Фильтрация воды

Фильтрация является следующим (после коагуляции и отстаивания) техническим приемом освобождения воды от взвешенных веществ, не задержанных на предыдущих этапах обработки (преимущественно это тонкодисперсная суспензия минеральных соединений). Сущность фильтрации состоит в том, что воду пропускают через мелкопористый материал, чаще всего - через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтров взвешенные вещества.

Фильтры классифицируют с учетом разных характеристик: в зависимости от гидравлических условий работы - открытые (ненапорные) и напорные; по виду фильтрующей основы - сетчатые (микрофильтры, микросита), каркасные, или намывные (диатомитовые), зернистые (песчаные, антрацитовые и т. п.); по величине фильтрующего материала - мелкозернистые (0,2-0,4 мм), сред-незернистые (0,4-0,8 мм), крупнозернистые (0,8-1,5 мм); и по скорости фильтрования - медленные (0,1-0,2 м/ч) и скорые (5-12 м/ч); по направлению фильтрующего потока - одно- и двухпоточные, и по количеству фильтрующих слоев - одно-, двух-, трех-, многослойные.

Фильтры медленного действия - это первый тип фильтров, которые начали использовать в практике водообработки. В 1829 г. Джон Симпсон построил для лондонского водопровода песчаные фильтры, которые получили название английских, или медленных. Фильтры медленного действия применяют в том случае, когда мутность воды не превышает 200 мг/л и можно ограничиться предварительным естественным отстаиванием ее без коагуляции. Это резервуары из бетона, железобетона или кирпича, заполненные послойно щебнем, галькой, гравием и песком. Размер частиц постепенно уменьшается в направлении снизу вверх (от 40 до 2 мм). Общая толщина слоя песка составляет 0,8-1 м.. Фильтр имеет двойное дно - нижняя его часть сплошная, верхняя - перфорированная. Между ними образуется дренажное пространство, в которое и поступает профильтровавшаяся вода. На верхнюю часть дна кладут слой щебня или гравия (толщиной 0,4-0,45 м), а на него - собственно фильтрующий слой кварцевого песка (0,8-0,85 м), на который подают очищаемую воду.

Процесс фильтрации на медленном фильтре приближается к естественному: вода проходит через фильтр медленно, со скоростью 0,1-0,2 м/ч. При таких условиях достигается практически полное осветление воды и очистка ее от микроорганизмов (на 95-99%).

По мере фильтрации воды на поверхности фильтрующего слоя песка образуется биологическая пленка (толщиной 0,5-1 мм) из задержанных разнообразных органических остатков, минеральных веществ, коллоидных частиц и большого количества микроорганизмов. Формируется она в течение нескольких суток, и этот период называется периодом "созревания" фильтра. Пленка сама является фильтром и задерживает мелкую взвесь, которая прошла бы сквозь поры песка. То есть на медленном фильтре происходит пленочная фильтрация воды. Биологическая пленка способствует также минерализации органических веществ и уничтожению микрофлоры, снижению окисляемости (на 20-45%) и цветности (на 20%).

Со временем поры биологической пленки забиваются взвешенными частицами, что приводит к повышению сопротивления и тормозит фильтрацию. Поэтому медленные фильтры нужно периодически очищать путем удаления 15-20 мм верхнего слоя и подсыпания чистого песка 1 раз в 10-30 сут. В это время фильтр выводят из работы.

Основными факторами, способствующими очистке воды на медленных фильтрах, являются: механическая задержка взвешенных частиц, адсорбция, окисление (химическое действие растворенного в воде кислорода), ферментативная деятельность микроорганизмов, биологические процессы, связанные с жизнедеятельностью простейших.

Несмотря на высокую эффективность очистки, простоту оборудования и эксплуатации, медленные фильтры сегодня используют только на малых водопроводах, в сельских населенных пунктах по причине их низкой производительности.