РАЗДЕЛ I
Фильтрация на засыпных загрузках
При выборе фильтрующих систем высокого давления необходимо учитывать несколько критичных факторов. Первым и наиболее важным является объективно проведенный анализ воды для понимания, какие именно элементы должны быть удалены и концентрация каких должна быть снижена. Вторым критичным моментом является получение достоверной информации о гидравлических параметрах, таких как давление воды и скорость водного потока. Скорость водного потока особенно важна при использовании колодезных насосных систем, т.к. этот параметр является ключевым при подборе условий промывки обратным током. При работе с муниципальными водопроводными системами скорость водного потока считается менее критичным фактором, если только давление в системе не больше 1,75 атм.
Быстрый и доступный способ проверить характеристики потока, создаваемого насосной системой частного колодца, - это открыть один кран (холодной воды) и при работающем насосе измерить скорость водного потока: измерить, за сколько секунд набирается 5 галлонная (19 литровая) емкость.
В таблице 1-1 представлены сравнительные данные таких измерений.
Основным является ответ на вопрос - будет ли скорость потока воды достаточной для промывки обратным током фильтра, выбранного для нужд конкретного дома или офиса. Одной из самых распространенных причин неудовлетворительной работы фильтров является неадекватная для нужд обратной промывки скорость водного потока, что приводит к забивке поверхности фильтра и образованию непредусмотренных каналов или капилляров в загрузке. Практика показывает, что скорость обратного потока всегда выше, чем рабочая скорость прямого потока. Чтобы привести в соответствие рабочую скорость со скоростью, обеспечиваемой насосом, иногда целесообразно установить два или больше фильтров меньшего диаметра, действующих параллельно, но которые при обратной промывке - включаются последовательно. (См. также Дуплексные системы фильтрования на стр. 32).
Большинство насосов для частных колодцев обеспечивает скорость водного потока от 5 до 7 галлонов (США)
в минуту (1,3 - 1,9 л/мин), ограничивая, таким образом, возможный диаметр применяемого корпуса фильтра 9-10 дюймами. В таблице 1-2 представлены оптимальные скорости обратных и прямых потоков для пяти различных фильтрующих загрузок, используемых в 10 дюймовых фильтрах. Скорость обратного потока для многослойных загрузок должна рассчитываться с учетом того, что обратный поток должен достигать самого верхнего слоя загрузки.
Таблица 1-1
Скорость потока воды в галлонах и литрах
Время наполнения емкости объемом 5 галлонов США (19 литров) |
Эквивалент скорости потока |
|
Галлон/мин |
Литр/мин |
|
120 сек |
2.5 |
9.5 |
60 сек |
5.0 |
19.0 |
45 сек |
7.5 |
28.4 |
30 сек |
10.0 |
37.8 |
В разделе, посвященном разработке и применению корпусных фильтров, используется ряд терминов, которые помогают объяснить их конструкцию и способ действия. Некоторые из этих терминов могут встретиться в разделах, обсуждающих нейтрализующие фильтры, окислительные/каталитические фильтры, а также конструкцию и размеры умягчителей воды.
Площадь поверхности слоя в круглом корпусном фильтре может быть рассчитана путем умножения числа Пи (3,1416) на квадрат диаметра корпуса и делением на 4. (См. Приложение О, описывающее расчет площади слоя по диаметру корпуса).
Таблица 1-2 Примеры скорости обратного и прямого потоков для 10 дюймовых (25 см) фильтров (площадь 0.49 кв. футов = 0,05 кв.м), обеспечивающих 10-20% взрыхление слоя
|
Корпусные фильтры
Большинство корпусных фильтров сконструированы таким образом, что они имеют специальную камеру, в которую собирается вода идущего вниз потока, вода движется сверху через слои загрузки, собирается внизу и затем очищенная вода направляется вверх по центральной трубе. Такие потоки называются прямыми (нисходящими) и используются во многих домашних умягчителях. На производительность фильтра влияют следующие факторы:
• площадь фильтра
• глубина рабочего слоя
• размер частиц гранулированной среды.
Производители классифицируют седиментационные фильтры корпусного типа по линейной скорости рабочего потока, который представляет собой объем воды в единицу времени, поделенный на площадь фильтрующей поверхности - другими словами отношение между горизонтальным слоем загрузки и вертикальным потоком воды. Как уже было проиллюстрировано ранее, верхние несколько дюймов загрузочного слоя, известные как фильтрующая зона, выполняют основную часть фильтрующей работы. Сама по себе фильтрующая среда должна быть достаточно рыхлой, чтобы было возможно проникновение воды за пределы верхней зоны, что, в свою очередь, предотвратит слишком быструю ее забивку (8).
Рисунок 1-4 иллюстрирует распределение фильтрующих сегментов.
Когда необходимо усилить фильтрующие возможности, применяются коагулянты, которые образует комплексы с мельчайшими взвешенными частичками, которые, в свою очередь, образуют грязеобразный слой на поверхности верхнего слоя фильтра. Этот грязеобразный слой называют глазурью фильтра. Этот грязеподобный материал создает очень тонкий слой на поверхности загрузки, способный задерживать органические молекулы и мельчайшие нерастворимые
Рис. 1.4. Изображение рабочего режима фильтрации в нисходящем потоке в засыпном фильтре
частицы из потока мутной воды. Однако этот грязеподобный слой удаляется во время промывки обратным током, и, пока не образуется новый продукт, вода на выходе может не соответствовать стандартам.
В обезжелезивателях аналогичной конструкции сходный грязеподобный слой образуется за счет окисленных форм железа. Когда железная глазурь присутствует на поверхности загрузки, получается свободная от железа вода высокого качества.
Свободный объем (объем взрыхления)
Зона взрыхления «Д» является критичной при конструировании и работе фильтра, поскольку она служит областью разделения отфильтрованных частиц от загрузки в процессе промывки обратным током. Зона обратной промывки должна быть предусмотрена конструкцией фильтра не только для того, чтобы обеспечивать во время обратной промывки «текучесть» загрузки и удаление связанных частиц, но и для того, чтобы загрузка во время этой стадии удерживалась в корпусе.
Неадекватная промывка обратным током может приводить к формированию внутри слоя загрузки грязевых шариков, которые образуются за счет аггломерации частиц загрузки и осадка. Главной причиной этого явления является чрезмерная эксплуатация фильтра, чем дольше система работает без обратной промывки, тем большее давление приходится применять, что приводит к интенсификации процесса образования грязевых шариков. Даже продолжительная промывка обратным током может оказаться недостаточной для разбивания этих шариков, и их количество и размер будут продолжать расти (9). Наиболее распространенные причины неудовлетворительной работы фильтров:
• неадекватная скорость обратного тока (возможности насоса)
• слишком длинные интервалы между обратными промывками
• слишком короткое время на проведение обратной промывки - менее 10 минут.
Степень взрыхления напрямую зависит от плотности загрузки, размера зерна и температуры воды для обратной промывки. Рисунок 1-5 иллюстрирует, что, чем ниже температура воды, тем больше слой взрыхления (при одинаковой скорости потока) - т.к. плотность воды выше при более низкой температуре.
Процент расширения слоя при взрыхлении может быть подсчитан по формуле %=7 (галлонов/мин/кв.фут (или 17,1 м/час) / (+18°С)) [4-2.75 (специфичная гравитация среды)].
Для загрузок, представленных в таблице 1-3, при одинаковой скорости обpатного потока (4 галлона в минуту) слой взрыхления на 30% больше при 4°С, чем при 27°С. При применении обратных потоков одинаковой скорости слой взрыхления будет меньше для загрузок с более высокой плотностью, таких как песок или кальцит, чем для гранулированных активированных углей или ионообменных смол. Как правило, чем ниже плотность загрузки, тем больше зона расширения при взрыхлении. Таблица 1-3 дает представление о важности фактора плотности для некоторых часто используемых загрузок, находящихся в корпусе фильтра во влажном состоянии.
Рис. 1.5. Примеры зависимости степени расширения слоя от температуры воды
Неправильно рассматривать спецификации различных загрузок и использовать общую плотность для определения необходимой скорости потока обратной промывки. Для достижения полной отмывки и восстановления загрузки в каждом рабочем цикле определяющим фактором при расчетах обратного потока будет отношение плотности влажного продукта в рабочем состоянии к плотности воды.
В приложении А представлены сравнительные данные для некоторых фильтрующих загрузок по зависимости высоты слоя взрыхления от скорости обратного потока. Приложение Р также показывает типичную высоту слоя взрыхления для пяти различных фильтрующих загрузок. Сильный непрерывный водный поток необходим в течение каждого рабочего цикла, чтобы достичь необходимого уровня взрыхления и очистки рабочего слоя.
Рис. 1.6. Расширение слоя загрузки в засыпном фильтре при обратной
промывке.
Рисунок 1-6 иллюстрирует функции зоны взрыхления «Д» и ее соотношение со слоем рабочей загрузки.
Наиболее эффективная промывка обратным током, а также наиболее эффективное использование фильтрующей загрузки может быть достигнуто за счет применения гравия или какой-либо другой волокнистой среды в качестве подложки под рабочий слой любой из упомянутых ранее гранулированных загрузок. Распределение гранул фильтрующей загрузки предотвращает нормальное равномерное распределение воды при промывке обратным током. Большие же пустоты, образуемые гравием, облегчают прохождение водных потоков по краям загрузки, обеспечивая, таким образом, более равномерный поток воды через нижнюю поверхность фильтрующего слоя.
Это, в свою очередь, позволяет системе создавать равномерный поток вверх, что обеспечивает полное взрыхление и избавление от захваченной грязи и нерастворимых частиц.
Таблица 1-3
Сравнение плотностей наиболее распространенных фильтрующих загрузок
Загрузка |
Эффективный размер |
Насыпной вес (фунт на куб. фут) |
Абсолютная плотность влажной загрузки в рабочем состоянии в колонке |
Гарнет |
0.4-0.6 |
160 |
3.8 |
Песок |
0.3-0.9 |
110 |
2.7 |
Кальцит |
0.4-0.6 |
95 |
2.6 |
Магниевый гринсанд |
03. - 0.045 |
85 |
2.5 |
Антрацит |
0.7- 1.6 |
56 |
1.4 |
Активированный уголь |
0.7-0.9 |
28 |
1.25 |
Катиониты (Na+) |
0.4-0.6 |
52 |
1.21 |
Аниониты, тип 1 (СГ) |
0.39-0.47 |
44 |
1.10 |
Вода |
— |
1.00 |
Дуплексная фильтрация
Как уже упоминалось ранее в этой главе, отсутствие достаточного потока воды является критичным для проведения промывки фильтрующего слоя обратным током. Для преодоления проблемы недостаточной скорости обратного потока практикуется установление двух маленьких идентичных единиц (рисунок 1-7), действующих параллельно с потоком воды. Такие установки называются дуплексными (10). Любое оборудование по водоподготовке, такое как умягчители, фильтры или системы обратного осмоса могут быть подключены параллельно потоку воды. Дуплексные системы могут представлять собой либо две одинаковые единицы, либо системы, представляющие собой два корпуса с общим управляющим клапаном. (Рисунок 1-8). В каждом из таких фильтров промывка обратным и прямым током может проводиться независимо, обычно в разные промежутки времени, часто следующие друг за другом. Каждый фильтр может контролироваться клапаном либо по времени, либо по объему. Преимуществом дуплексной системы является непрерывность работы - пока один фильтр пребывает в рабочем режиме, второй - проходит стадию регенерации.
Рис. 1.7. Система фильтрации типа «Дуплекс»
Рис. 1.8. Система фильтрации типа «Твин»
Еще одним преимуществом является то, что для промывки обратным и прямым током может использоваться уже очищенная вода, что предотвращает попадание дополнительных загрязнений в фильтрующий материал. Кроме того, применение для регенерации уже очищенной воды укорачивает процесс промывки практически без появления протечек. Уменьшение времени промывок обратным и прямым током ведет к экономии воды. Однако наличие в очищаемой воде окисленных форм железа требует большего времени для проведения промывки обратным током до 15-20 минут и прямым - не менее 10 минут.
Высота фильтрующего слоя
Учитывая факт, что несколько верхних дюймов фильтрующего слоя выполняют основную часть фильтрования, многие крупные производители коммерческих фильтров начали разрабатывать седиментационные установки с низкими приземистыми корпусами, содержащими невысокий фильтрующий слой. Это позволяет вместить несколько фильтров в пределах одной монтажной зоны, используя параллельное подключение. В течение многих лет производители фильтровальных систем для бассейнов используют песочные или антрацитные фильтрующие слои толщиной 15-18 дюймов, экономя при этом рабочее пространство и материал.
Размер выпускаемых корпусов фильтров для бытовой водоподготовки был изначально определен потребностями умягчителей. Таким образом, производители бытовых установок привели все корпуса фильтров и умягчителей к единой унифицированной форме. Кроме того, установка одинаковых корпусов в домашних условиях более привлекательна и с эстетической точки зрения. (Корпуса для бытовых фильтров составляют в США лишь 5-10% от общего производства корпусов для фильтров и умягчителей).
Высота бытовых засыпных фильтров может быть уменьшена до 15-18 дюймов без снижения эффективности их работы. Однако для очистки колодезной воды со множественными загрязнениями требуется более высокий рабочий слой фильтрующей загрузки.
Фильтрующие Загрузки
Гранулированные загрузки, обычно используемые при очистке воды для дома и офиса, делятся на две основные группы. К первой группе относятся химически инертные загрузки, которые используются только для фильтрования или осаждения мутности:
• мультимедийные загрузки
• кварцевый песок
• продукты антрацитного угля
• пумицит (силикат алюминия (продается под торговой маркой Filter Ag)
• гарнет
Ко второй группе относятся продукты многоцелевого назначения, рассматривающиеся как многофункциональные загрузки. Продукты из этой группы эффективны и при фильтрации, но, в то же время, являясь химически реактивными по своей природе, успешно используются при решении таких вопросов водоочистки как модификация pH, дехлорирование, адсорбция, снижение уровня фтора и железа. Эта группа включает:
• кальцит, карбонат кальция (кальцит - торговая марка загрузки и техническое название карбоната кальция)
• гранулированные активированные угли
• марганцевая форма гринсанда
• активированный алюминий
• магнезия (известна под торговой маркой Коросекс (Corosex)).
Вероятно, наиболее широко используемой фильтрующей средой является песок, выпускаемый в виде мелкой (16-50 US mesh) и крупной (10-20 US mesh) фракций. Муниципальные службы, занимающиеся водоочисткой, интенсивно используют песок благодаря его низкой стоимости, химической стабильности и длительности жизни. Антрацит, получающийся путем дробления и просеивания антрацитного угля, является второй по востребованности промышленной фильтрующей загрузкой и, кроме того, он находит широкое применение в фильтрах, используемых для очистки бассейнов. Более низкая плотность антрацита по сравнению с песком, и, следовательно, более низкая скорость потока, необходимая для обратной промывки, делают его достаточно привлекательной альтернативой песку, и, кроме того, позволяют его использовать поверх песчаного слоя с целью обеспечения больших пустых пространств, необходимых для прохождения воды. При промышленном применении антрацит используется в качестве 30 мм слоя поверх слоя песка или марганцевого гринсанда для создания фильтрующего слоя меньшей плотности. Пумицит (безводный силикат алюминия) - более пористый, чем песок, также является хорошо зарекомендовавшим себя фильтрующим материалом. Будучи менее плотным, чем песок, пумицит требует для промывки скорости обратного потока воды всего 8-10 галлонов/ мин/кв. фут (19.5 - 24,4 м/час).
В таблице 1-4 представлена информация по многофункциональным задачам в водоочистке, которые могут быть решены с помощью химически реактивных гранулированных фильтрующих загрузок.
Каждый из этих продуктов может быть использован для фильтрации, однако обычно они применяются при очистке сложных типов воды. Гранулированные активированные угли традиционно применяются для снижения уровня естественного и привнесенного человеком в источники водоснабжения вкуса и запаха, однако пористая природа углей делает их отличным средством для фильтрации осадков и мутности. (Использование и преимущества активированных углей рассматриваются в Главе 3 «Процессы адсорбции». Детальное описание других многофункциональных загрузок представлено в последующих главах, посвященных адсорбции, нейтрализации, снижению уровня железа, марганца и сероводорода).
Многослойные загрузки (Гпубокая фильтрация)
Таблица 1-4
Загрузка |
Функции |
|||||
Осаждающая фильтрующая загрузка |
Каталити- ческая |
Дехлори- рование |
Окисле- ние |
pH моди- фикация |
Адсорб- ция |
|
Активированный алюминий |
X |
X |
||||
Активированный уголь |
X |
X |
X |
X |
||
Кальцит |
X |
X |
X |
|||
Магнезия |
X |
X |
X |
|||
Марганцевый гринсанд |
X |
X |
||||
Марганцевый Гель Цеолит |
X |
X |
||||
Диоксид марганца |
X |
X |
||||
Сплав меди и цинка |
X |
X |
Глубокая фильтрация является инновационной технологией, которая использует несколько различных загрузок в пределах фильтрующего слоя. Эта технология предполагает такое расположение загрузок согласно размеру составляющих частиц и плотности, что наиболее крупнозернистые и менее плотные среды составляют верхний слой, тогда как мелкозернистый и более плотный материал - нижний.
Фильтрация сверху-вниз через такой материал обеспечивает более глубокое и равномерное проникновение нерастворимых частиц и способствует более высокой скорости фильтрации и более длительному сроку службы материала (11). При глубокой фильтрации все слои, а не только несколько верхних дюймов, являются рабочими. (Рисунок 1-4). Нерастворимые частицы улавливаются по всей глубине фильтрующего слоя, таким образом, снижая частоту промывок обратным током и расход воды.
В этой системе площадь традиционной фильтрующей поверхности, соответствующая диаметру корпуса, увеличивается многократно за счет увеличения количества вертикальных рабочих слоев (12). Это значительно расширяет глубину зон, в которых нерастворимые частицы улавливаются и удаляются. В течение промывки обратным током расположение слоев относительно друг друга сохраняется за счет различий в гравитационных характеристиках составляющих их частиц. Специфическая гравитационность крупнозернистых загрузок меньше, чем таковая (Таблица 1-3) мелкозернистых сред. Антрацит, песок, гарнет и магнетит успешно применяются в многослойных системах. На рисунке 1-9 проиллюстрирована схема многослойной фильтрующей системы.
Антрацит, песок и гарнет при совместном использовании работают при скорости постоянного потока воды 5 галлонов/мин/кв. фут (12,2 м/час) с пиковыми нагрузками 8 галлонов/мин/кв. фут (20 м/час) (13), что на 30% больше, чем можно ожидать при использовании одного песчаного слоя с подачей воды 5 галлонов/мин/кв. фут.
Рис. 1.9. Стандартный многослойного фильтр в разрезе
В коммерческих фильтрах обычно практикуется использование фильтрующего слоя, состоящего из двух загрузок. Например, он может состоять из 10-дюймового антрацитного слоя, находящегося поверх слоя песка или слоя марганцевого гринсанда. Более крупные нерастворимые частицы и преципитированное железо улавливаются антрацитным слоем, в то время как более мелкие частицы доходят до нижних слоев - песчаного или слоя гринсанда. Благодаря более низкой плотности антрацитного слоя (Таблица 1-3) проведение промывки обратным током требует значительно меньших усилий и, таким образом, может проводиться при более низких скоростях водного потока.
При наличии нескольких слоев в многослойных загрузках следует применять комплексную промывку обратным током, причем следует учитывать, что неправильная последовательность обратной промывки может привести к порче всей загрузки.
Инертные пластиковые гранулы не нашли применения в многослойных загрузках, так как их низкая плотность не обеспечивает во время обратной промывки достаточно активного движения зерен относительно друг друга, что не позволяет достичь нужной степени их очистки.
Какую фильтрующую загрузку использовать?
Характеристики воды, гидрологические условия и температура сильно различаются в зависимости от региона Северной Америки. Эти факторы влияют на выбор типа фильтрующей загрузки. Работающие хорошо во Флориде фильтрующие загрузки могут оказаться низкоэффективными в районе Великих Озер или Британской Колумбии. Если определенная фильтрующая загрузка работает эффективно в вашем регионе, мы рекомендуем продолжать ее использовать.
В общем, в домах, где насосная система колодца может постоянно обеспечивать 10 галлонов США в минуту (37,8 л/мин), все упомянутые ранее в этой главе загрузки (химически инертные, химически реактивные и мультимедийные) могут быть использованы в зависимости от качества очищаемой воды.
Если скорость водного потока достаточная, то фильтры с диаметром до 14 дюймов вполне соответствуют требованиям к промывке обратным током.
С другой стороны, если насосная система колодца обеспечивает скорость водного потока лишь 4,5 - 7 галлонов США в минуту (17-26 л/мин), этот показатель и будет определяющим при выборе загрузки. В связи с этим следующий ряд загрузок по предпочтительности может быть предложен:
1. Гранулированный активированный уголь является наиболее многоцелевым по действию среди всех встречающихся загрузок. Благодаря своей высокой пористости и большой площади поверхности он является отличной фильтрующей загрузкой, способной удалить большую часть взвешенных частиц, осажденного железа, а также адсорбировать хлор, вкус, запах, пестициды и многие синтетические органические соединения, которые иногда случайно попадают в источники воды. Однако, благодаря этим же своим свойствам, активированный уголь имеет более короткий срок жизни и требует более частой замены. Активированный уголь всегда играет свою положительную роль и никогда отрицательной в процессах очистки воды. (Активированный уголь является благоприятной средой для развития безвредных гетеротрофных микроорганизмов, и некоторые свежезасыпанные слои активированного угля могут выделять неорганические вещества (железо, алюминий и натрий) как в начале их эксплуатации, так и вплоть до полной своей выработки).
2. Кальцит - многофункциональная среда, применяемая для фильтрации и кондиционирования воды. Кроме того, кальцит при контролируемом потоке воды нейтрализует низкие значения pH. Когда в источниках воды присутствует растворенное железо, кальцит действует как катализатор, удаляя часть общего железа. Будучи достаточно плотным материалом, кальцит требует особо тщательной промывки обратным током. В случае использования кальцита как нейтрализующей среды, он частично расходуется, что требует его периодического добавления.
3. Пумицит - используется для прямой фильтрации и, будучи менее плотным, чем силикатный песок , требует меньшей скорости при промывке обратным током. Пумицит является устойчивым высокопористым материалом и используется для осаждения очень мелких взвешенных частиц. Характеризуется длинным сроком жизни и очень низкой растворимостью.
4. Антрацит - широко используется в течение многих лет на рынке плавательных бассейнов и представляет собой стабильную загрузку с длительным сроком службы. В США антрацит производится в виде частиц различных размеров, так что он может быть успешно использован для образования послойной загрузки с максимальной фильтрующей эффективностью. Стоимость антрацита несколько выше, чем силикатного песка, однако более низкая скорость обратного потока воды, используемого для его промывки, компенсирует этот недостаток за счет снижения количества воды, необходимого на каждую промывку.
Другие применения многослойных загрузок
Комплексные фильтрующие загрузки применяются для удаления цветности и умягчения воды, в этом случае слой специального анионита помещается над слоем смолы - умягчителя. Аналогично слой активированного угля, помещенный над катионитом-умягчителем, может решать двойную задачу - умягчения и дехлорирования. Для снижения уровня железа используется практика помещения слоя антрацита над слоем гринсанда в окислительно-каталитических фильтрующих системах, что также представляет собой пример многофункциональной загрузки. (Каждая из этих схем и процессов подробнее рассматривается в следующих главах, посвященных адсорбции и «Проблемному трио»).
Другие фильтрующие загрузки
Некоторые системы промышленных стоков используют плавающие загрузки. Эти плавучие (buoyant) материалы производятся синтетическим путем и представляют собой полые зерна различного размера. Они в основном используются на стадии кондиционирования при очистке жидких стоков, однако помещаются не в стандартные круглые корпуса, а коробоподобные камеры. Из-за того, что загрузка не тонет в воде, должен применяться встречный, направленный вверх, поток. В течение цикла очистки более крупные и более плавучие зерна поднимаются к поверхности, тогда как более мелкие зерна остаются в нижнем слое загрузки (14). По своей сути плавающие загрузки в отличие от традиционных представляют собой «сверху - вниз» направленный фильтр.
Некоторые работы были проведены по использованию плавучих загрузок в оборудовании для бытовой водоочистки, плавучие материалы являются удобными при использовании их в альтернативных формах фильтрующих корпусов для работы при низких скоростях водных потоков, которые часто встречаются в частных домах и на фермах.
Промывка плавучих сред обратным током может проводиться только чистой водой (прошедшей не только лишь префильтрацию), которой необходимо минимальное количество для полной очистки загрузки. На сегодняшний день высокая стоимость плавучих сред и их ограниченная доступность ограничивают их использование. Однако, эта концепция не пересматривалась на протяжении долгого времени.
Песчаные «ловушки» и гидроциклоны
Некоторые геологические пласты, через которые происходит бурение колодцев, содержат фракции очень мелкого песка, который проникает через стенки колодца и попадает в воду. Если песок или другие абразивные частицы присутствуют в воде, очень велика вероятность повреждения клапанов, насосного оборудования, кранов, не говоря о проблемах, возникающих с ванными. От такого песка, безусловно, надо
избавляться, с чем успешно справляются простейшие системы-уловители (рис. 1-10). В этой системе по мере движения водного потока вверх более плотные частицы абразивного материала отделяются и оседают на дно. Периодически уловители песка очищаются от этих накоплений путем вывода осадка через специальный выход (15).
Рис. 1.10. Система удаления мелкодисперсного песка и абразивного осадка из воды скважин
Хотя устройства для улавливания песка могут быть использованы для задержания песка и других абразивных материалов, последние занимают достаточно большой объем и должны периодически удаляться. Другим способом очистки колодезной воды от песка является разделение в центрифуге, что является эффективным и, в отличие от вышеописанных систем, требует мало места (рис. 1-11). При этой схеме вода через верх поступает в гидроциклоновый шейкер, и центробежная сила выбрасывает тяжелые частицы песка наружу, в то время как поток воды движется по спирали вниз. Очищенная от песка вода затем движется вверх к центру устройства и попадает в водную систему для дальнейшего использования.
Сепараторы должны быть установлены перед емкостью для хранения и должны очищаться от накопленного материала в течение 20 сек не реже, чем раз в неделю. Процесс очистки может быть автоматизирован с помощью электрического таймера или соленоида.
Для крупных насосных систем и колодцев большой емкости устройства по очистке от песка могут быть установлены непосредственно в колодце, таким образом, защищая насосное оборудование от повреждений. Согласно полученным данным накапливаемый на колодезном оборудовании песок может достигать состояния равновесия и не покрывать собой сепараторное устройство (16).
Рис. 1.11. Фильтр центробежного типа для удаления песка
