Согласно предписаниям СП 31.13330.2021 [1] (п. 9.92), для промывки скорых напорных фильтров следует использовать очищенную воду. Применительно к контактным осветлителям для обратной промывки допускается использование неочищенной воды при её мутности до 10 мг/л (п. 9.103). Однако на практике скорые фильтры также промывают и исходной водой.
Напорные скорые фильтры обычно используются на относительно небольших водозаборных узлах (ВЗУ) в силу своей ограниченной производительности, так как диаметр таких фильтров ограничивает возможности их доставки от места производства до места установки. Напорные фильтры чаще всего применяют на водозаборах из подземных вод, где обычным явлением является повышенное содержание общего железа (> 0,3 мг/л), то есть в качестве «фильтров обезжелезивания». Подземные воды, как правило, маломутные, соответственно, при их использовании обратная промывка исходной водой вполне допустима.
Напорные скорые фильтры чаще всего оснащаются следующей управляющей арматурой: клапанами управления (которые зачастую называют «головами») или многовентильными группами. Сразу следует отметить, что пропускная способность клапанов управления существенно ограничена: как правило, это клапаны управления с присоединительными размерами 2″ (реже — 3″).
Рассмотрим сначала схемы промывки скорых напорных фильтров очищенной водой.
Во-первых, промывка фильтров может осуществляться с помощью промывных насосов, подающих воду из ёмкостей (рис. 1). При этом предусматривается дополнительный объём в резервуарах чистой воды (РЧВ) либо обеспечиваются отдельные промывные резервуары. Такая схема считается классической и наиболее полно описана в учебниках и нормативных документах. Фильтры оснащаются четырёх-, реже пятивентильной группой (вентили в данном случае — условное понятие, обозначающее любое запорное устройство).
На рис. 1, в частности, показаны дисковые затворы с пневмоприводами. Вместо пневмоприводов возможно применение электроприводов и гидроприводов, однако использование пневмоприводов, по мнению автора, является наиболее простым и надёжным решением. В качестве промывных приняты два насоса — один рабочий, один резервный, как для третьей категории надёжности.
Во-вторых, подачу очищенной воды на промывку фильтров можно осуществить от напорных линий насосной станции второго подъёма, для чего в станцию водоподготовки прокладывается линия от напорных водоводов (рис. 2). Фильтры в данном случае чаще оснащаются клапанами управления. При этом в технологической схеме необходимы запорные устройства с приводами (чаще это соленоидные клапаны), чтобы попеременно перекрывать подачу промывной (в режиме фильтрации) и исходной (в режиме обратной промывки) воды, что в определенной степени усложняет автоматизацию.
В-третьих, в последние годы появилась «двухклапанная» схема (рис. 3), сочетающая промывку исходной и очищенной воды. В это схеме на каждом фильтре устанавливаются два запорных устройства (как правило, дисковые затворы или мембранные клапаны с электроили пневмоприводом) — один на трубопроводе подачи исходной воды, другой — на трубопроводе сброса промывной воды. Кроме того, необходимо запорное устройство 3 на линии отвода очищенной воды после фильтров; его ставят на байпасе с регулирующим устройством 4 (вентилем, дисковым затвором, мембранным клапаном).
Порядок работы данной схемы таков: в режиме фильтрации запорные устройства на линиях подачи исходной воды 1 открыты, на линиях сброса промывной воды 2 — закрыты; запорное устройство 3 открыто. При промывке наоборот: запорные устройства на линиях подачи исходной воды 1 закрыты, на линиях сброса промывной воды 2 — открыты; запорное устройство 3 закрыто. Фильтры промываются по одному и поочерёдно. Регулировочное устройство 4 настраивается так, чтобы часть очищенной воды из общего коллектора поступала в корпус промываемого фильтра снизу вверх, а затем сбрасывалась бы в коллектор промывной воды.
Таким образом, промывка фильтрующей загрузки происходит очищенной водой, но при этом вовсе отсутствуют отдельные устройства и трубопроводы для её подачи. Про такую схему промывки иногда говорят, что соседние фильтры «промывают друг друга». И действительно — чтобы промывка фильтра происходила, необходимо, чтобы станция находилась в работе. Более того, скорость фильтрования в напорных фильтрах обычно составляет 8–15 м/ч, в то время как требуемая скорость обратной промывки существенно выше.
Так, для относительно лёгких загрузок типа «Экоферокс» требуемая скорость обратной промывки составляет примерно 25 м/ч, для кварцевого песка может достигать 60 м/ч. Соответственно, во сколько раз требуемая скорость обратной промывки должна быть выше скорости фильтрации, столько же работающих фильтров должно приходиться на один промываемый фильтр, что, конечно, является ограничением для такой системы.
Рассмотрим достоинства и недостатки указанных выше схем.
Главным достоинством схемы с использованием резервуаров и промывных насосов является надёжность, за которую приходится расплачиваться существенными дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами: бóльшим объёмом резервуаров, дополнительными промывными насосами, трубами, арматурой, автоматикой, потреблением электроэнергии. Кроме того, необходимо увеличивать производительность станции водоподготовки (а она всегда должна определяться по расходу очищенной воды) ради пополнения РЧВ за требуемое время между промывками. При этом во время обратной промывки (несмотря на то, что один фильтр выключается из работы, а гидравлическое сопротивление, соответственно, растёт) производительность станции изменяется мало.
Вторая схема — с подачей воды от напорных линий насосной станции второго подъёма — более применима на небольших станциях водоподготовки. В данном случае отпадает необходимость в дополнительном объёме резервуаров и промывных насосах. Однако время промывки фильтров нужно выбирать вне часов с наибольшим водопотреблением, так как иначе производительности насосов второго подъёма может не хватить для подачи воды на хозяйственно-питьевые и иные нужды. Кроме того, давление в напорных линиях насосной станции второго подъёма, как правило, выше, чем требуемое давление для промывки фильтров, вследствие чего необходима установка регуляторов давления на линиях подачи промывной воды, а также (желательно) предохранительной арматуры.
В третьем случае, при «двухклапанной» схеме, нет необходимости в дополнительном объёме РЧВ, промывных насосах, трубопроводах и арматуре для подачи воды, что обеспечивает значительную экономию. Однако за такие преимущества непременно приходится расплачиваться. Во-первых, настройка системы промывки довольно сложная и требует хотя бы периодического контроля за своей правильной работой. Во-вторых, производительность станции водоподготовки (по очищенной воде) снижается по крайней мере на величину расхода воды на промывку. В-третьих, при такой схеме невозможен режим сброса первого фильтрата. Последнее обстоятельство не слишком заметно, если дело касается станций обезжелезивания воды. При включении фильтра в работу после промывки действительно некоторое количество воды с остатками железистой взвеси попадает в РЧВ, но в общем объёме обезжелезенной воды такое увеличение концентрации общего железа не ухудшает качество воды сверх нормативного. Однако если речь идёт о предподготовке перед другой ступенью очистки (например, обратным осмосом), то попадание первого фильтрата в предфильтры установок обратного осмоса быстро засоряет их и приводит к необходимости их частой замены. Другим недостатком является необходимость установки нескольких скорых фильтров для того, чтобы иметь возможность промывать один фильтр, что ограничивает минимальную производительность станции водоподготовки.
Промывка напорных фильтров исходной водой (рис. 4) по своим характеристикам похожа на промывку с «двухклапанной» схемой. Главным достоинством такого способа являются простота и экономичность. Однако, как уже говорилось выше, для промывки фильтров исходной водой качество самой исходной воды должно быть достаточно высоким. Часовая производительность самой станции водоподготовки также снижается, как минимум, на величину промывного расхода.
Указанные выше преимущества и недостатки для краткости представлены в виде табл. 1.
Данная статья, конечно, не претендует на полноту сведений о промывке напорных скорых фильтров, это лишь обобщение имеющегося у автора опыта разработки и эксплуатации фильтровальных устройств станций водоподготовки.
Выводы
1. При разработке станций водоподготовки следует обратить отдельное внимание на схему промывки скорых напорных фильтров.
2. В настоящее время применяются различные схемы промывки, которые различаются как по своей эффективности и надёжности, так и по размеру капитальных и эксплуатационных затрат.
3. Выбор схемы промывки особенно ответственен в системах многоступенчатой очистки, например, при использовании на станции водоподготовки установок обратного осмоса, так как эффективность промывки влияет на работу водоочистных устройств последующей ступени.
4. В СП 31.13330.2021 [1] следует внести пункт о возможности обратной промывки напорных фильтров исходной водой при допустимом качестве исходной воды.
