Фильтры с намывным слоем применяют в тех случаях, когда необходимо обрабатывать большие расходы воды и при этом требуется избежать необратимого загрязнения фильтрующих элементов. Процесс фильтрования происходит не через твердый пористый материал, а через фильтрующий материал, введенный в аппарат в начале каждого фильтроцикла и образующий микропористый слой на поверхности твердого пористого материала. Как только фильтр загрязняется, намывной слой удаляют промывкой. Структурно намывной слой состоит из большого количества каналов очень малого диаметра, что обеспечивает получение фильтрата с малой мутностью.
Трубчатые фильтры
Принцип действия трубчатых фильтров. Намывные фильтры обычно состоят из цилиндрического сосуда с выпуклыми торцами, оборудованного внутри большим числом вертикальных трубчатых элементов, закрепленных на опорной плите. Трубчатые элементы представляют собой перфорированные полые цилиндры из нержавеющей стали, вокруг которых обернута тонким слоем ткань из синтетического волокна, в форме рукава; на наружную поверхность ткани намывается фильтрующий слой.
Трубчатые фильтры
Размер частиц намываемого фильтрующего материала меньше размеров пор в волокнистом материале рукава, и тем не менее, эти частицы задерживаются волокнистым материалом рукава, поскольку они осаждаются на сводиках, образующихся между волокнами рукава и более крупными частицами намывного материала. Наносить намывной слой необходимо с большой осторожностью. Перед началом микрофильтрования желательно наносить намывной слой в режиме рециркуляции, чтобы гарантировать полное осаждение мелких частиц в намывном слое.
Как только фильтрат станет чистым, можно приступить к фильтрованию. Скорость потока воды может быть 1—15 м/ч в зависимости от способа фильтрования, природы задерживаемых веществ, их концентрации, свойств осадка уже задержанного на фильтре и длительности фильтроцикла. Как правило, получается фильтрат высокого качества, за исключением случаев, когда жидкость содержит очень мелкие коллоидные частицы. Чтобы удалить такие частицы, необходимо выбрать для намывного слоя либо очень тонкий материал с риском быстрого забивания фильтра и короткими фильтроциклами, либо материал с адсорбционными свойствами.
Можно увеличить длительность фильтроцикла или повысить скорость фильтрования, если начинать процесс очистки Ьоды при небольшой толщине намывного слоя, добавляя присадочный материал во время фильтрования. Поскольку в этом случае взвешенные вещества, отложившиеся на намывном слое, смешиваются с присадочным материалом, образуется не труднопроницаемый «кокон», а пористый слой, который участвует в процессе фильтрования, не вызывая быстрого увеличения потерь напора.
Промывка производится тогда, когда будет достигнута максимальная степень загрязненности.
Промывка. Если требуется эффективная промывка, взвешенные вещества, задержанные на намытом материале, должны быть полностью удалены со всех фильтрующих элементов. Это достигается обычной водо-воздушной промывкой или промывкой по технологии «Канон», которая дала свое название фильтру фирмы «Дегремон».
Обычная промывка трубчатых фильтров. Как только фильтр будет остановлен и верхняя часть его разгерметизирована, из него сбрасывают часть воды, чтобы образовалась воздушная подушка. Затем клапан впуска воздуха закрывают. Воздух сжимается под действием подающего насоса. Клапан в основании фильтра быстро открывается; резкая декомпрессия воздуха выталкивает воду, которая проходит через фильтрующие элементы изнутри и освобождает их от загрязнений. Затем фильтр опорожняется и элементы промываются.
Промывка «Канон» (патент фирмы «Дегремон»). Как и в предыдущем случае, образуется воздушная подушка в верхней части фильтра; затем при герметизированном фильтре сжатый воздух нагнетается под опорную плиту. Воздух перемещает некоторое количество воды через фильтрующие элементы по направлению к верхней части фильтра. Под плитой воздух подвергается резкой декомпрессии при открытии клапана в атмосферу: вода проходит изнутри фильтрующих элементов наружу с очень высокой скоростью. Этот «пушечный» эффект мгновенно отрывает все загрязнения, которые скопились на дне фильтра. Операция промывки заканчивается опорожнением фильтра. Такой способ промывки позволяет использовать очень длинные фильтрующие элементы, исключая опасность необратимого загрязнения и обеспечивает минимальные потери воды.
Материалы для намывных фильтров применяют в зависимости от условий фильтрования. Для образования намывного слоя используют, главным образом, диатомит, целлюлозу, порошкообразный активный уголь и порошкообразные ионообменные материалы.
Целлюлоза в виде очень чистых волокон обладает такой же фильтрующей способностью, как и плотная фильтровальная бумага, но имеет очень низкую адсорбционную способность. Она не растворима ни в холодной, ни в горячей воде, но начинает гидролизоваться при температуре 85 °С.
Диатомиты — это окаменелые раковины морских организмов, они имеют очень малые размеры (5—100 мкм) и обладают некоторой адсорбционной способностью. В присутствии воды, содержащей коллоиды, диатомиты обеспечивают лучшее осветление, чем целлюлоза. Они также могут адсорбировать эмульгированные примеси (например, масла и углеводороды). Кремний в диатомитах слабо растворим в деминерализованной воде.
Порошкообразный активный уголь, нанесенный на поддерживающие материалы из целлюлозы или диатомита, благодаря своей высокой, адсорбционной способности может быть использован для снижения цветностей практически полного удаления органических веществ растительного происхождения.
Порошкообразные катиониты и аниониты, смешанные в различных пропорциях, обеспечивают при фильтровании полное удаление коллоидных соединений железа или полную деминерализацию конденсатов для тепловых или атомных электростанций. В этом случае для нанесения слоя должны быть сделаны специальные устройства.
Дисковые или тарельчатые фильтры
Дисковые фильтры
Фильтрование через слой намывного материала может также осуществляться на дисковых или тарельчатых фильтрующих элементах (неподвижных или вращающихся), установленных горизонтально или вертикально. Диски или тарелки покрывают тканью, поддерживающей намывной слой. Существует много различных конструкций фильтров с плоскими или более сложной формы тарелками, сконструированными таким образом, чтобы получить равномерное распределение осадка. Обратная промывка с использованием только воды, даже если она сопровождается перемещением опорных конструкций намывного слоя, не столь эффективна, как промывка воздухом и водой.