Промывка фильтровальных аппаратов (стр. 1 из 3)
Содержание
Промывка фильтровальных аппаратов
Распределительные системы фильтровальных аппаратов
Промывка фильтровальных аппаратов
Момент работы фильтра, когда потеря напора в фильтрующей загрузке достигает предельно допустимого значения или начинает ухудшаться качество фильтрата, служит сигналом для выключения фильтра на промывку в целях восстановления задерживающей способности загрузки. Промывку фильтрующей загрузки в скорых фильтрах производят обратным током воды, или воздуха и воды, для чего, как правило, используют фильтрованную воду. Перед промывкой фильтра подачу воды на него прекращают. Когда уровень воды в нем понизится до кромки желобов, начинают подачу промывной воды вниз фильтра (от специального промывного насоса или от бака, расположенного на определенной высоте). Промывная вода поступает в распределительную (дренажную) систему фильтра (рис.12.1),, равномерно распределяется по площади фильтра и поднимается вверх через загрузку с такой интенсивностью, которая обеспечивает переход зерен фильтрующей загрузки во взвешенное состояние. При этом загрузка как бы расширяется и поверхность, которую она занимала в процессе фильтрования, приближается к кромке желобов.
При взвешенном состоянии загрузки отдельные зерна ее непрерывно соприкасаются друг с другом, в результате чего налипшие на них загрязнения оттираются и вместе с потоком промывной воды переливаются в желоба (рис.12.13 и 12.14), откуда отводятся в карман (или центральный канал) фильтра и далее сбрасываются в канализацию. Фильтр промывают до тех пор, пока вода, переливаемая в желоба, не станет прозрачной. Для нормально работающих скорых фильтров достаточна продолжительность промывки 8.10 мин.
Несмотря на то, что промывка фильтров является лишь вспомогательным процессом, она может оказать решающее влияние на нормальный режим работы фильтров. Если в процессе промывки фильтрующая загрузка отмывается недостаточно, то это приводит к постепенному накоплению остаточных загрязнений, что сокращает фильтроцикл, а в отдельных случаях и вовсе выводит фильтр из работы. Поэтому конструктивное оформление большинства деталей и оборудования фильтров диктуется условиями его промывки.
Основной задачей при расчете промывки фильтров является установление такой интенсивности промывки и такого относительного расширения слоя загрузки, при которых обеспечивается практически полная отмывка зерен загрузки от прилипших к ним в процессе фильтрования загрязнений.
Рис.12.14. Графики для определения размеров желобов с треугольным (1) и полукруглым (2) низом
Наиболее полно теория промывки фильтров разработана Д.М. Минцем и С.А. Шубертом. Сущность разработанной ими теории сводится к следующим основным положениям. При промывке зерна фильтрующей загрузки переходят во взвешенное состояние и весь слой фильтрующего материала расширяется при достижении некоторой критической скорости восходящего движения промывной воды. Расширение слоя тем больше, чем больше интенсивность промывки. При этом каждой скорости восходящего потока воды при данной ее температуре соответствует вполне определенная степень расширения загрузки. При достижении предельного для данной восходящей скорости расширения устанавливается динамическое равновесие расширившегося слоя, хотя зерна его и пребывают в непрерывном хаотическом движении. При равновесии расширившегося слоя равнодействующая всех сил, действующих на этот слой, равна нулю.
Взвешенный слой загрузки находится под действием двух противоположно направленных сил: силы тяжестиG, направленной вертикально вниз и равной массе фильтрующей загрузки в воде; разности сил давления на нижнюю и верхнюю поверхности взвешенной загрузки; эта сила, отнесенная к м2 поверхности фильтра, может быть выражена через Δр. Поскольку система находится в равновесии, то очевидно, чтоG=Δp. ВеличиныGи Ар можно выразить следующим образом:
(12.54)где р3 - плотность материала загрузки, г/см3; ρв - плотность воды; г/см3; g - ускорение свободного падения, Н*м/с2; h - высота фильтрующего слоя до расширения загрузки, см; п0 - пористость фильтрующей загрузки до расширения; Н - потеря напора во взвешенном слое, см.
Приравнивая приведенные уравнения и решая их относительно Н, получаем
(12.55)Это уравнение показывает, что потеря напора в слое взвешенной загрузки для данных условий работы фильтра есть величина постоянная, не зависящая от скорости восходящего движения воды, т.е. от интенсивности промывки. Взвешенную фильтрующую загрузку, находящуюся в состоянии динамического равновесия, можно рассматривать как пористую среду, а восходящий поток воды - как фильтрационный поток. В этом случае к расширившейся фильтрующей загрузке можно применить те же закономерности, что и для процесса фильтрации однородной жидкости через зернистую загрузку. Зависимость между основными факторами, влияющими на процесс фильтрации однородной жидкости, может быть представлена формулой
(12.56)
где Др/А - потеря напора, м, на единицу толщины зернистого слоя; ии - истинная средняя скорость потока в толще слоя, см/с; I - характерный линейный параметр - гидравлический радиус зернистого слоя, см; Re - число Рейнольдса; р. - динамическая вязкость, Па*с; φ (Re) = - коэффициент сопротивления.
В результате обобщения опытных данных получено следующее выражение для коэффициента ψ.
(12.57)где А - постоянная величина (для определенного интервала значений Re), не зависящая от формы зерен загрузки.
Подставляя в формулу (12.56) значение ф из уравнения (12.57) и заменяяvu=v/n, гдеv - средняя скорость движения восходящего потока промывной воды, см/с, а п - пористость расширившейся загрузки, получим
Гидравлический радиус зернистого слоя 1=п - а-1, где а - суммарная поверхность зерен в единице объема загрузки, равная для шаровых зерен:
(12.59)гдеd - диаметр шаровых зерен. Для зерен любой формы
(12.60)где а - коэффициент формы зерен; d - диаметр шара, равновеликого по объему зернам загрузки. Тогда
(12.6 1)Пористость плотно лежащей загрузки п0 и пористость расширившейся загрузки nсвязаны соотношением
'
где е - относительное расширение загрузки при ее промывке, равное:
e= (h-h0) /h0.
Подставляя (12.62) в (12.61) получим
(12 63)
Подставляя I по формуле (12.63) в выражение для Δр (12.58) и заменяяh=h0 (e+ 1), получим
Как уже говорилось выше, при состоянии равновесия расширившейся загрузкиG=Δp. Тогда, выражаяGпо формуле (12.54) и Δр по формуле (12.64), получим
Отсюда можно найти скорость восходящего потока воды (в см/с) (т.е. необходимую интенсивность промывки), учитывая, что рв=1:
Данная формула показывает, что для достижения одного и того же значения относительного расширения загрузки скорость восходящего потока воды должна быть тем больше, чем больше плотность материала загрузки р3 и диаметрdзерен загрузки; необходимая скоростьvуменьшается с увеличением вязкости воды (т.е. при низких температурах воды) и с увеличением коэффициента формы, т.е. для угловатых частиц.
Формула (12.66) выведена для однородных загрузок, имеющих зерна одинаковой крупности. В действительности фильтрующие загрузки всегда состоят из зерен различного размера. Для таких загрузок величинаdв формуле (12.66) заменяется величиной эквивалентного диаметра зеренd3, которая подсчитывается по формуле (12.48).
Теоретические исследования, а также опыт эксплуатации фильтров рекомендуют следующие относительные расширения загрузок и необходимые интенсивности промывки (см. табл.12.4). Для антрацитовых загрузок интенсивности промывки следует принимать на 70% меньшими, чем указаны в табл.12.4 для песчаных загрузок скорых фильтров.
Для загрузок из кварцевого песка при dэ>1 мм в целях повышения эффекта отмывки, снижения расхода промывной воды и уменьшения размеров водоотводящих устройств (желобов, каналов, трубопроводов) целесообразно применение водовоздушной промывки. Ее режим назначается следующим: продувка воздухом с интенсивностью 15.20 л/ (с*м2) в течение 1.2 мин, затем совместная водовоздушная промывка с интенсивностью подачи воздуха 15.20 л/ (с*м2) и воды 3.4 л/ (с*м2) в течение 4.5 мин и последующая подача одной воды с интенсивностью 6.8 л/ (с*м2) в течение 4.5 мин. При водовоз душной промывке воду и воздух следует подавать по раздельным трубчатым распределительным системам или через распределительные системы со специальными колпачками.