ФИЛЬТРАЦИЯ

Общие соображения

Вода подвергается фильтрации для окончательной задержки взвеси, оставшейся после отстаивания. Одновременно на фильтрах вода освобождается и от значительной части бактерий.

Как правило, вода фильтруется после отстаивания, но в отдельных случаях возможна фильтрация без предварительного отстаивания. К числу этих случаев относятся фильтрация воды из водохранилищ или озер, служащих естественными отстойниками, и фильтрация воды с процессами коагуляции, проходящими в самом фильтре.

Фильтрующим материалом является кварцевый песок, за исключением специальных случаев обработки воды, когда для фильтрации используются мраморная крошка, пермутиты, глауконитовый песок, активированный уголь, антрацитовая загрузка, древесные стружки и др.

Проходя через песок, т. е. через промежутки между его зернами, вода оставляет здесь тем меньшие частицы взвеси, чем меньше эти промежутки. Таким образом, степень осветления воды зависит от пористости фильтрующей среды или крупности песка.

Для удаления более крупной взвеси применяют крупный песок; в тех случаях, когда требуется удаление мельчайшей взвеси и бактерий, песок должен быть более мелким. Бактерии (величина — тысячные доли миллиметра) и коллоидные частицы (десятитысячные и стотысячные доли миллиметра) могли бы свободно пройти через промежутки между зернами используемого в фильтрах песка, однако промежутки эти в одних случаях через некоторое время заполняются задержанной взвесью, органической мутью и бактериями (созревание фильтра), после чего задержка столь мельчайших частиц легко осуществляется; в других случаях даже при несколько более крупном песке взвесь, бактерии и пр. задерживаются в промежутках между зернами благодаря тому, что предварительно были собраны в более крупные частицы (коагуляция).

И в том и в другом случаях вначале задерживаются более крупные частицы, а затем более мелкие. Таким образом, промежутки между зернами песка с частицами мути становятся все меньше и через некоторый промежуток времени, различный для фильтрации в одном и другом случаях (медленная и скорая фильтрация, с отстаиванием и без такового и т. д.), сопротивление и потеря напора в фильтре сильно увеличатся и фильтрация прекратится.

Основная работа по освобождению воды от мельчайшей взвеси и бактерий выполняется небольшим слоем песка, расположенным у поверхности, особенно при фильтрации с предварительным отстаиванием; большая часть работы выполняется вообще верхним слоем песка и значительно меньшая — остальной его толщей. При коагуляции, идущей в самом фильтре (при отсутствии отстаивания), вся толща песка используется более равномерно. Песок имеет зерна разной крупности, маленькие песчинки размещаются среди больших и объем промежутков между зернами вследствие этого уменьшается.

Способность песка пропускать воду и скорость фильтрации (высота столба воды, проходящей через фильтр в единицу времени) определяются размерами зерен песка меньших, чем средние зерна; согласно опытам Газена пропускная способность песка может определяться названным им «эффективным» размером песка, так называется калибр сита, через которое проходит 10% данного песка.

Формула, предложенная Газеном, d = φ(ev), позволяет усвоить сущность действия различных фильтров и классифицировать их по принципу действия. В этой формуле d — диаметр наименьших частиц, которые могут быть задержаны данной фильтрующей средой; е — эффективный размер песка и v — скорость фильтрации.

Действительно, чем d больше, тем больше может быть е и v, иначе задержка крупной взвеси может быть осуществлена более крупной фильтрующей средой при больших скоростях фильтрации и, наоборот, задержка мелкой взвеси требует более мелкой фильтрующей среды и меньших скоростей фильтрации. Мелкий песок, представляя большие сопротивления, может быть использован для фильтрации только при резком уменьшении скорости фильтрации.

Таким образом, возможны медленная, или естественная, фильтрация мелкой (естественной) взвеси и скорая фильтрация крупной взвеси (укрупненной благодаря коагуляции).