Инновации в очистке ливневых вод в Калуге

Инновации в очистке ливневых вод. Сорбционный фильтр повышенной производительности.

Альта Групп разработала и запатентовала  сорбционный фильтр повышенной производительности. Фильтр предназначен для доочистки предварительно очищенных ливневых и паводковых вод до требуемых показателей по нефтепродуктам и взвешенным веществам. Фильтр устанавливается после очистного сооружения ливневых и паводковых вод, например, после установки Alta Rain, как показано на изображении:

Основная особенность фильтра – высокая производительность на единицу занимаемого строительного объема. Фильтр объемом 6,3 м³ занимает в плане лишь 3,2 м² и имеет производительность 24 л/с. При этом скорость фильтрации через фильтрующий материал не превышает 7,2 м/час.

Такие высокие показатели достигаются:

• за счет уникальной конструкции фильтра, которая обеспечивает гидравлически симметричные потоки жидкости
• за счет уникальной конструкции фильтрующих элементов, которые выполнены в виде рамки, обернутой фильтрующим материалом.

Резервуар фильтра

Подача воды осуществляется через распределительный трубопровод, расположенный внизу резервуара. Распределительный трубопровод в плане представляет из себя многолучевую звезду.
Сбор отфильтрованной воды осуществляется через собирающий трубопровод, так же представляющий из себя многолучевую звезду.

Фильтруемая вода равномерно распределяется между фильтр-кассетами. Фильтруясь через слой фильтрующего материала, вода попадает внутрь рамки, в которой собирается отфильтрованная вода и затем поступает в собирающий трубопровод. Гидравлические сопротивления всех кратчайших линий тока воды между собой равны, за счет чего достигается равномерное распределение входящих потоков фильтруемой воды.

Рисунок: /images/forarticle/innovaciivochistke/3.jpg

Фильтр-кассета

Первая особенность конструкции фильтр-рамки заключается в том, что в отличии от большинства аналогов представленных на рынке в которых обеспечивается фильтрация по одной стороне фильтра, фильтр-кассета обеспечивает двухстороннюю фильтрацию. Таким образом вся наружная поверхность фильтр-кассеты представляет из себя рабочую поверхность фильтра. А чем больше площадь поверхности, тем меньше скорость фильтрации.

Схема сравнения направлений фильтрации цилиндрического фильтра и фильтр-кассеты.    



Важно обратить внимание на скорость фильтруемой жидкости внутри фильтрующего материала. На большинстве аналогов фильтр-кассеты применяются фильтры типа «труба обмотанная фильтрующим материалом» или цилиндрические фильтры. Если обратить внимание на кинематику жидкости внутри материала фильтра, то мы увидим, что по мере продвижения внутрь фильтра скорость движения воды возрастает.
Из схемы становится видно, что по мере прохождения фильтруемой воды внутрь цилиндрического фильтра, скорость фильтрации возрастает с уменьшением диаметра фильтруемого слоя.

Скорость фильтрации определяется по формуле:

Vфильтрации (м/час)=Qсточн.вод (м3/час) / Sфильтрации (м2)

, где Vфильтрации – объем фильтруемых сточных вод, Qсточн.вод – производительность фильтра по сточной воде,  Sфильтрации  - площадь поверхности фильтра.
   
Из формулы следует, что скорость фильтрации обратно пропорциональна площади фильтрации, которая в свою очередь определяется для цилиндрического фильтра по формуле:
Sфильтрации (м2)=D2 (м) * ? * Hфильтра (м)

где D2 – диаметр собирающего трубопровода цилиндрического фильтра, Hфильтра – высота цилиндрического фильтра.

Таким образом можно сделать вывод, что скорость фильтрации для цилиндрического фильтра обратно пропорциональна диаметру фильтрующего слоя.

Для наглядности возьмем производительность фильтра равную 10,8 куб.м/час (или 3 л/сек), что соответствует производительности стандартной фильтр-кассеты Alta Group. Для того чтобы обеспечить требуемую для большинства фильтрующих материалов скорость фильтрации не больше 8 м/час, при высоте фильтра 1,5 м, площадь фильтрующего слоя должна быть не меньше:

Sфильтрации (м2) = Qводы (м3/час) / Vфильтрации (м/час)

1,25 (м2) = 10,28 (м3/час) / 8 (м/час)

, а диаметр фильтрующего слоя, в свою очередь, должен быть не меньше:

D2 (м) = Sфильтрации (м2) / (? * Hфильтра (м))

0,3 (м) = 1,25(м2) / (3,14 * 1,5 (м))

Надо учесть и скорость фильтруемой жидкости вблизи собирающего трубопровода. Если в трубопроводе площадь отверстий будет меньше необходимой площади фильтрования, то скорость жидкости вблизи собирающего трубопровода возрастет и минимальный диаметр собирающего трубопровода необходимо увеличить. Проблемы можно избежать изготовив собирающий трубопровод из сетки.

На практике требования к минимальному внутреннему диаметру собирающего трубопровода D2 многими производителями не соблюдается, что приводит к сильному снижению эффективности работы цилиндрического фильтра.

Как мы знаем, что при превышении скорости фильтрации, для которой рассчитан фильтрующий материал, начинается продавливание удерживаемых (фильтруемых) частиц через материал фильтра. Фильтр фактически перестает работать, то есть вместо удерживания и снижения концентрации загрязнителя, фильтр просто задерживает загрязнитель на некоторое время, после чего отдает его фильтруемой воде. Производительность одной фильтрующей рамки размерами 500 х 1500 мм равна 3 л/с, при этом при применении фильтрующего материала «Мегасорб» рамка позволяет задержать до 98% нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Конструкция фильтр-кассет, предложенных Alta Group, имеет высокую площадь фильтрации, образованную двумя плоскостями фильтрующего материала. При этом скорость фильтрации по всему слою фильтрующего материала – одинакова и не зависит от внутреннего диаметра собирающего трубопровода, в отличии от цилиндрических фильтров.
Рисунок: /images/forarticle/innovaciivochistke/6.jpg
  На фотографии показан пример исполнения сорбционного блока с цилиндрическими фильтрами. Наглядно видно, какой объем занимают фильтры и насколько большой объем корпуса резервуара остается неиспользованным.

Так для сравнения сорбционный блок с цилиндрическими фильтрами, равный по производительности рассмотренному выше блоку Alta Group, занимает в плане площадку 1,6м х 6,3м (Sустановки=10,1 м²) и объем резервуара для установки фильтров 12,7м³. У конструкции фильтра разработанной Alta Group площадь в плане меньше в три раза и объем резервуара фильтров меньше в два раза, при той же производительности. Излишние объемы оборудования ведут к удорожанию строительно-монтажных работ, строительных материалов, а так же увеличению площади земли, необходимой для установки очистного оборудования, что при планировании инженерных сооружений играет немаловажную роль.

В настоящий момент в сорбционном фильтре применяется фильтрующий материал марки «Мегасорб», но фильтрующий материал может быть заменен на аналогичный или лучший по своим фильтрующим качествам. Важно, что бы материал фильтра позволял осуществлять эффективную фильтрацию при скорости фильтрации не превышающей 8 м/час.

Замена фильтр-материала осуществляется путем извлечения фильтр-кассеты из резервуара фильтра, с последующей заменой фильтрующего материала обернутого вокруг фильтрующей рамки.

Коалесцентный фильтр конструкции Альта Групп

Сепарация нефтепродуктов и взвешенных веществ происходит в три стадии:

• разделение нефтепродуктов и взвешенных веществ на тонкослойном модуле
• улавливание нефтепродуктов в коалесцентном фильтре до концентрации 12 мг/л
• снижение концентрации нефтепродуктов на сорбционном фильтре до 0,24 мг/л на сорбционном фильтре

1. Корпус (полипропилен); 2. Смотровой колодец; 3. Входной патрубок; 4. Выходной патрубок; 5. Первая перегородка; 6. Тонкослойный блок (первая ступень коалесцентного фильтра); 7. Вторая перегородка; 8. Третья ступень коалесцентного фильтра; 9. Корпус сорбционного фильтра; 10. Кассеты сорбционного фильтра; 11. Крышка; 12. Вытяжка; 13.Зона накопления осадка; 14. Зона образования слоя нефтепродуктов(вторая ступень коалесцентного фильтра); 15. Камера сбора нефтепродуктов; 16. Корзина для сбора крупного мусора; 17. Откидная лестница; 18. Третья перегородка.

В очистных сооружениях Alta Rain, производимых Альта Групп применяется высокоэффективный коалесцентный фильтр, состоящий из трех частей.

Первая часть фильтра представляет из себя тонкослойный модуль, с прямым током улавливаемых нефтепродуктов и обратным током осаждаемых взвешенных веществ. При этом размер улавливаемых частиц рассчитан на гидравлическую крупность 0,25 м/с.

При этом частицы нефтепродуктов двигаясь в каналах тонкослойного модуля, частично коалесцируют между собой, увеличивая тем самым свою гидравлическую крупность.


Вторая часть фильтра представляет из себя слой нефтепродуктов, через который проходит  водо-нефтяная смесь, при этом частицы нефтепродуктов коалесцируют со слоем нефтепродуктов, через который происходит фильтрация. Характерной особенностью данного фильтра является отсутствие эффекта захлебывания, при превышении входящей концентрации нефтепродуктов. При любой концентрации на входе фильтр такой конструкции обеспечивает надежное улавливание частиц нефтепродуктов до концентрации не превышающей 12 мг/л. Излишки слоя нефтепродуктов отводятся в специальную камеру для хранения нефтепродуктов с дальнейшей их откачкой и утилизацией.

Третья часть коалесцентного фильтра, представляет из себя погруженный под слой нефтепродуктов тонкослойный модуль с обратным током улавливаемых частиц нефтепродуктов, прошедших первые две ступени очистки и повышает эффективность работы второй ступени коалесцентного фильтра.

Таким образом, очистные сооружения поверхностного стока Alta Rain в базовой комплектации обеспечивают надежную очистку поверхностного стока по нефтепродуктам до 0,24 мг/л, что соответствует допустимой норме 0,3 мг/л при сбросе в водный объект хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования согласно СанПин 2.1.5.980-00 от 01.01.2001г.