В системах коммунального, а также производственного водоснабжения нашел применение прямоточный открытый контактный фильтр КФ-5 с трехслойной фильтрующей загрузкой (по 0,5 м каждый). Крупность зерен Верхнего слоя (керамзит, аглопорит, полимеры) 2,3—3,3 мм, среднего (антрацит, керамзит, горелые породы) 1,25—2,3 мм, нижнего (кварцевый песок, горелые породы) 0,8—1,25 мм. Скорость фильтрования до 20 м/ч, интенсивность промывки 15 л/(с-м2), продолжительность 6—8 мин.
Контакшые осветлители представляют собой разновидность фильтровальных аппаратов, работающих по принципу фильтрования воды снизу вверх в направлении убывающей крупности зерен через слой загрузки большой толщины, который реализуется применением восходящего фильтрования. При этом основная масса примесей воды задерживается в нижних крупнозернистых слоях, характеризующихся большой грязеемкостью, что уменьшает темп прироста потери напора. Снижение темпа прироста потери напора и увеличение продолжительности защитного действия загрузки вследствие большой высоты слоя позволяют очищать на контактных осветлителях воду с
содержанием взвеси, значительно превышающим обычно допустимое для скорых фильтров. Скорые фильтры могут работать нормально, если содержание взвеси в поступающей на фильтры воде составляет 5—15 мг/л. Контактные же осветлители, как показала практика, работают нормально при содержании взвеси в очищаемой воде до 120 мг/л и ее цветности до 120 град.
При водообработке на контактных осветлителях коагулянт вводят в воду непосредственно перед ее поступлением в загрузку осветлителей, процесс коагуляции происходит в ее толще. За короткий промежуток времени от момента введения коагулянта до начала фильтрования в воде могут образовываться лишь микроагрегаты коагулирующих частиц. Дальнейшая агломерация примесей происходит не в свободном объеме воды, а на зернах загрузки контактных осветлителей; частицы адсорбируются на поверхности зерен, образуя отложения характерной для геля сетчатой структуры. Такой процесс является контактной коагуляцией, что обусловливается контактом воды, содержащей коагулированные примеси, с поверхностью зерен контактной массы.
Как показали исследования и практика эксплуатации, процесс контактной коагуляции идет с большой полнотой и во много раз быстрее, чем при обычной коагуляции в объеме. Доза коагулянта для контактной коагуляции, как правило, меньше, чем доза, необходимая для коагулирования примесей в свободном объеме. Для протекания процесса контактной коагуляции необходимо ввести в воду такую дозу коагулянта, при которой частицы примесей теряют свою агрегативную устойчивость в отношении прилипания к поверхности зерен контактной массы. Такие дозы обычно недостаточны для того, чтобы обеспечить быстрое хлопьеобразование в свободном объеме с получением тяжелых, хорошо декантирующих хлопьев. Кроме того, при контактной коагуляции на процесс почти не влияют температура воды, ее анионный состав, наличие грубодисперсных взвесей и ее щелочность. Отпадает необходимость в перемещении воды для обеспечения протекания ортокинетической фазы коагулирования примесей. Однако быстрота смешения и равномерность распределения коагулянта в обрабатываемой воде имеют решающее значение.
Благодаря этим преимуществам в условиях обработки маломутных вод контактные осветлители весьма удачно
заменяют обычную двухступенчатую очистку воды, обеспечивая высокий эффект осветления и обесцвечивания при одновременном снижении стоимости строительства и эксплуатации очистных сооружений. На водоочистных комплексах с контактными осветлителями необходимо предусматривать барабанные сита и входную камеру для воздухоотделения и смешения реагентов с водой. Объем камеры рассчитывают на 5-минутное пребывание в ней воды и секционируют на два отделения. Скорость движения воды в камере принимают 5 мм/с. Микрофильтры или барабанные сита располагают обычно над входной камерой.
Контактные осветлители рекомендуется использовать без поддерживающих слоев при промывке водой и с поддерживающими слоями при водовоздушной промывке.
Контактный осветлитель КО-1 представляет собой резервуар, заполненный загрузкой из песка и гравия. Песок не должен содержать фракции крупнее 2 мм и мельче 0,8 мм. Средний диаметр зерен песка 0,9—1,1 мм, d3=l—1,3 мм, толщина слоя песка около 2 м. Гравийные слои располагают под песчаной загрузкой на дне контактного осветлителя, они имеют общую толщину 0,6—0,8 м. Рекомендуемая высота и крупность песчаных и гравийных слоев.
Расчетную скорость фильтрования для контактных осветлителей КО-1 принимают 4,0—5,5 и/ч. Очищаемую воду, предварительно смешанную с коагулянтом, подают в загрузку с помощью распределительной системы дырчатых труб, уложенных на дне в слое мелкого гравия. Распределительная система служит и для подачи промывной воды. Промывку с интенсивностью 15—18 л/(с-м2) в течение 7—8 мин производят так же, как и обычных скорых фильтров. Осветленная вода, как и промывная, отводится с помощью желобов, расположенных над песком.
Важным конструктивным элементом контактных осветлителей является распределительная система, которая должна обеспечить равномерное распределение промывной воды по всей площади сооружения. В безгравийных контактных осветлителях (КО-1), промываемых водой, устраивают безгравийную трубчатую распределительную систему с приваренными вдоль дырчатых труб боковыми шторками, между которыми приваривают поперечные перегородки, разделяющие подтрубное пространство на ячейки. В контактных осветлителях с поддерживающими слоями и водовоздушной промывкой следует применять трубчатые распределительные системы для подачи воды и воздуха и систему горизонтального отвода промывной воды. Отверстия в дырчатых трубах должны быть расположены в два ряда в шахматном порядке в нижней части и направлены вниз. Диаметр отверстий 10—12 мм, расстояние между осями в ряду 150—200 мм. Распределительную систему надлежит проектировать в соответствии G рекомендациями СНиПа.
Работа распределительной системы в контактных осветлителях осложняется тем, что она служит для подачи неочищенной воды и поэтому отверстия в трубах могут засоряться. В связи с этим распределительная система должна быть доступна для прочистки.
В контактных осветлителях без поддерживающих слоев сбор промывной воды производят желобами, над кромками которых предусматривают пластины с треугольными вырезами высотой и шириной 50—60 мм, с расстоянием между их осями 100—150 мм.
Для промывки следует применять очищенную воду. Допускается использование неочищенной воды при ее мутности не более 10 мг/л, коли-индексе до 1000 ед/л с предварительной обработкой воды на барабанных сетках (или микрофильтрах) и обеззараживании. При этом должен быть предусмотрен разрыв струи перед подачей воды в емкость для хранения промывной воды. Непосредственная подача воды на промывку из трубопроводов и резервуаров фильтрованной воды не допускается.
Водовоздушную промывку контактных осветлителей КО-3 (рис. 14.4,<з) следует осуществлять со следующим режимом: взрыхление загрузки воздухом интенсивностью 18—20 л/ (с -м2) в течение 1—2 мин; совместная водовоз
душная промывка при подаче воздуха 18—20 л/ (с -м2) и водыЗ—3,5 л/ (с -м2) при продолжительности 6—7 мин; дополнительная промывка водой с интенсивностью 6—7 л (с м2) продолжительностью 5—7 мин. Продолжительность сброса первого фильтрата при промывке очищенной водой 5—10, неочищенной 10—15 мин.
В контактных осветлителях в отличие от скорых фильтров слой воды над загрузкой осветленный, так как вода уже профильтровалась через загрузку. Следовательно, зеркало осветленной воды в контактных осветлителях открыто. Для предотвращения вторичного загрязнения воды оно должно быть изолировано от помещения обслуживания осветлителей. Для этого осветлители группами или каждый в отдельности отделяют от коридора управления остекленными перегородками высотой не менее 2,5 м. Благодаря остеклению можно вести простые визуальные наблюдения за качеством осветляемой воды.
Контактные осветлители КО-1 с безгравийной загрузкой следует применять для очистки вод с умеренной цветностью и мутностью при небольшом содержании планктона, в остальных случаях рекомендуются контактные осветлители КО-3 с гравийно-песчаной загрузкой. В контактных осветлителях КО-3 предусматривают две трубчатые распределительные системы: одна для подачи воды, другая для воздуха. Воздухораспределительная система состоит из дырчатых полиэтиленовых труб, располагаемых у дна сооружения точно посередине между распределительными трубами для воды. В этих осветлителях применяют систему горизонтального отвода промывной воды, основными элементами которой являются пескоулавливающий желоб и струенаправляющий выступ.
Работа и промывка контактного осветлителя КО-3 осуществляются по следующей схеме. Во время работы обрабатываемая вода, смешанная с реагентами, подается в нижнее отделение бокового кармана и далее по распределительной системе поступает в загрузку. Фильтрат собирается в надзагрузочном объеме и через водослив пес-коулавливающего желоба поступает в верхнее отделение бокового кармана, откуда по трубопроводу отводится в сборный коллектор очищенной воды.
В начале промывки загрузка продувается воздухом для предварительного разрушения загрязнений и выравнивания гидравлического сопротивления загрузки по площади сооружения. Затем в результате одновременной подачи воды
и воздуха загрязнения полностью разрушаются и перемещаются кверху, выходя на поверхность загрузки, и далее через пескоулавливающий желоб в верхнее отделение бокового кармана и за пределы аппарата. По окончании совместной водовоздушной промывки подача воздуха в загрузку прекращается и производится дополнительная промывка загрузки водой. Таким образом, в конце промывки из загрузки удаляется оставшийся в ней воздух, она несколько разрыхляется и восстанавливается ее первоначальная пористость. По окончании промывки производится сброс первого фильтрата, а затем вновь начинается фильтроцикл.