Грубозернистые фильтры, В ряде случаев речная вода, подаваемая для производственных целей, требует предварительного осветления, хотя и не столь тщательного, как вода, подаваемая в сеть хозяйственно-питьевых водопроводов. Осветление технической воды нередко осуществляют путем фильтрования ее на «грубозернистых» фильтрах (без предварительного отстаивания и без коагулирования) с повышенными скоростями фильтрования (при мутности исходной воды до 300 мг/л). Загрузка таких фильтров состоит из песка или дробленого антрацита с крупностью зерен от 0,8 до 2,5 мм при коэффициенте неоднородности 1,8—2. Увеличение крупности зерен требует одновременного увеличения и толщины слоя фильтрующего материала, так как содержащиеся в воде взвешенные вещества проникают в толщу грубозернистого фильтра значительно глубже, чем в толщу мелкозернистой фильтрующей среды. При указанной крупности зерен необходимая толщина слоя фильтрующего материала лежит в пределах от 1,5 до 3 м. Скорость фильтрования на грубозернистых фильтрах составляет 10—15 м/ч. Верхние пределытолщины фильтрующего слоя и скорости фильтрования относятся к наиболее крупнозернистой загрузке.

Применение песка значительной крупности позволяет уменьшить толщину поддерживающих слоев или вообще обойтись без них.
Дренаж для фильтров без поддерживающих слоев выполняется при помощи колпачков различных конструкций (см. § 101), располагаемых на дренажном днище фильтра или на трубчатой распределительной системе.

Грубозернистые фильтры по сравнению с обычными требуют значительного увеличения интенсивности промывки. Для сокращения расхода промывной воды применяют одновременную продувку грубозернистых фильтров воздухом.
Схема фильтра с продувкой воздуха показана на рис. V.50. В дрекажном днище фильтра на штуцерах располагаются колпачки специальной конструкции. Хвостовые части колпачков, выходящие под дренажное днище, имеют продольные вертикальные щели шириной 0,8— 1,5 мм и длиной 50—100 мм. Воздух, подаваемый в междудонное пространство по трубе, имеющей вертикальные отростки, скапливается под дренажным днищем фильтра (которое должно быть строго горизонтальным), и получающаяся таким образом воздушная подушка вытесняет воду из междудонного пространства через нижние отверстия колпачков, прогоняя ее через толщу песка. Это продолжается до тех пор, пока уровень воды в междудонном пространстве не опустится ниже верха щелей в хвостовой части колпачков. Тогда воздух начинает поступать в щели и через головки колпачков в толщу песка.

При устройстве фильтров без междудонного пространства продувка песка воздухом осуществляется через распределительную трубчатую систему, уложенную на дне фильтра под песком параллельно с трубчатой системой, подающей промывную воду.
Рекомендуется следующий порядок промывки грубозернистых фильтров: взрыхление песка в продолжение 1 мин водой, подаваемой с интенсивностью 6—8 л/(с-м2); затем подача в междудонное пространство
в течение 5 мин одновременно воды [3—4 л/(с-м2)] и воздуха [20— 25 л/(с-м2)]; наконец, отмывка фильтра в течение 2 мин водой, подаваемой с интенсивностью 6—8 л/(с-м2).

Напорные фильтры. Все до сих пор рассмотренные сооружения очистки воды по принципу своей работы являлись самотечными. Поэтому после таких очистных сооружений в систему водоснабжения должна включаться насосная станция второго подъема, а вода подвергаться двойной перекачке.
Применение напорных очистных сооружений, т. е. сооружений, позволяющих проводить через них очищаемую воду под напором насосов (станции первого подъема), дает возможность исключить из системы водоснабжения насосную станцию второго подъема, что значительно сокращает как строительные, так и эксплуатационные расходы. Напорные фильтры находят широкое применение в системах производственных водопроводов, где часто требуемая степень осветления может быть достигнута при помощи одного фильтрования, что позволяет исключить предварительные стадии очистки воды в отстойниках или осветлителях, а иногда и коагулирование.

Как сказано, через напорные фильтры вода пропускается под опhеделенным напором. При этом после прохождения фильтров остается еще достаточный напор для подачи воды в напорный резервуар, башню либо непосредственно в сеть, снабжающую потребителей.
Напорные фильтры выполняются в виде стальных закрытых цилиндрических резервуаров, рассчитанных на заданное внутреннее давление. Предельные потери напора в напорных фильтрах принимают обычно равными 0,6—1 кгс/см2.
Основные элементы и оборудование напорных фильтров те же, что и самотечных, т. е. дренаж, фильтрующие, а иногда и поддерживающие слои, трубы и регулирующая арматура для подачи и отвода (Ьильтруемой и промывной воды, а в некоторых случаях устройства для подачи воздуха.
На рис. V.51 показан вертикальный напорный фильтр. Этот фильтр оборудован распределительными трубчатыми системами для отвода осветленной воды, а также подачи промывной воды и сжатого воздуха. Осветляемая вода подается по напорной трубе, заканчивающейся воронкой на расчетной (по условиям промывки) высоте над поверхностью песка. При промывке фильтра через эту же воронку удаляется с фильтра отработанная промывная вода.
Наибольший диаметр изготовляемых у нас вертикальных фильтров 3,4 м, что соответствует фильтрующей площади около 9 м2.
Толщина слоя фильтрующего материала для фильтров всех диаметров принята равной 1 м.
Для станций большой производительности требуется значительное число таких фильтров. В этих случаях может быть целесообразной установка горизонтальных фильтров, которые при том же диаметре могут дать значительно большую площадь фильтрования за счет увеличения длины цилиндра.
На рис. V.52 показан напорный горизонтальный фильтр (по проекту Союзводоканалпроекта), не имеющий поддерживающих слоев. Конструкция дренажа в таких фильтрах аналогична конструкциям дренажей, применяемых для самотечных фильтров без поддерживающих слоев. Для очистки загрузки предусмотрены продувка и промывка.

Сверхскоростные фильтры системы Г. Н. Никифорова. Такой фильтр был предложен в 1933 г.
Сверхскоростные фильтры работают при скоростях фильтрования от 25 до 50 и даже до 100 м/ч. Эти фильтры могут применяться в тех случаях, когда к прозрачности фильтрата не предъявляется особо высоких требований (преимущественно при грубом осветлении воды для производственных нужд). Значительные потери напора на фильтре потребовали пропуска воды через него под напором; быстрое засорение фильтрующего материала привело к созданию особой автоматической системы промывки фильтров.

На рис. V.53 показан сверхскоростной вертикальный фильтр системы Г. Н. Никифорова. Фильтр выполнен в виде металлического резервуара 1 цилиндрической формы. Внутри резервуара располагается другой цилиндр 2 меньшего диаметра. Загрузка расположена в кольцевом пространстве между стенками этих цилиндров. На дренажное днище 3 уложены слои поддерживающего материала (гравия) и затем слой песка. В вертикальном направлении фильтр разделен радиально расположенными вертикальными перегородками на восемь равных камер. Перегородки идут от верха фильтра до дренажного днища. В междудонном пространстве (между дренажным и нижним днищами фильтра) перегородок не имеется.

Вода поступает на фильтр по напорной трубе 4 в распределительный колпак 5 и из него через окна или щели 6 — в камеры фильтра (во все, кроме одной), проходит через загрузку, дренажное днище и из междудонного пространства поступает через отверстия 7 в центральный цилиндр, из которого фильтрат отводится по напорной трубе 8.

В верхней части фильтра вращается (при помощи электродвигателя 9) патрубок 10, приемное отверстие которого последовательно останавливается перед входным окном 6 каждой из камер фильтра. В то время как семь камер работают на фильтрование, та камера, против окна которой остановился патрубок 10, автоматически выключается из работы на фильтрование, и поступление воды в нее прекращается. Одновр-менно с этим вода из междудонного пространства 11 под имеющимся там напором устремляется в выключенную из работы камеру в обратком направлении и промывает фильтрующий материал.

Грязная промывная вода уходит через патрубок 10 в центральный стояк 12 и отводится из фильтра по трубе 13.
Движение патрубка 10—прерывистое, чередующееся с остановками его приемного отверстия против окна каждой камеры для ее промывки (что осуществляется при помощи специально устроенного зубчатого передаточного механизма).

Движение патрубка обеспечивает постепенное закрывание и открывание окон, т. е. включение или выключение отдельных камерфильтра.
Так как камеры фильтра через междудонное пространство сообщаются друг с другом, в фильтре имеет место постоянная разность давлений в распределительном барабане и сборной шахте (соединенной с междудонным пространством). Таким образом, во всех камерах, работающих на фильтрование, в любой момент суммарные потери напора при прохождении воды через фильтр есть величина постоянная. Так как по мере загрязнения фильтра сопротивление его будет возрастать, то количество проходящей через камеру воды будет соответственно уменьшаться, т. е. скорость фильтрования будет уменьшаться от начальной наибольшей величины vB (в только что промытой камере) до vK (в камере перед очередной промывкой).

Полный цикл работы рассмотренного фильтра 80 мин, из которых каждая камера 71 мин работает на фильтрование, б мин — на промывку и 3 мин — на операции, связанные с промывкой.
Дальнейшее развитие идеи сверхскоростного фильтрования привело к созданию батарей напорных сверхскоростных мешалочных фильтров, автоматически управляемых при помощи электрифицированных задвижек на линиях труб, обслуживающих фильтры.