

767

36х72

897,74

0,657

1833

922

 Фильтры засыпного типа - это именно те водоочистные устройства (как правило, автоматические), которые применяются для коттеджей, коммерческих и производственных целей. Т.е. там, где нужна высокая пиковая производительность от 0,7-1 м3/час (для справки, это один полностью открытый или два приоткрытых крана) и выше, а режим разбора воды предполагает довольно существенные нагрузки на фильтр.

Все фильтры для очистки воды засыпного типа, не зависимо от компании производителя и своего предназначения, принципиально устроены практически одинаково.

Такой фильтр состоит из следующих основных составляющих (номер по порядку соответствует номеру на рисунке).

1.Корпус.

Корпус [1]фильтра (по английски - pressure vessel, tank) изготавливается, как правило, из стеклопластика, иногда из нержавеющей стали. За рубежом "нержавейка" считается дорогим и тяжелым материалом и применяется в основном в специальных случаях (например, медицина).

По форме корпус представляет собой полый цилиндр с куполообразными верхом и дном. Такая форма обеспечивает оптимальные гидравлические характеристики работы фильтра. Для устойчивости в нижней части используется специальное кольцевое основание. В верхней части корпуса прорезается горловина, через которую осуществляется сборка и засыпка фильтра. В корпусах большого размера подобная горловина делается и снизу, чтобы облегчить сборку и ремонт фильтра. При эксплуатации нижняя горловина закрывается специальной заглушкой. В корпусе фильтра в разных местах могут прорезаться и другие технологические отверстия (например, специально для засыпки фильтрующей среды).

корпус

2. Блок управления.

Блок управления (БУ или по-другому голова) фильтром [2] представляет собой многоходовой клапан (отсюда и английский термин - valve и часто употребляемый, хотя и не совсем корректный, термин "управляющий клапан") с соответствующим приводом (электромеханическим, гидравлическим или др.) и необходимой автоматикой (возможен вариант исполнения с ручным управлением).

Назначение БУ - это своевременная инициализация процесса регенерации (восстановления фильтрующей способности) фильтра и осуществление последовательного переключения потоков воды внутри фильтра в соответствии с заданной программой.

Блок управления всегда имеет внешний порт для подсоединения линии неочищенной воды, внешний выходной порт, в который подается уже обработанная вода и внешний дренажный порт для периодического сброса воды при промывке фильтра. Так устроены, например, блоки управления, предназначенные для установки на фильтрах без химической регенерации Несколько сложнее устройство БУ, применяемых в фильтрах с химической регенерацией и имеющих дополнительную вешний порт для подачи регенерирующего раствора. В этом случае в комплект засыпного фильтра входит также бак для приготовления и хранения регенерирующего раствора (на рисунке не показан).

В зависимости от типа устройства, выдающего сигнал на начало регенерации, БУ делят на два основных типа.

Первый - это БУ с регенерацией по времени. В состав такого блока входит таймер (электронный или электромеханический), который через определенные промежутки времени выдает сигнал на начало регенерации. Такие блоки чаще применяются в фильтрах без химической регенерации.

Второй - это БУ с регенерацией по расходу. В состав такого блока входит расходомер (счетчик воды), который выдает сигнал на регенерацию после прохождения через фильтр определенного объема воды. Такие блоки на практике чаще применяются в фильтрах с химической регенерацией.

Гораздо реже встречаются БУ с регенерацией по параметру качества воды. В состав такого блока входит один или несколько датчиков. Их назначение - измерять один или несколько параметров воды на выходе системы и выдавать сигнал на регенерацию тогда, когда параметры очищенной воды перестают удовлетворять заданным требованиям (например, увеличивается жесткость). Часто работой датчиков управляет микропроцессор. Понятно, что такие системы дороги и применяются практически только на крупных промышленных объектах. Как правило, блок управления устанавливается на верхней горловине корпуса фильтра (как на рисунке). Такая компоновка называется “верхней” (Top Mount). В промышленных фильтрах большого размера нередко применяется «боковая» компоновка (Side-Mount), это когда БУ устанавливается сбоку от фильтра.

Для реализации функции переключения потоков внутри фильтра БУ связан с уже упоминавшейся распределительной системой, в состав которой, в свою очередь, входят:

3. Центральный распределительный стояк.

Центральный стояк (или raiser) [3] представляет собой трубу (как правило, пластиковую), устанавливаемую вертикально по центру корпуса фильтра. Ее верхний конец (здесь речь идет о фильтрах с верхней компоновкой, как на рисунке) соединен с блоком управления, а на втором - закреплен нижний распределитель, называемый часто дистрибьютором (от английского distributor - распределитель).

4. Нижний распределитель.

В сравнительно небольших фильтрах нижний распределитель (bottom distributor) [4] представляет собой некий пластиковый "набалдашник" со множеством тончайших калиброванных щелей (на рисунке щели изображены нарочно широкими. Как правило, их толщина составляет несколько сотен микрон). Предназначение нижнего распределителя - распределять поток воды, поступающий по центральному стояку равномерно во всех радиальных направлениях или, наоборот, "собирать" со всех направлений воду, двигающуюся внутри фильтра вниз и подавать ее через центральный стояк к блоку управления [2]. Это делается для того, чтобы максимально задействовать весь имеющийся объем фильтра (чтобы в нем не образовывались "мертвые зоны").

В фильтрах большего размера описанного выше и показанного на рисунке дистрибьютора становится недостаточно, и тогда применяют лучевые (их еще называют латеральными - от английского lateral - боковой"), дистрибьюторы.

Для защиты нижнего распределителя, он всегда закрывается слоем специальной засыпки, называемой "гравийной подложкой".

 5. Гравийная подложка.

Из названия видно, что для создания подложки [5] используется специальный очищенный, промытый и тщательно отсортированный по гранулометрическому составу гравий. Благодаря однородному размеру, гравийная подложка [5] "помогает" нижнему распределителю [4] в его работе, т.е. в равномерном распределении потока воды по всему поперечному сечению фильтра.

 6. Фильтрующая среда.

Если блок управления, корпус, распределительную систему, подложку можно сравнить с "телом" фильтра (оно устроено у всех практически одинаково), то фильтрующая среда - это, несомненно, его "душа", определяющая индивидуальность каждого фильтра засыпного типа. Именно от того, какая в фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой фильтр, на какой воде он может работать, а на какой нет, какой тип регенерации (химический или безреагентный) должен быть использован и т.п. Именно в области используемых фильтрующих сред и находятся большинство "ноу-хау", используемых компаниями, работающими в области водоподготовки.

Выбор типа засыпки - задача сама по себе не простая, зависящая от ряда факторов и, прежде всего, от результатов исследования исходной воды, т.е. от ее параметров и целей, которые необходимо достигнуть. Однако правильный выбор засыпки - это еще полдела. Надо еще правильно подобрать ее количество в зависимости от потребной производительности фильтра, его габаритов, типа регенерации и физико-химических свойств самой фильтрующей среды. Достигается это грамотным "расчетом" фильтра. При расчете учитываются и скорости прохождения воды через фильтр в разных режимах, и необходимая минимальная высота слоя засыпки, и "расширение" объема фильтрующей среды, которое необходимо обеспечить при обратной промывке, и целый ряд других параметров. В зависимости от результатов расчета подбирается количество засыпки для каждого типоразмера фильтра и соответствующим образом настраивается блок управления фильтром.

Необходимо заметить также, что засыпка может быть как однокомпонентной, т.е. состоящей из одного типа фильтрующей среды, так и двух- и многокомпонентной, состоящая из нескольких типов фильтрующих сред. При этом сами фильтрующие среды в многокомпонентной засыпке могут быть перемешанными между собой, либо располагаться слоями. Применяются и комбинации смешанных и многослойных засыпок.

Далее рассмотрим, как работает фильтр засыпного типа без химической регенерации.

К данному, довольно многочисленному типу регенерируемых фильтров для воды относятся, например, осадочные или осветлительные фильтры; адсорбционные (угольные) фильтры.

Все эти фильтры сходны по своему устройству и имеют одинаковый алгоритм работы, который состоит из следующих циклов.

 1.Сервис (Service).

 сервис

Цикл очистки воды. Неочищенная вода со входа поступает внутрь фильтра, проходит через слой фильтрующей засыпки и уже очищенная через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступает в выходную линию.

Продолжительность - зависит от степени загрязненности воды и типа засыпки, но не более 6-7 дней.

 2. Обратная промывка (Backwash).

 backwash

Цикл интенсивной обратной промывки фильтрующей среды. По сути, этот цикл и является циклом регенерации, т.е. восстановления фильтрующих свойств засыпки. В силу этого фильтры этого типа часто называют "фильтрами для воды с обратной промывкой". Неочищенная вода со входа по центральному стояку и через нижний дистрибьютор подается снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды в режиме Сервиса (отсюда и название промывки - обратная), взрыхляет её и вымывает накопленные загрязнения. Загрязненная вода поступает в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется (по соображениям пожарной безопасности), но она будет проходить через фильтр напрямую неочищенная, поэтому пользоваться ей во время регенерации не желательно.

Продолжительность - 20 минут.

 3. Прямая промывка (rinse).

 rinse

Промывка осуществляется в том же направлении, что и в сервисе, только вода подается не на выход, а сбрасывается в дренаж. Назначение данной промывки - сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чистой воды. Кроме того, прямая промывка несколько уплотняет слой фильтрующей среды, поэтому иногда называется "усадкой". Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но все-таки пользоваться ей на этом этапе не рекомендуется.

Продолжительность - 10 минут.

 После усадки фильтр переходит в сервисный режим и готов к работе.

Далее рассмотрим, как работает фильтр засыпного типа с химической регенерацией.

К данному типу регенерируемых фильтров для воды относятся, прежде всего, ионообменные фильтры (например, стандартные умягчители или многофункциональные фильтры для умягчения, очистки от железа, органики и тяжелых металлов), а также фильтры-обезжелезиватели на основе фильтрующей среды Greensand, удаляющие также марганец и сероводород и др.

Все эти фильтры сходны по своему устройству и имеют одинаковый алгоритм работы, хотя в умягчителях и обезжелезивателях используется разные регенеранты - поваренная соль и перманганат калия («марганцовка») соответственно (либо гипохлорит натрия).

Алгоритм работы сложнее, чем у фильтров без химической регенерации и включает в себя следующие циклы.

 1.Сервис (Service)

Service

 

Цикл очистки воды. Неочищенная вода со входа поступает внутрь фильтра, проходит через слой фильтрующей засыпки и уже очищенная через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступает в выходную линию.

Уровень концентрированного регенерирующего раствора в баке для его хранения находится на максимальной отметке.

Продолжительность - зависит от параметров воды и режима расхода (как правило, от 1 суток до 6-7 дней). Если фильтр не эксплуатируется или работает с недостаточной нагрузкой, то рекомендуется не реже, чем раз в 10 дней делать принудительную регенерацию (хотя бы только обратную промывку). В некоторых фильтрах возможность такой принудительной регенерации реализована аппаратно.

2. Обратная промывка (Backwash)

backwash

 

Цикл интенсивной обратной промывки фильтрующей среды. Для фильтров данного типа является предварительным этапом регенерации. Неочищенная вода со входа по центральному стояку и через нижний дистрибьютор подается снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды в режиме сервиса, взрыхляет ("поднимает") её и вымывает накопленные механические загрязнения. Грязная вода поступает в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но она проходит через фильтр напрямую неочищенная, поэтому пользоваться ей во время регенерации не желательно.

Уровень концентрата регенерирующего раствора в баке для его хранения - на максимальной отметке. Продолжительность - 20 минут.

 3. Химическая регенерация (Regeneration)

Основной цикл с точки зрения восстановления фильтрующих свойств засыпки. Данный цикл состоит из двух подциклов.

 3.1. Подача регенерирующего раствора (Brine rinse)

 brine rinse

Концентрат регенерирующего раствора через засасывающую линию поступает в блок управления фильтром, где разбавляется в определенной пропорции входной водой. Полученный регенерирующий раствор проходит через слой фильтрующей засыпки, химически восстанавливая её фильтрующую способность. Отработанный регенерирующий раствор, в который перешли загрязнения, через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступают в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но все-таки пользоваться ей на этом этапе не рекомендуется, т.к. возможно попадание загрязненной воды и регенерирующего раствора в выходную линию.

Уровень концентрата регенерирующего раствора в баке для регенерирующего раствора снижается до момента срабатывания отсечного клапана (см. "Устройство бака для приготовления и хранения регенерирующего раствора").

Продолжительность - 0-30 минут.

 3.2. Медленная промывка (Slow rinse)

slow rinse

 

Этот этап начинается после срабатывания отсечного клапана. Поступление регенерирующего раствора из бака прекращается. Вода со входа медленно (отсюда и английское название этого подцикла - медленная промывка") поступает в фильтр в том же направлении, что и в Сервисе. При этом происходит постепенное выдавливание (смещение) регенерирующего раствора из фильтра через нижний распределитель и центральный стояк в дренаж.

Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но она может содержать повышенное количество загрязнений и регенерирующий раствор - пользоваться ей не рекомендуется.

Уровень регенерирующего раствора в баке не меняется и находится на минимальном уровне. Продолжительность - 60 минут.

 4. Прямая промывка (Rapid rinse)

rapid rinse

 

Промывка осуществляется в том же направлении, что и в Сервисе, только вода подается не на выход, а сбрасывается в дренаж. Назначение данной промывки - сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чистой воды. Кроме того, прямая промывка за счет большой скорости потока воды (отсюда и английское название - быстрая промывка") несколько уплотняет слой фильтрующей среды, поэтому иногда называется "усадкой". Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но пользоваться ей еще не желательно.

Уровень регенерирующего раствора в баке не меняется и находится на минимальном уровне.

Продолжительность - 10 минут.

 5. Наполнение бака для регенеранта (Tank fill).

refill

В этом цикле осуществляется заполнение входной водой бака для хранения регенерирующего раствора. Уровень раствора в баке повышается до максимальной отметки. Уровень воды в баке задается либо блоком управления фильтра, либо срабатыванием запирающего поплавкового клапана.

Сначала раствор слабо концентрирован, но по мере растворения регенеранта (наличие которого в баке надо постоянно поддерживать) его концентрация достигает максимума.

Возможность поступления воды на выход системы сохраняется и, теоретически, ей уже можно пользоваться, т.к. из фильтра на этом этапе будет поступать нормальная очищенная вода, однако лучше дождаться конца всей регенерации.

Продолжительность - 10-15 минут.

 Бак для регенерирующегораствора входит в состав фильтров с химической регенерацией, т.е. тех фильтров, которым для восстановления фильтрующих свойств, требуется то или иное химическое вещество. Раствор с таким веществом - регенерантом приготавливается и хранится (до очередной регенерации) в специальной емкости, которую для простоты и называют "баком".

bak1 bak2

 Емкость может быть различной формы  (например, бочкообразной, как показано на рисунке слева или квадратного сечения, как на рисунке справа) и размера, в зависимости от типа регенеранта (химического вещества, используемого для регенерации) и производительности фильтра, с которым она будет использоваться.

 bak

 Итак, бак представляет из себя некую емкость [1] (как правило пластиковую) с крышкой [2]. В баке может устанавливаться специальная сетка [3], на которую будет насыпаться регенерант [7]. Строго говоря, без этой сетки можно обойтись и существует множество моделей баков, где сетка не используется.

Самым важным узлом является шахта [4] - пластиковая труба, внутри которой смонтирована засасывающая система, включающая в свой состав поплавковый запирающий клапан [5] и шариковый отсечной клапан [6] (air-check valve). Через штуцер [9] засасывающая система соединяется с блоком управления фильтра.

 Переливной штуцер [10] установлен на случай отказа всех систем регулировки количества воды в баке и должен быть, в идеале, соединен с дренажной линией.

 Система работает следующим образом:

 1)Начало работы

В бак из фильтра подается определенное количество воды [8] (в некоторых моделях первую заливку воды приходится осуществлять вручную). После этого в бак насыпается химический регенерант [7], например таблетированная поваренная соль для ионообменных умягчителей. Количество воды регулируется либо настройкой поплавкового клапана [5], либо автоматическим блоком управления фильтра (в этом случае поплавковый клапан служит дополнительной защитой от перелива) и зависит от типа фильтра и его размера (производительности), но всегда на несколько сантиметров выше уровни сетки [3], (если она есть).

Очень важно, чтобы бак для регенерирующего раствора заполнялся определенным количеством воды, а не сколько придется. Например, для регенерации 1 литра смолы в ионообменном умягчителе требуется вполне определенное количество поваренной соли (NaCl). В свою очередь, поваренная соль растворяется в воде также в определенных количествах (предел растворимости порядка 300 г/л). Таким образом подбирается то количество воды, в котором раствориться нужное для полноценной регенерации данного фильтра-умягчителя количество таблетированной соли. Если воды будет меньше, то в ней раствориться меньше соли и ионообменная смола не восстановит в достаточной степени своей ионообменной емкости - снизится эффективность умягчения и очистки воды. Если же воды будет больше, то регенерироваться смола будет даже лучше, но при этом возрастет расход соли на каждую регенерацию и увеличатся эксплуатационные расходы на обслуживание системы водоочистки.

Необходимо также, чтобы между регенерациями проходило достаточно времени для образования в баке концентрированного раствора регенеранта. С этой точки зрения кажется, что вроде бы рациональнее применять ту же соль не в форме таблеток, а обычную - россыпью. И раствориться быстрее, и дешевле. Однако не случайно соль требуется именно в прессованном виде (это могут быть не только таблетки, но и соляные брикеты в форме "подушечек" или капсул и просто прессованная и затем колотая на куски в несколько сантиметров (как щебенка) поваренная соль). Дело в том, что соль россыпью не растворяется в воде мгновенно, зато очень быстро слеживается в монолитный ком. Такой ком не только будет иметь площадь поверхности, значительно меньшую, чем такое же по весу количество соли в таблетках, а значит и будет гораздо медленнее растворяться. Он может "нарасти" вокруг шахты [4] с засасывающей системой и таким образом полностью блокировать работу системы регенерации фильтра, что неизбежно приведет к его выходу из строя.

2) Регенерация

Во время цикла регенерации раствор из бака через засасывающую систему начинает поступать в блок управления фильтром. Там регенерирующий раствор в определенной пропорции разбавляется водой и используется далее в процессе химической регенерации фильтрующей среды, применяемой в данном типе засыпного фильтра.

По мере засасывания регенерирующего раствора, его уровень в баке начинает понижаться. Это происходит до тех пор, пока не сработает шариковый отсечной клапан [6], т.е. шарик не сядет плотно в седло и не перекроет поток. Это сделано для того, чтобы не допустить попадания воздуха в засасывающую линию.

 3) Наполнение водой

В этом цикле, после окончания регенерации фильтра, в бак начинает подаваться вода из блока управления фильтром. Вода поступает через ту же засасывающую линию, только теперь "в обратном направлении"  через штуцер [9] и отсечной клапан [6]. Поступление воды прекращается либо по команде блока управления фильтром, либо при срабатывании поплавкового клапана [5], который всплыв до определенного уровня перекрывает подачу воды в бак. Со временем в этой воде опять раствориться нужное количество соли и процесс повториться при следующей регенерации.

 Данная система очень проста и надежна. Надо только не забывать поддерживать в баке запас регенеранта. При этом не надо бояться "пересыпать". Насыпать можно хоть по самый край бака - все равно, больше чем надо не растворится. Однако уровень регенеранта надо периодически контролировать. Критерий прост - наверху всегда должен быть сухой регенерант.


Комментарии (0)



Добавление комментариев закрыто.
2010-2016 © Waterspace | Все права защищены.