Сложные фильтры механической очистки

На вашем участке уже пробурена скважина. Она дает воду в нужном количестве, однако, по химсоставу непригодную для питья? Что делать в этом случае? Нужно ставить фильтры для воды. Сегодня мастер сантехник подробно рассказывает о том, какими бывают фильтры механической очистки воды, и проблемах, которые можно решить с их помощью при обустройстве автономной системы водоснабжения загородного дома.

Особенности отчистки воды

Основными видами загрязнения подземных вод являются растворенное в воде железо, соли кальция и магния, обуславливающие жесткость воды, взвешенные в воде частицы органических соединений и механические примеси (песок, грязь). Вследствие этого вода приобретает мутный вид, неприятный привкус железа, плохо отстирывает белье, оставляет рыжие разводы на сантехнике и образует накипь в нагревательных элементах и механизмах стиральных машин. Для удаления этих загрязнений используются различные типы фильтров для воды, главными из которых - подчеркнем, для применения в частных загородных домах, - являются засыпные фильтры для очистки воды (фильтры с зернистой загрузкой), состоящие из корпуса в виде баллона и расположенного на нем блока управления. Ведь именно они обеспечивают как необходимое качество воды, так и требуемый высокий ее расход, характерный для загородных домов, в которых одновременно могут проживать от 3 до 6 и более человек, активно использующих воду для своих бытовых нужд.

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

Устройство засыпных фильтров

Устройство:

• Корпус засыпного фильтра;
• Блок управления засыпного фильтра;
• Центральный распределительный стояк засыпного фильтра;
• Нижний распределитель засыпного фильтра;
• Гравийная подложка;
• Фильтрующая среда.

Корпус засыпного фильтра (по английски - pressure vessel, tank) может быть изготовлен  из стеклопластика, а в некоторых случаях из нержавеющей стали. Традиционно корпус фильтра выглядит в виде полого цилиндра, который в нижней части имеет специальное основание, необходимое для поддержания его в вертикальном состоянии. В верхней зоне корпуса расположено отверстие, через которое засыпается фильтрующая среда, или иные загрузки, необходимые для получения воды с определенными свойствами. Данная форма обеспечивает необходимы режим работы фильтрующих материалов, что повышает надежность работы системы. Если требуется оборудование большего размера, то технологически выполняется дополнительное отверстие снизу фильтра, для простоты обслуживания и проведения сервисных ремонтов и обследований.

Блок управления оборудован многоходовым клапаном снабженный различными приводами в зависимости от типа  (электромеханическим, гидравлическим или ручным управлением.)

Основное назначение БУ засыпного фильтра - это своевременный запуск процесса регенерации  (восстановления фильтрующей способности среды). Данная операция осуществляется путем  последовательного переключения потоков воды внутри фильтра в соответствии с заданной программой.

Блок управления  имеет два выхода,через один подается неочищенная вода в баллон с фильтрующей средой, из второго поступает уже очищенная вода. И дополнительный порт дренажа, для сброса загрязнений из фильтра про промывке. Данное устройство имеют блоки управления для которых не требуется проведение химической регенерации. В отличии  от систем  где необходима химическая регенерация фильтрующей среды с блоком управления, который имеет дополнительный выход, через который идет забор реагента для регенерации среды. Дополнительно к системе необходим бак для хранения и приготовления регенерирующего раствора.(на рисунке не показан).

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

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

Центральный стояк (или raiser) 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).

В сравнительно небольших засыпных фильтрах нижний распределитель (bottom distributor) представляет собой некий пластиковый "набалдашник" с множеством тончайших калиброванных щелей (на рисунке щели изображены нарочито широкими. Их толщина составляет сотни 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 засыпного фильтра вниз и подавать ее через центральный стояк к блоку управления. Это делается для того, чтобы максимально задействовать весь имеющийся объем фильтра (чтобы в нем не образовывались "мертвые зоны").

В засыпных фильтрах большего размера 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".

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

Если блок управления, корпус, распределительную систему, подложку можно сравнить с "телом" засыпного фильтра (оно устроено у всех более-менее одинаково), то фильтрующая среда - это, несомненно, его "душа", определяющая индивидуальность каждого фильтра засыпного типа. Именно от того, какая в засыпном фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой засыпной 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 засыпного 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 засыпной 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 засыпного фильтра и соответствующим образом настраивается блок управления фильтром.

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 засыпных фильтров в многокомпонентной засыпке могут быть перемешанными между собой, либо располагаться слоями. Применяются и комбинации смешанных и многослойных засыпок.

Подбор и расчет засыпных фильтров с многокомпонентными многослойными засыпками является "высшим пилотажем водоподготовки", так как для эффективной работы такого фильтра необходимо не только определить "совместимые" между собой засыпки, но и подобрать оптимальные количественные соотношения и оптимальные режимы эксплуатации. Математическая модель такого расчета - это решение системы уравнений с множеством переменных.

Способы регенерации фильтрующей среды

В процессе работы засыпные фильтры для очистки воды засоряются, поэтому периодически их необходимо промывать фильтруемой водой или восстанавливать (регенерировать). При этом различают как обратную, так и прямую промывку, а также реагентную регенерацию, когда фильтрующая среда промывается специальным реагентом, например, марганцовкой.

Засыпные фильтры типа с безреагентной регенерацией путём обратной промывки

Наиболее часто технологический цикл регенерации такого фильтра состоит из двух ступеней:

• Обратная промывка. Заключается в том, что неочищенная вода со входного патрубка подается сразу в водоподъемную трубу (стояк). Через нижний распределитель вода проходит снизу вверх сквозь фильтрующую среду, взрыхляет ее, вымывает все засоряющие фильтр частицы и через дренаж сливается в канализацию. Таким образом, направление потока воды здесь меняется на обратное, откуда и название - обратная промывка.
• Прямая промывка. Здесь вода течет в том же направлении, что и при нормальном цикле фильтрации, однако очищенная вода поступает не в выходной патрубок, а сбрасывается в дренаж. Смысл ее в том, чтобы сбросить через дренаж остатки загрязняющих частиц и уплотнить фильтрующую загрузку после цикла обратной промывки.

Следует отметить, что засыпные фильтры с безреагентной регенерацией для обезжелезивания воды должны применяться в сочетании с предварительной подготовкой воды с помощью аэрационной, дозирующей или аэрационно-дозирующей системы. Выбор метода предварительной подготовки воды зависит от ряда условий, связанных с качеством исходной воды и других особенностей конкретного водоисточника.

Засыпные фильтры с реагентной (химической) регенерацией фильтрующей среды

Данный вид регенерации используется, в основном, для ионообменных или многофункциональных засыпных фильтров, так как позволяет наиболее полно восстановить окислительную способность каталитической загрузки (например, Manganese Greensand). Технологический цикл регенерации этих фильтров, как правило, включает три ступени:

• Обратная промывка (описание см. выше).
• Промывка фильтрующей среды реагентом. Концентрат регенерирующего раствора (соль, марганцовка) находится в специальной емкости (см. рис. 11 - 12 ниже), расположенной рядом с баком засыпного фильтра и соединенной с полостью фильтра отдельным трубопроводом. По сигналу с контроллера раствор начинает засасываться в клапан управления и смешиваться в определенной пропорции с поступающей на фильтр водой, при этом выходной патрубок перекрывается и открывается дренаж. Проходя через слой фильтрующей загрузки растворенный реагент восстанавливает ее фильтрующую способность и затем сбрасывается в дренаж. Направление потока воды такое же, как и в цикле нормальной фильтрации.
• Прямая промывка (описание см. выше).

На практике при химической регенерации фильтрующей среды ступеней этой регенерации может быть больше, поскольку добавляются вспомогательные процессы: пополнение реагентного бака водой, дополнительное взрыхление фильтрующего слоя и другие.

Засыпные фильтры с реагентной регенерацией для обезжелезивания воды могут в некоторых случаях (при отсутствии в воде сероводорода) применяться без предварительной подготовки воды, однако мы почти всегда рекомендуем аэрировать воду из скважин.

Видео

В сюжете - Обзор сложных фильтров механической очистки

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Очистка и обеззараживание воды озонированием — особенности метода, преимущества и недостатки