Каркасные фильтры

Фильтровальные процессы на каркасных фильтрах можно разделить на три большие группы: фильтрование через пористые зернистые материалы, обладающие адгезионными свойствами (кварцевый песок, керамзит, антрацит, пенополистирол, котельные и металлургические шлаки и др.);

фильтрование через волокнистые и эластичные материалы, обладающие сорбционными свойствами и высокой нефтеемкостью (нетканые синтетические материалы, пенополиуретан и др.);

фильтрование через пористые зернистые и волокнистые материалы для укрупнения эмульгированных частиц нефтепродуктов (коалесцирующие фильтры).

Два первых метода близки по основным технологическим принципам, лежащим в основе процесса изъятия нефтепродуктов из воды, и отличаются нефтеемкостью, регенерацией фильтрующей загрузки и конструктивным оформлением. По мере насыщения загрузки нефтепродуктами их фронт перемещается в глубь слоя к его нижней границе, и концентрация нефтепродуктов в фильтрате возрастает. При этом фильтр отключается и производится регенерация загрузочного материала. Имеются конструкции фильтров с непрерывной регенерацией загрузки.

Третий метод принципиально отличается от рассмотренных. Период фильтроцикла, характерный для первых двух методов, завершает этап «зарядки» коалесцирующего фильтра. После этого пленка нефтепродуктов отрывается от поверхности фильтрующего слоя в виде капель с диаметром несколько миллиметров. Капли быстро всплывают и легко отделяются от воды.

До недавнего времени в основном применяли каркасные фильтры с засыпкой из пористых материалов.

В качестве фильтрующего материала используют гравий, песок, дробленый антрацит, кварц, мрамор, керамическую крошку, хворост, древесный уголь, синтетические и полимерные материалы.

Фильтры разделяются по скорости движения воды в них на фильтры с постоянной и переменной скоростью.

При переменной скорости фильтрования (постоянной разности давления до и после фильтра) по мере увеличения объема фильтрата, т.е. продолжительности фильтрования, скорость фильтрования уменьшается.

При постоянной скорости фильтрования разность давления до и после фильтра увеличивается.

При фильтровании сточных вод через зернистые материалы протекают следующие процессы:

отложение взвешенных веществ в виде тонкого слоя на поверхности фильтрующего слоя (пленочное фильтрование);

отложение взвешенных веществ в порах фильтрующего слоя;

отложение взвешенных веществ на поверхности фильтрующего слоя и в его порах.

Под действием сил прилипания взвешенные вещества закрепляются на зернистом материале. Явление прилипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды.

В нефтяной и нефтехимической промышленности обычно применяют фильтры с зернистой загрузкой, которые по скорости фильтрования делятся на медленные, скорые и сверхскоростные. Зернистую загрузку размещают в определенном порядке и во избежание выноса ее из фильтра применяют специальные дренажные системы и поддерживающие слои.

Таблица 7. Характеристика некоторых фильтрующих материалов

Показатель	Речной песок	Дробленый шлак	Гранитный щебень	Горелая порода	Шунгизит
Плотность, кг/м3	2460	2500	2500	-	-
Пористость, %	36,5-44,5	39,5-54	46,4-54,3	44-48	56-58
Измельчаемость, % масс.	3,93	7,7	8,35	3	5,67
Истираемость, % масс.	0,7	2,22	6,88	0,5	0,017
Хим. стойкость в кислой среде, мг:
Сухой остаток	188	252	198	-	-
Плотный остаток	-	-	-	49,6-35,3	-
Кремниевая кислота	2,5	10	5	0,21-0,17	-
окисляемость	4,2	7,5	8,4	5,7-3,7	-
То же в щелочной среде, мг:
сухой остаток	0	32	166	-	-
плотный остаток	-	-	-	3,1-3,2	-
кремниевая кислота	5	2,5	2,5	2,1-2,2	-
окисляемость	9,7	2,9	14,7	0,05-0,15	-
То же в нейтр. среде, мг:
сухой остаток	0	0	0	-	-
плотный остаток	-	-	-	7,8-4,6	-
кремниевая кислота	2,5	10	25	0,4	-
окисляемость	2,9	7,1	2,1	0,04-0,05	-

Скорость фильтрации и качество очистки зависят от характера загрузки. Использование крупного фильтрующего материала приводит к увеличению пропускной способности фильтра и снижению качества фильтрата. Мелкий фильтрующий материал улучшает качество фильтрата, но снижает скорость движения воды в фильтре и продолжительность работы фильтра, а также вызывает перерасход промывочной воды.

При конструировании фильтров нельзя использовать механические характеристики фильтров, работающих по очистке от одних примесей, для фильтров, работающих с водами, содержащими другие примеси.

Таблица 8. Основные параметры однослойных фильтров, применяемых для дополнительной очистки

Фильтр	Крупность загрузки, мм	Высота загрузки, мм	Скорость фильтрации, м/ч
После механической очистки
Грубозернистый	2-3	2000	10
Крупнозернистый	1-2	1500-2000	7-10
Среднезернистый	0,8-1,6	1000-1200	5-7
Мелкозернистый	0,4-1,2	1000	5
После биологической очистки
Крупнозернистый	1-2	1000-1500	5-7

К конструкциям зернистых фильтров предъявляются следующие основные требования:

фильтрация должна идти в направлении убывающей крупности загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых и трудноразрушаемых при промывке пленок осадка на поверхности загрузки;

необходима интенсивная промывка загрузки, обеспечивающая максимальное удаление загрязняющих веществ из загрузки;

фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества воды и расхода;

фильтрующих материал должен обладать высокой прочностью и химической стойкостью, а также минимальной стоимостью при прочих равных физико-химических свойствах. Открытые фильтры применяют одно-, двух- и многослойные.