Теоретические основы процесса фильтрования воды.

При проектировании фильтровальных установок заданными являются количество осветляемой воды, качество воды, поступающей на фильтры (в частности, содержание в ней взвешенных веществ, их физико-химические свойства, крупность частиц взвеси), и требуемая степень осветления. Величина располагаемого напора, обусловливающего движение воды через открытые фильтры, определяется в связи с компоновкой всей станции и обычно также задается при расчете фильтров.
При проектировании и расчете фильтров должны быть определены толщина фильтрующего слоя (при определенном фильтрующем материале), скорость фильтрования и оптимальная длительность периода работы фильтра между промывками Поэтому весьма важно установить зависимость между всеми основными параметрами работы фильтра и заданными расчетными величинами.

Правильный выбор этих параметров, находящихся во взаимосвязи, имеет большое экономическое значение, так как он должен обеспечить оптимальное соотношение затрат на строительство и эксплуатацию станции.
Период работы фильтра между промывками (длительность фильтроцикла) определяется из двух условий. Во-первых, загрязнение фильтрующего материала в процессе работы приводит к увеличению в нем потерь напора. Эти потери могут возрастать до тех пор, пока через определенный промежуток времени Тп они не превысят располагаемого напора. Во-вторых, при увеличении загрязнения частиц фильтрующего материала происходит увеличение скоростей движения воды в порах, что ведет к частичному выносу осевших в порах частиц взвеси, содержащейся в фильтруемой воде. В результате этого качество фильтрата начинает ухудшаться. Таким образом, вторым критерием назначения длительности фильтроцикла является период времени Г3, в течение которого гарантируется требуемое качество фильтрата (продолжительность «защитного действия» загрузки фильтра). Как значение Гн, так и значение Ts зависит от качества воды, характеристик взвеси, загрузки фильтра и скорости фильтрования.

Рассмотрим некоторые теоретические соображения о зависимости значений Т3 и Тн от основных параметров процесса фильтрования воды и о взаимной связи этих параметров.
Количество воды, проходящей через фильтр (а следовательно, и скорость фильтрования), в открытых скорых фильтрах поддерживается, как правило, постоянным во все время работы фильтра при помощи специальных регулирующих устройств. Поэтому
потери напора в самом фильтре зависят
всецело от его гидравлического сопротивления. В процессе работы фильтра
происходит отложение в его порах загрязнений, и, следовательно, гидравлическое сопротивление и потери напора
в фильтре h возрастают во времени. Предельно допустимые потери напора в фильтре Н лимитируются разностью уровней воды над фильтром и в резервуаре чистой воды. Очевидно, что значение Н равно разности указанных уровней за вычетом потерь напора в трубопроводах и арматуре, через которые отводится вода с фильтра.

Обозначим переменное значение потерь напора в фильтре через h (рис. V.33). По оси абсцисс будем откладывать время и примем (как это показывает опыт), что значение h возрастает во времени по линейному закону.
Начальное значение h=hQ будет соответствовать потерям напора Е чистом фильтре. В любой промежуточный момент работы фильтра