Двойные фильтрационные системы

П. П. Дебелый ,

С. В. Новоженов

В существующих конструкциях фильтров для обезжелезивания, осветления и др. применяют промывку обратным током воды. Для этого, как правило, используется исходная неочищенная вода. Такая промывка приводит к тому, что слой песчанно-гравийной засыпки и нижние слои сорбента со временем загрязняются не меньше, чем верхние слои. Однако промываются они хуже, поэтому накопление происходит быстро, и это становится причиной, по которой осадок смывается и попадает в чистую магистраль. Для усиления отмывки нижних слоев сорбента в этих случаях прибегают к увеличению свободного пространства над сорбентом, уменьшая тем самым объем засыпки, увеличивают время и напор обратного тока воды. Это приводит к уменьшению времени контакта растворенных веществ с активной поверхностью сорбента, что снижает эффективность фильтрации, увеличению истираемости, а значит, уменьшению ресурса сорбента, возрастанию сброса воды в дренаж.

Особенно это заметно на воде с повышенной мутностью из-за частых выбросов ржавчины из муниципального водопровода, на воде из скважин коллективного пользования с водонапорной башней и протяженным трубопроводом, из неглубоких скважин или колодцев. Для воды из индивидуальных скважин известкового горизонта с низким содержанием растворенного кислорода процесс загрязнения нижних слоев сорбента проходит значительно медленнее, но тем не менее является основной причиной преждевременной замены большинства сорбентов до их истираемости или потери активности.

Для решения данной проблемы выпускаются фильтры, состоящие из 2 баллонов. В режиме фильтрации оба баллона работают вместе по параллельной схеме, входной поток делится поровну. Во время промывки вода, очищенная одним фильтром, используется для промывки другого. Управление режимами промывки производится программируемым таймером со встроенной защитой от выключений электороэнергии, причем количество промывок можно менять от нескольких раз в день до 1 раза в неделю.

Такие фильтры могут использоваться при непрерывном цикле водопотребления, где допускается потеря производительности на время промывки. Они удобны в тех случаях, когда высота и занимаемая площадь имеют немаловажное значение. Замена сорбента в 2 небольших баллонах значительно менее трудоемкая работа, чем в одном большом на такую же производительность. Имеются относительно недорогие, простые в обращении модели с ручным управлением процессом промывки.

Возможность управления входными и выходными потоками позволяет моделировать различные технологические приемы водоподготовки. Так например, изменив обвязку баллонов и режимы промывок на блоке управления можно получить систему с фильтрацией на восходящем токе воды, причем одновременно в 2, 3 или даже 4 баллонах. Благодаря правильному распределению фракций сорбента по гравиметрическому размеру от крупного к мелкому относительно фильтрационного потока, значительно повышается грязеемкость ситемы, тем самым дольше сохраняется чистота верхнего слоя как наиболее мелкого, а значит, наиболее активного. Однако такие фильтры более чувствительны к превышению производительности по сравнению с системами с нисходящим током воды. Поэтому на выходе необходимо предусмотреть регулятор или ограничитель потока. Тем не менее возможность создания на базе фильтров с восходящим током систем с правильной гравитационно-метрически распределенной засыпкой делает этот класс фильтров особенно привлекательными. Например, необходимо расположить технологические загрузки с разными свойствами в определенной последовательности с учетом физико-химических процессов, происходящих в толще сорбента по ходу движения воды. Такая задача может потребовать несколко установок с отдельными блоками управления. Так, для воды с повышенной мутностью и растворенным железом потребуется следующая последовательность технологических и химических процессов: осветление, каталитическое окисление, фильтрация. Для этого потребуется как минимум 2 установки с отдельными блоками управления: фильтр-осветлитель и фильтр-обезжелезиватель. Двойная параллельная система с одним общим блоком управления справится с этой задачей значительно лучше. Более того, возможно последовательное подключение 2 баллонов, причем осветление можно производить в восходящем токе, а обезжелезивание в нисходящем или наоборот в зависимости от показателей состава воды.

Трехлетний опыт использования двойных систем доказал свою пригодность в решении таких задач, как обезжелезивание, осветление, уголная фильтрация. Доказательством может служить визуальное сравнение цвета и чистоты верхнего и нижнего слоя сорбента в фильтрах после 1, 2 лет работы на воде с повышенной мутностью. Многократные подобные наблюдения за состоянием сорбентов в 1- и 2-баллоных фильтрах говорят в пользу двойных систем с промывкой одного баллона другим.

Новые каталитические загрузки

Обезжелезивание подземных вод является комплексной проблемой, и поэтому трудно определить общие правила обработки воды. Все зависит от конкретного случая и типа используемого оборудования.

Известно, что обезжелезивание подземных вод в основном сводится к окислению растворенного двухвалентного железа в трехвалентное, образующее в воде в результате гидролиза нерастворимый гидрат Fe₂O₃ x H₂O, который отфильтровывается на зернистой засыпке фильтра. Стабильность соединений железа зависит от состава воды, при этом рН и щелочность являются главными факторами. Эти понятия напрямую не связаны: если рН является математическим выражением концентрации ионов водорода, то понятие «щелочность» имеет отношение к способности нейтрализовать кислоту. При низких значениях щелочности и рН растворенное железо Fe (II) стабильно и проблема обезжелезивания может быть решена ионным образом. Однако обычно приходится иметь дело с нестабильным железом, когда ионный обмен приходится исключить в пользу осадительной фильтрации. При этом необходимо понимать, что окисление и осаждение являются совершенно разными процессами, протекающими с разными скоростями, но зависящими от рН и щелочности воды. К примеру, растворенное железо может быть полностью окислено, но не будет осаждаться, если щелочность воды недостаточна. Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях скорость окисления железа Fe (II) кислородом воздуха при возрастании показателя рН на 1,0 (рН = 1) возрастает почти в 100 раз.

Другим широко распространенным в артезианских водах соединением является сероводород, образование которого обусловлено множеством факторов. В пластовых водах на контактах с залежами углеводородов происходит окисление последних сульфатами при участии углекислоты или сульфатвосстанавливающих бактерий. Можно предположить, что подобные реакции могут происходить с органическими веществами, попавшими в артезианские воды в результате промышленных или бытовых стоков. На это указывают наблюдения за изменением содержания сульфидов и сероводорода в течение нескольких лет и обнаружение сульфитредуцирующих клостридий в глубоких артезианских скважинах.

Для удаления из подземных вод железа, а также марганца и сероводорода используют различные каталитические зернистые засыпки. Практически все эти материалы содержат двуокись марганца в качестве катализатора окисления данных соединений.

Известные каталитические засыпки, такие как Birm, Manganesse Greensand, MTM, Filox и др., не всегда обеспечивают требуемое качество воды, не удовлетворяют заказчика по количеству сбрасываемой воды в дренаж или Санэпиднадзор по превышению содержания в сбросе сильных окислителей, применяемых для регенерации некоторых сорбентов. Причиной этого часто являются нарушения в технике фильтрации. Но, помимо этого, выявлены недостатки самих сорбентов по ограниченности их применения, по износостойкости, по слеживаемости и пр.

Поэтому в настоящее время появляются новые отечественные каталитические загрузки, некоторые из которых успешно заменяют зарубежные аналоги. Перечислим некоторые из отечественных загрузок, прошедшие испытания и находящиеся в стадии оформления сертификатов.

КДМ – частицы гранулированного сплава, содержащего магний, алюминий и др., покрытые соединениями переходных металлов, не требует коррекции рН исходной воды. Резко увеличивает скорость окисления железа (II) за счет локального защелачивания воды на поверхности частиц в результате электрохимической коррозии сплава. КДМ снижает содержание марганца и ионов тяжелых металлов, неорганического фтора (фторид-ионов), уменьшает карбонатную жесткость, а также цветность воды, обусловленную гуминовыми кислотами. Не требует регенерации. Обычно КДМ используется в комбинации с кварцевым песком или «черным песком» определенного гранулометрического состава.

МХС – новый отечественный медьсодержащий химический сорбент, состоящий из инертной основы (кварцевый песок, фильтр-агрегат, керамзит или др.) и оболочки, содержащей двуокись марганца и соединения меди, обладающие бактерицидными свойствами. МХС связывает и окисляет сероводород и растворимые сульфиды. МХС не требует химической регенерации, обладает дехлорирующим эффектом.

КП-1 – модифицированная зернистая загрузка, частицы которой состоят из инертной основы (фильтр-агрегат, сульфоуголь, кварцевый или глауконитовый песок, керамзит или др.), покрытой тонкой пленкой двуокиси марганца и соединений меди. Эффективно удаляет железо и сероводород в результате окисления и хемосорбции, обладает высокой грязеемкостью, не слеживается. Регенерация раствором перманганата калия.