Опыт эксплуатации дренажно-распределительных систем «Экополимер» на Западной фильтровальной станции «Лугансквода»

Аннотация

Приведены результаты эксплуатации дренажно-распределительных систем «Экополимер» в скорых фильтрах сооружений водоподготовки. При эксплуатации фильтров с загрузкой мелкие фракции песка постепенно накапливаются в верхнем слое, что приводит к быстрому снижению скорости фильтрования в начале фильтроцикла. После снятия верхнего слоя фильтрующего материала основные технологические параметры работы фильтра нормализуются. Показано, что по характеру кривой изменения максимальной скорости фильтрования можно оценить необходимость удаления верхнего слоя фильтрующего материала. Приведена методика подготовки фильтрующего материала для фильтров с водяной промывкой, оборудованных дренажно-распределительными системами «Экополимер». Исследования показали, что они обеспечивают высокую равномерность промывки и сбора фильтрата по всей площади фильтра без применения поддерживающих слоев, а их эксплуатационные характеристики выше, чем у щелеванного дренажа, что позволяет использовать песок требуемого гранулометрического состава.

Ключевые слова

скорый фильтр , фильтрующая загрузка , дренажно-распределительная система , скорость фильтрования , продолжительность фильтроцикла

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Западная фильтровальная станция поселка Белогоровка обеспечивает питьевой водой основную часть потребителей Луганской области (Украина). Источником водоснабжения является река Северский Донец. Речная вода проходит традиционную двухступенчатую очистку (в соответствии со СНиП 2.0.02-84) на фильтровальной станции, производительность которой достигает 170 тыс. м³/сут. На станции эксплуатируется 12 рабочих скорых фильтров, оборудованных дренажными щелеванными полимерными трубами. Площадь одного фильтра 90 м², высота фильтрующего слоя 1,5–1,8 м. Рассев загрузки двух таких фильтров представлен на рис. 1.

В процессе эксплуатации щелевых дренажных фильтров выявился их основной недостаток – частичная кольматация и разрыв щелей дренажных труб, что требует их замены. Вышедшие из строя щелевые дренажные фильтры были заменены дренажно-распределительной системой компании «Экополимер». При реконструкции скорого фильтра специалисты столкнулись не только с проблемой выбора типа дренажно-распределительной системы, но и с отсутствием фильтрующего материала с необходимыми характеристиками. Выбор материала, как правило, производится на основании СНиП 2.04.02-84 или проектных данных, где указан фракционный состав, эквивалентный диаметр и коэффициент неоднородности фильтрующего материала.

Практика показала, что производители фильтрующего материала не всегда могут предложить загрузку с необходимыми характеристиками по гранулометрическому составу. Фильтрующий материал Просяновского карьера (Днепропетровская область) представлен песком фракцией 0,7–1,5 мм. Фракционный состав фильтрующего материала приведен на рис. 2. Эквивалентный диаметр загрузки 0,8 мм, коэффициент неоднородности 2,36. Фильтрующий материал был загружен непосредственно на дренажно-распределительную систему «Экополимер» без устройства поддерживающих слоев, что дает определенные технологические преимущества.

В первый период (до трех недель с момента ввода в эксплуатацию) скорый фильтр, оборудованный дренажно-распределительной системой «Экополимер» и загруженный песком Просяновского карьера, работал без сбоев. Средняя скорость фильтрования составляла 6–7 м/ч, а длительность фильтроцикла – 36–48 ч. Но впоследствии скорость фильтрования после промывки быстро падала, и фильтр не мог с требуемой производительностью отработать фильтроцикл. Максимальная скорость фильтрования на фильтре № 2 сразу после промывки составляла 16,51 м/ч, а спустя 46 ч – 5,41 м/ч.

Фактически оказалось, что в течение шести месяцев наблюдений фильтр с дренажно-распределительной системой «Экополимер» работал хуже, чем другие. Более того, кроме низкой скорости фильтрования отмечалось и ухудшение бактериологических показателей очистки воды – общее микробное число (ОМЧ) доходило до 30 кл/л (на других – не более 5), поэтому фильтр приходилось чаще подвергать хлорированию.

В связи с этим технический персонал очистных сооружений совместно с представителями компании «Экополимер» провели обследование скорого фильтра № 2. Осмотр фильтрующей загрузки показал скопление в верхнем слое (60–65 мм) песка мелкой фракции. Причем этот слой был одной толщины по всей площади фильтра. Был выполнен рассев верхнего слоя толщиной 60 мм, который показал, что фракционный состав этого слоя значительно отличается от нормативных значений. На рис. 3 показан фильтрующий материал после 6-часового фильтроцикла. Эквивалентный диаметр загрузки верхнего слоя 0,61 мм, а коэффициент неоднородности 1,28 (рис. 4).

Исходный фракционный состав песка фильтра № 2 отличается от рекомендуемого, но, по наблюдениям специалистов компании «Экополимер», такого падения скорости фильтрования после промывки на фильтрах с другим типом дренажных систем (щелевыми трубами), особенно сразу после промывки, не было. Выяснилось, что при использовании дренажно-распределительных систем «Экополимер» по всей площади фильтра в результате промывки фильтрующего материала мелкая фракция песка ровно ложится в верхнем слое. Несомненно, этот факт указывает на высокую равномерность распределения промывной воды дренажно-распределительной системой и отсутствие застойных зон. Но накопление мелких фракций песка значительно снижает эксплуатационные характеристики скорых фильтров, так как грязеемкость верхнего слоя быстро исчерпывается, потери напора в этом слое растут, а скорость фильтрования падает. Отмывка этого слоя была недостаточной, что и приводило к периодическому ухудшению бактериологических показателей воды.

Было принято решение удалить верхний слой фильтрующего материала. На рис. 5 приведен рассев верхнего слоя песка после снятия слоя загрузки толщиной 50–60 мм. Эквивалентный диаметр верхнего слоя загрузки 0,7 мм, коэффициент неоднородности 2,39. В мае 2009 г., через два месяца после снятия слоя мелкого песка, был проведен второй этап обследования, цель которого – определение режима работы скорого фильтра № 2, оборудованного дренажно-распределительной системой «Экополимер». Параллельно проводилась сравнительная оценка режимов работы скорых фильтров, оснащенных щелеванной дренажно-распределительной системой. Для сравнения режимов работы были выбраны скорые фильтры № 3 и № 10. Фильтры № 2 и № 3 относятся к первой очереди очистных сооружений, фильтр № 10 – ко второй очереди и характеризуется одной из самых высоких производительностей.

После снятия слоя фильтрующего материала основные технологические параметры работы фильтра № 2 пришли в нормальное состояние. Кривые скорости фильтрования стали соответствовать нормальной работе фильтра (рис. 6). По характеру кривой изменения максимальной скорости фильтрования можно оценить необходимость удаления верхнего слоя фильтрующего материала: если кривая изменения скорости фильтрования имеет прогиб вниз, то верхний слой необходимо снять, если прогиб вверх – верхний слой фильтрующего материала имеет удовлетворительное состояние.

В марте 2010 г. проведен третий этап обследования, цель которого – определение режима работы скорого фильтра № 2 в паводок, при наиболее неблагоприятных условиях, и сравнение эффективности работы скорых фильтров № 2, № 3 и № 10. Результаты обследования по второму и третьему этапам приведены в таблице (данные по средним показателям работы скорых фильтров за фильтроцикл в межень, в скобках – в паводок). Так, наилучшее качество воды (по мутности) – на фильтре № 2 с дренажно-распределительной системой «Экополимер». В течение фильтроцикла контролировались нагрузка на фильтры, качество поступающей воды и фильтрата. Продолжительность фильтроцикла определялась по качеству фильтрата.

После снятия верхнего слоя фильтрующего материала скорый фильтр № 2 имеет наилучшие показатели по мутности и грязеемкости, бактериологические показатели фильтрата также соответствуют норме. Удельная нагрузка на этот фильтр в течение фильтроцикла составила 367–670 г/м², что в 1,2–1,6 раза превосходит аналогичные показатели для других фильтров (рис. 7).

Дренажно-распределительные системы «Экополимер» с пористо-фильтрующим покрытием обладают рядом технологических преимуществ, которые при использовании некачественной загрузки теряются. Фильтрующий материал необходимого качества может быть получен непосредственно в процессе работы скорого фильтра, о чем свидетельствуют вышеприведенные данные. Период подготовки фильтрующего материала и вывода фильтра на оптимальные показатели работы может занять от нескольких недель до нескольких месяцев. Длительность его определяется фракционным составом фильтрующего материала, высотой фильтрующей загрузки, интенсивностью промывки, правильной методикой подготовки и первоначальной загрузки фильтрующего материала.

Компания «Экополимер» рекомендует следующую этапность работ по подготовке фильтрующего материала для фильтров с водяной промывкой, оборудованных дренажно-распределительными системами «Экополимер»:

1. Выполнить рассев фильтрующего материала и установить пригодную фракцию. На основании этого определить необходимое количество фильтрующего материала для загрузки фильтров сверх технологических нормативов.

2. Выполнить загрузку фильтрующего материала послойно с трех-четырехкратной промывкой максимальной интенсивности и снятием 30 мм верхнего слоя. Толщина каждого загружаемого слоя не должна превышать 500–700 мм. Количество фильтрующей загрузки принимается с учетом пусковой отмывки и удаления мелкой непригодной фракции. Если высота расположения желобов позволяет загрузить весь слой загрузки, то это следует сделать сразу, если нет, то в два этапа. Возможность одновременной загрузки проверяется по зависимости:

где H_з – максимальная высота слоя загрузки; H_ж – высота расположения водосборных желобов; e_b – степень расширения загрузки при промывке.

Если необходимая высота слоя фильтрующего материала (с учетом песка, который должен быть удален) окажется меньше H_з, то загрузку следует выполнить в один этап.

3. После загрузки фильтрующего материала выполнить промывку, как указывалось ранее, и снять верхний слой в 30 мм.

4. Выполнить хлорирование и осуществить пуск фильтра в работу на две недели.

5. Далее в течение фильтроцикла контролировать скорость фильтрования. Фильтр должен иметь необходимую производительность на протяжении всего фильтроцикла.

6. До снятия верхнего слоя загрузки продолжительность фильтроцикла не должна превышать 24 ч (для предотвращения образования в верхнем слое плохо разрушаемых конгломератов из мелкой загрузки и задержанных загрязнений).

7. Если интенсивность промывки соответствует типу и фракции применяемой загрузки, то через две недели (после не менее 10–16 фильтроциклов) необходимо снять верхний слой загрузки до 30–50 мм.

8. Далее проводить снятие слоя загрузки по мере необходимости. Первый контроль рекомендуется выполнить через два месяца.

9. В первые два года эксплуатации рекомендуется проводить снятие верхнего слоя загрузки (30 мм) перед паводком, что значительно улучшит работу фильтров в этот неблагоприятный период.

10. При любой дозагрузке фильтрующего материала необходимо повторить операции по пунктам 4–7.

Выводы

1. Дренажно-распределительные системы «Экополимер» обеспечивают равномерность промывки и сбор фильтрата по всей площади фильтра без применения поддерживающих слоев загрузочного материала. Их эксплуатационные характеристики выше, чем у щелеванного дренажа и позволяют использовать песок требуемого гранулометрического состава.

2. Наличие мелкой фракции песка в фильтрующем материале может уменьшить достоинства дренажных систем, сокращая скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла.

3. Тщательная подготовка фильтрующего материала и отладка режима работы фильтра водоподготовки на первом этапе их эксплуатации обязательны при использовании дренажно-распределительных систем «Экополимер», в особенности при замене фильтрующего материала. Необходимость модификации верхнего слоя фильтрующего материала может быть определена по графику изменения максимальной скорости фильтрования.