Ефективні дренажні системи фільтрів

П.В. Трунов, інженер, директор науково-виробничої фірми “Екотон”, Зубко А.Л., інженер, головний технолог НВФ “Екотон”, Христолюбов В.М., фізик, завідувач лабораторії НВФ “Екотон”

Удосконалення апаратів, систем, споруд та окремих вузлів технологічного обладнання, призначених для підготовки води питної якості та доочищення біологічно очищених стічних вод населених пунктів та промислових підприємств є одним з головних напрямків у створенніUK> водовідведення. Для очищення води від механічних домішок, пом’якшення та знесолення води найчастіше використовують фільтри різних конструкцій.

Надійність роботи фільтрів та отримання очищеної води нормативноїякості тісно пов’язані з технологією регенерації фільтруючого завантаження, яка забезпечує повноту її відмивання від забруднень.

Виконаний аналіз показав, що однією з основних причин, що перешкоджають стабільній роботі фільтрів є недосконалість дренажно-розподільчих систем (ДРС). Встановлено, що існуючі конструкції ДРС фільтрів не забезпечують, повною мірою, рівномірного розподілу промивної води при регенерації фільтруючого завантаження, виготовлення їх з рядових марок сталі призводить до корозійного руйнування, застосування щілинних труб з нержавіючих сталей і поліетилену не виключає забивання механічними домішками і винос полімербетон схильний до корозійного руйнування і заростання сольовими (карбонатними) відкладеннями.

Вважають, що дренажі великого опору дозволяють забезпечити рівномірний розподіл промивної води по довжині розподільника. Однак на практиці це не так. Багато вчених, починаючи з Делірі (США) та Н.Г. Малишевського вказували на нерівномірність розподілу промивної води. Це пов’язано з тим, що не вдається забезпечити рівні інтенсивності промивання та сталість п’єзометричних натисків по всій площі фільтрів. Крім того, використання при розрахунках ДРС фільтрів табличних значень коефіцієнтів витрати призводить до значних помилок.

Отже, перед фахівцями науково-виробничої фірми «Екотон» стояло завдання створення дренажної системи, вільної від цих недоліків. Для її вирішення в акредитованій випробувальній лабораторії НВФ «Екотон» було проведено гідравлічні випробування різних типів розподільників: перфоровані поліетиленові труби, полімербетонні плити, трубофільтри «Екотон» різних конструкцій. Усі експерименти проводили на промислових зразках.

Конструктивно трубофільтр «Екотон» являє собою трубчастий виріб, фільтруючий елемент якого нанесений на каркас з перфорованої поліетиленової труби (ЕФТ) або в якому перфорований несучий каркас меншого діаметра розміщений всередині волокнисто-пористої труби з утворенням повітряного зазору між ними (ЕФТ/В.

В результаті досліджень було визначено та зіставлено витратно-напірні характеристики дренажних елементів різних конструкцій, коефіцієнти витрати m (табл.1).

Таблиця 1- Визначення величини коефіцієнта витрати m для ДРС різних конструкцій.

Як видно з результатів, максимальні значення m = 0,82 – 0,87 характерні для ДРС з полімербетону, для трубфільтрів із захисним шаром та повітряним прошарком m = 0,72 – 0,81, для трубофільтрів із захисним шаром без повітряного прошарку m = 0,48 – 0,75, для перфорованих трубчастих дренажів m = 0,49 – 0,73. У цьому втрати напору становлять відповідно 4,0 – 4,5 м, 4,1 – 5,0 м, 5,8 – 7,4 м, 7,1 – 8,4 м.

Для порівняння результатів експериментів було використано побудову п’єзометричних ліній трубофільтрів конструкції «Екотон» та традиційних розподільників води (рис.1.а,1.б), враховуючи, що дотримання закону збереження енергії зумовлює перевищення величини швидкісного натиску на початку розподільника над величиною приросту п’єзометричного тиску.

aV²_макс./ 2g>h_L;h_L = ( Р_H – Р_К) / g ,                                           (1)

де

V_макс. – середня швидкість руху води в початковому перерізі розподільника, м/с;

(Р _н – Р _до) / g = h_L – різниця п’єзометричних тисків у початковому і кінцевому перерізі;

g – прискорення сили тяжіння, м²/ с;

a – коректив швидкості.

При цьому Н _Д ;

Н – Н ₀ =Н _Д ;                                (2)

Н _Д = h_ВХ + h_н  + h lang=”EN-US”>h_L + h_тр,                           …

де

Н ₀ – висота стовпа води у фільтрі при його промиванні, м ;

Н _Д – напір води, що втрачається в розподільнику води, м ;

Іноді Н_Д називають напором, м.

h_ВХ – втрати напору при вході в трубу, м;

h_н ,h_до – втрати напору при виході струменів з першого та останнього отвору в розподільнику води;

h_L – збільшення напору по довжині труби, м;

h_тр – втрати напору по довжині труби, м.м.

Рис.1.а- Зміна п’єзометричного тиску в дірчастому розподільнику xвх – коефіцієнт опору при вході в трубу; Н-Н0 – наявний напір;hн – втрати напору в початковому отворі;hдо – втрати напору в кінцевому отворі;hтр – втрати напору на тертя і завихрення по довжині труби.

Рис.1.б- Зміна п’єзометричного тиску в ДРС “Екотон” xвх – коефіцієнт опору при вході в трубу; Н-Н0 – наявний напір;hн – втрати напору в початковому отворі;hдо – втрати напору в кінцевому отворі;hтр – втрати напору на тертя та завихрення по довжині труби, hдс – втрати напору у фільтрувальному шарі.

Порівнюючи рис.1а і 1б можна дійти невтішного висновку, що з ДРС «Екотон» відновлений натиск нижче, ніж в стандартних розподільників, що зумовлює вищу рівномірність розподілу промивної води.

Виконані дослідження дозволили визначити, що найбільш перспективною конструкцією трубофільтра є трубофільтр, що складається з перфорованої поліетиленової труби (каркаса) та шару поліетилену, що фільтрує, з повітряним зазором (рис.2).

Рис.2 – Трубчастий дренажний елемент “Екотон” типу ЕВТ/В 1-муфта з внутрішнім різьбленням; 2-муфта із зовнішнім різьбленням; 3-перфорована труба; 4-фільтруючий шар; 5-повітряний зазор; 6-отвори для пропускання фільтруючої рідини; 7-отвір для штифта; 8-ребра жорсткості; 9-зварний шов; 10-різьбове з’єднання.

У процесі виконання досліджень зіставлено досвід експлуатації дренажних систем різних конструкцій, встановлених у зернистих фільтрах, призначених для очищення природних вод до питної якості, а також очищення та доочищення міських та промислових стічних вод. Виявлено їх переваги та недоліки, визначено основні параметри роботи. Вивчено роботу 10 станцій очищення води для питних цілей, 5 установок для доочищення міських та промислових стічних вод, 3 станцій знезалізнення води. Ці станції обладнані зернистими фільтрами з дренажно-розподільчими системами різних конструкцій.

Технологію виробництва виробів ЕФ розроблено 1995 р. науково – виробничою фірмою (НВФ) «Екотон» за участю авторів. Виробництво зазначених виробів здійснюється шляхом аеродинамічного напилення розплаву полімеру на стандартну полімерну трубу або формоутворювач заданого діаметра. Сутність методу полягає в тому, що розплавлений гранульований поліетилен у вигляді тонкої нитки під тиском гарячого повітряного струменя напилюється на поверхню обертової зі зворотно-поступальним переміщенням трубчастої оправки-формоутворювача. Наслаиваемые волокна, сплавляючись між собою місцях зіткнення, утворюють при остиганні волокнисто – пористий трубчастий елемент вироби з внутрішнім діаметром рівним, зовнішньому діаметру формоутворювача. Товщина напиленого шару регулюється часом формування. Щільність визначається технологічними параметрами процесу. НВФ «Екотон» розроблено технологічний регламент на виробництво та технічні умови на елементи фільтруючі серії ЕФ (ТУ 7774-002-41901146-96).

Узагальнення та аналіз досвіду експлуатації сучасних конструкцій ДРС показали, що для забезпечення необхідного ступеня очищення води та ефективної регенерації завантаження, що фільтрує, найбільш перспективними є системи, виготовлені з дірчастих поліетиленових труб з фільтруючим шаром з поліетилену. Конструкції ДРС, виготовлені з поліетилену (ЕФТ, ЕФТ/В), впроваджені на багатьох водоочисних станціях.

Дренажні системи фільтрів з трубчастих елементів «Екотон» володіють високими експлуатаційними якостями: не потрібні підтримуючі шари, забезпечують рівномірний збір фільтрату і розподіл промивної води, характеризуються стійкістю до корозійних впливів, мають порівняно низький гідравлічний опір, мають стійкість до гідравлічних розподільної системи, що дозволяють проводити профілактичні та ремонтні роботи без повного вивантаження фільтруючих матеріалів, забезпечують тривалий термін експлуатації без заміни.

Окупність ДРС «Екотон» за рахунок економії електроенергії та промивної води становить залежно від місцевих умов від 6 місяців до 1 року.

Вироблені НВФ «Екотон» фільтруючі елементи для ДРС фільтрів конкурентноздатні і відповідають міжнародному стандарту якості ISO 9001 (сертифікат системи якості №20.3.2.003).