Существует много типов фильтров, в которых используется тонкая фильтрующая перегородка. Они отличаются принципами работы и могут быть либо открытыми, работающими при атмосферном давлении, либо закрытыми напорными.
Рассмотрим характеристики фильтров, обеспечивающих тонкое фильтрование, поскольку фильтры других типов рассмотрены в разделах этой книги в связи с грубой очисткой воды и иных жидкостей. Такое тонкое фильтрование чаще всего называется микрофильтрованием в отличие от макрофильтрования, процесса, при котором задерживаются частицы крупностью более 150 мкм, и ультрафильтроваййя, когда удаляются частицы размером 0,4—0,004 мкм.
Микрофильтрование при атмосферном давлении
Основная цель микрофильтрования — удаление планктона, содержащегося в поверхностных водах. При этом конечно удаляются взвешенные частицы большого размера и частицы растительного и животного происхождения, содержащиеся в воде. В зависимости от изменения расхода воды и способности частиц, содержащихся в ней, забивать фильтровальные сетки, используются различные устройства для регулирования скорости вращения барабана и один или несколько рядов промывок форсунок.
Оптимальные результаты эффективности микрофильтрования достигаются путем поддержания более или менее постоянных потерь напора, обусловленных частичным забиванием сеток задержанными частицами. Однако эффективность работы установки всегда будет ограничена несколькими факторами:
- промытая фильтровальная сетка не обеспечивает надлежащего задержания в начале фильтроцикла, и степень очистки при этом определяется только размерами ячеек;
- планктон никогда не удаляется полностью. Он может опять размножаться, особенно если повысится температура;
- мельчайшие яйца некоторых низших ракообразных могут легко проходить через фильтровальную сетку и развиваться, в результате чего в последующих резервуарах могут быть обнаружены видимые невооруженным глазом организмы;
- из-за опасности коррозии фильтровальной сетки или ее подложки нельзя применять непрерывную обработку воды высокими дозами хлора;
- поверхность микрофильтров должна быть достаточно велика, чтобы обеспечить удаление большого количества планктона, развивающегося в определенные периоды года. Если она слишком мала, то в периоды интенсивного развития планктона и во время паводков производительность станции может значительно снизиться.
Металлические или пластмассовые фильтровальные сетки в большинстве случаев имеют размеры ячеек от 20 до 40 мкм и в исключительных случаях 10 мкм. Чем меньше размер ячеек, тем больше должна быть площадь поверхности микрофильтра. Так, при размере ячеек 35 мкм скорость фильтрования должна быть не более 35 м/ч в расчете на общую площадь поверхности микрофильтра (50 м/ч в пересчете на погруженную поверхность микрофильтра), а в расчете на пиковую концентрацию взвешенных веществ — 10 м/ч.
Эффективность снижения содержания взвешенных веществ в результате микрофильтрования составляет 50—80%, в среднем около 65%. Для сравнения отметим, что хорошо работающий отстойник обеспечивает снижение содержания взвешенных
веществ на 80—90% без предварительного хлорирования и на 95—99% с предварительным хлорированием.
Микрофильтры следует рассматривать только как устройства с ограниченной эффективностью очистки. Их целесообразно применять для обработки воды с небольшим содержанием взвешенных веществ. При этом удаляются лишь наиболее грубые взвешенные частицы, а цветность воды и содержание растворенных органических веществ не изменяются.
Для удаления планктона наиболее эффективным методом является отстаивание с предварительным хлорированием.
Микрофильтрование под давлением
Микрофильтрование под давлением обычно осуществляется на фильтрах трех типов: дисковых, каркасно-навитых и патронных.
Дисковые фильтры, в которых фильтрование происходит в пространстве между дисками, собранными в пакеты, особенно чувствительны к наличию в воде водорослей и волокнистых материалов, способных необратимо забивать зазоры между дисками.
Для удаления из воды частиц размером менее 10 мкм применяют фильтры производительностью 10—100 м3/ч. При удалении частиц крупностью 150 мкм производительность одного фильтра может достигать 250 м3/ч.
Каркасно-навитые фильтры с использованием лотковых, трубчатых, корзиночных или других типов несущих элементов, покрытых:
- металлической сеткой, плоской или профилированной, с целью увеличения площади поверхности фильтрования. Фильтры этого типа особенно подвержены забиванию волокнистыми материалами и расклиниванию твердыми частицами (например, мелкими частицами песка). При размерах ячеек 2—40 мкм производительность фильтров составляет 0,1—150 м3/ч;
- металлической или полимерной проволокой, навитой на рамы. Они также подвержены расклиниванию песком и другими твердыми частицами. Крупность задерживаемых частиц достигает 3 мкм. При размере прозоров 5—125 мкм производительность фильтров этого типа может быть 10—1000 м3/ч;
- проволочными профилями особого сечения, навитыми на специальные стояки. Эта конструкция позволяет устранить недостатки, присущие рассмотренным фильтрам. При размере прозоров 80—125 мкм производительность такого фильтра может составлять от нескольких кубических метров в час до более 5000 м3/ч.
Фильтры с патронными элементами или тонкими фильтрующими пластинами, изготовленные из гофрированного или плоского картона, целлюлозы или синтетических волокон (они могут выбрасываться после использования), часто используют как фильтры тонкой очистки, когда воду необходимо тщательно очистить от взвешенных частиц, которые могут проскочить на предыдущих стадиях обработки (например, при приготовлении пива, газированной воды и т. д.). На фильтрах этого типа могут быть удалены очень мелкие частицы порядка нескольких микрон и даже некоторые бактерии. Однако на такие фильтры нельзя подавать воду с относительно высоким содержанием взвешенных веществ, поскольку фильтрующие элементы немедленно забьются.