Filtrarea apei

1. Date de baza

Filtrarea este procedeul de limpezire avansata a apei, constand din trecerea acesteia printr-o masa de material poros denumit strat filtrant, aes in concordanta cu scopul propus.

Filtrarea este utilizata ca ultima treapta de limpezire atat pentru producerea apei potabile, cat si in frecvente cazuri pentru tratarea apei industriale.

Prin aceasta functie filtrarea are un rol essential in obtinerea indicatorilor de calitate ai apei la nivelul exigentelor solicitate.

Filtrarea trebuie privita ca o componenta esentiala, dar nu unic determinanta, a ansamblului de procese necesare pentru limpezirea apei de suprafata; ea este menita ca in conditii favorabile, create de procesele anterioare de tratare a apei, in principal coagularea suspensiilor si decantarea acestora, sa desavarseasca, sa finiseze aceasta tratare.

Factorii care influenteaza si definesc procesul complex al limpezirii apei prin filtrare pot fi grupati dupa:

Caracteristicile dispersiilor care se filtreaza: natura, marimea, concentratia si starea de agregare a acestora in apa

Caracteristicile mediului filtrant: natura, marimea si forma granulelor, structura, porozitatea si grosimea stratului filtrant

Conditiile hidrodinamice ale filtrarii: viteza de filtrare, temperature apei, pierderile de sarcina, regimul de curgere si variatiile acestora in decursul unui ciclu

2. Procesul de filtrare si factorii determinanti

2.1 Parametrii fizici si tehnologici ai procesului de filtrare

A. Caracteristicile apei la intrarea in filtre. Apa cu continutul de dispersii, particule minerale si organice se

caracterizeaza prin concentratia, natura si starea de agregare a materiilor care urmeaza a fi retinute prin filtrare.

Concentratia dispersiilor in apa se evidentiaza fie direct in mg/dm³ fie prin turbiditate in grade scara silicei.

Starea de agregare si echilibrul fizico-chimic si electric al dispersiilor poate fi caracterizat printr-o serie de indicatori ca: potentialul electrostatic, indicele de filtrabilitate FI, temperature, gradul de coeziune K.

Coeficientul de coeziune K a flocoanelor care formeaza depunerile namolului rezultat dupa coagularea dispersiilor din apa a fost definit la cap. “Decantarea apei”. Pentru corectarea valorii K, astfel incat aceasta sa corespunda in intervalul dorit (K=0,8…1,2) se folosesc ajutatori de coagulare.

Indicele de filtrabilitate FI caracterizeaza proprietatile de formare a depozitelor de suspensii la anumite adancimi in stratul filtrant, tinand seama de concentratia suspensiilor si de viteza de filtrare.

B. Caracteristicile stratului filtrant. In legatura cu stratul filtrant trebuie definite caracteristicile granulometrice,

suprafata specifica, volumul porilor etc., precum si o serie de parametrii geometrici ca grosimea stratului filtrant si suprafata filtranta.

Curba glanurometrica a unui material filtrant se obtine prin cernerea nisipului uscat printr-o suita de site normalizate, cuprinse in general intre 0,2 si 5 mm, si notand greutatea nisipului retinut pe fiecare sita cu ochiurile avand d [mm]. In curba granulometrica se exprima pentru fiecare diametru al ochiului de sita, procentul de nisip care a trecut prin sita respectiva; astfel, pe o curba granulometrica, pentru fiecare dimensiune d a sitelor folosite, reprezentate pe axa absciselor, rezulta in ordonata procentul de nisip cu diametrul mai mic decat d.

C. Parametrii hidrodinamici ai procesului de filtrare. Acestia definesc regimul de curgere a apei prin mediul filtrant si sunt in

principal: viteza de filtrare, sarcina hidraulica sub care se face filtrarea si pierderile hidraulice prin stratul filtrant.

Viteza de filtrare se considera viteza aparenta care rezulta din raportul:

v=q/S

q = debitul care trece prin suprafata filtranta SS = aria aparenta a sectiunii normale pe directia de curgere a apei

Sarcina hidraulica h, sub care se face filtrarea este reprezentata de intaltimea coloanei de apa masurata la intrarea in stratul filtrant. La filtrele rapide deschise aceasta este data de inaltimea stratului de apa de deasupra materialului filtrant.

Pierderea de sarcina Δh este diferenta de presiune a apei intre doua niveluri ale stratului filtrant. In exploatare se inregistreaza pierderea de sarcina totala ΔH intre nivelul de intrare si cel de iesire din filtru.

D. Alte marimi utilizat in precizarea procesului de filtrare.Durata ciclului de filtrare T este perioada de timp intre inceperea filtrarii si

terminarea acesteia, determinate fie de depasirea in efluent a turbiditatii admisibile, dupa timpul T1, fie depasirea pierderii de sarcina admisibile, dupa timpul T2.

Intensitatea de spalare este raportul dintre debitul de apa, respectiv de aer, utilizat in suprafata filtranta S, definita mai inainte. De obicei, se exprima in dm³ /sm².

2.2 Mecanismul de retinere a dispersiilor in mediul filtrant

Din studiile facute pentru fundamentarea mecanismului de separare prin filtrare a dispersiilor din apa au rezultat diverse teorii fizice, fizico-chimice si biologice de explicare a acestui proces, precum si o serie de modele matematice care cauta sa stabileasca relatii intre un numar cat mai mare de variabile implicate.

A. Retinerea dispersiilor din apa pe granulele stratului filtrant.Retinerea dispersiilor din apa are loc pe de o parte intr-un efect de contact

al particulelor dispersiei cu franulele stratului filtrant. Acest mechanism de retinere se explica prin actiunea conjugate a mai multor factori.

Inertia de parcurgere pe o anumita traiectorie a particulelor dispersate care, impiedicant schimbarea directiei de msicare a acestora are ca effect interceptia lor de catre granulele din stratul filtrant. Datorita insa viscozitatii relative mari a fluidului, aceasta retinere de natura fizica are un effect redus in cazul filtrarii apei.

Particulele ajung astfel in contact cu granulele stratului filtrant pe care sunt retinute. Deplasarea laterala, perpendicular ape liniile de current, a particulelor

care capata o miscare de rotatie sub actiunea hidrodinamica intr-un camp uniform. Acest efect se amplifica in cazul in care campul devine neuniform sic and miscarea nu este stationara, cazul real al curgerii prin porii materialului filtrant. Totodata acest effect este amplificat de forma nesferica a particulelor dispersiei. Acestea sunt deviate de pe traiectoria liniilor de current si ajung in contact cu granulele materialului filtrant.

Dispersiile de argila, microorganismele, care se gasesc in apele naturale sunt electronegative ca si suprafata granulelor de nisip din stratul filtrant, astfel incat in momentul in care datorita fortelor hidrodinamice, inertiei sau difuziei, mentionate, particulele dispersiei ajung la distante sub cele corespunzatoare barierei de energie ele sunt retinute de forta de atractie mentionata, pe granulele din stratul filtrant.

Coagulatii utilizati in tratarea prealabila a apei sunt incarcati cu sarcini electropozitive, de unde decurge atentia cu care trebuie facuta dozarea acestora pentru a nu da nastere la fenomene de respingere.

Adsortia, prin care particulele in dispersie sunt retinute pe granulele stratului filtrant ca urmare a contactului peliculelor de lichid adsorbite la suprafata acestor particule si granule. Aceste pelicule sunt formate din cele 2 straturi ionice, primul de cationi, legat mai stabil sic el exterior, difuz, format din anioni si cationic mai putin legati, care pot intra in reactii de schimb cu ionii din mediul dispergent, sau ai altor pelicule adsorbite. Este deci suficient ca aceste pelicule sa vina in contact pentru ca particulele sa fie retinute prin adsortie.

B. Retinerea dispersiilor in apa in interspatiile stratului filtrantAl 2-lea mechanism de retinere a dispersiilor prin filtrare se refera la

acumularea acestora in interspatiul granular al mediului filtrant: sitarea retine particulele in zonele de tangenta ale granulelor stratului filtrant.

Retinerea particulelor in straturi succesive sub forma: Stratele de grosime elementare, normale pe directia de filtrare pot

retine fiecare o anumita cantitate de particule Dupa epuizarea acestei capacitate, dispersiile trec prin stratul

respective la cel urmator in sensul de filtrare Dupa completarea succesiva a capacitatii de retinere a tuturor

stratelor elementare, particulele trec prin stratul filtrant odata cu efluentul

Asupra cauzelor epuizarii capacitatii de retinere a particulelor in mediul filtrant exista multiple ipoteze care insa in esenta au in vedere:

Variatia structurii geometrice a mediului filtrant in timpul ciclului de filtrare si modificarea in consecinta a vitezelor interstitiale

Modificarea caracteristicilor suprafetei specifice a materialului filtrant

Distrugerea structurii depozitelor accumulate sub actiunea fortelor hidrodinamice

Mecanismele mentionate in cadrul teoriilor fizice, fizico-chimice si biologice de explicare a procesului de filtrare scot in evidenta complexitatea acestui process in care intervin foarte multi factori, parte dintre ei greu de controlat, mai ales datorita variatiilor in timp de-a lungul ciclului de filtrare.

3. Criterii pentru alegerea parametrilor tehnologici si constructivi ai statiilor de filtrare

Proiectarea statiilor de filtrare a apei trebuie sa fie fundamentata pe o cunoastere detaliata a caracteristicilor fizico-chimice si biologice a apei brute si a variatiei acestora in timp. Sunt necesare in acest scop studii hidrochimice care sa cuprinda cel putin o perioada de un an. Aceste studii au menirea sa stabileasca comportarea apei in procesele de tratare prealabila (deznisipare, coagulare, decantare) si totodata sa furnizeze date cu privire la indicatorii care caracterizeaza procesul de filtrare si in special: potentialul zeta, indicele de filtrabilitate pH, coeficientul de coeziune, natura, concentratia si comportarea in procesul de filtrare a substantelor organice.

3.1 Influenta concentratiei suspensiilor la intrarea si iesirea din statia de filtrare

In cazul apei destinate consumului populatiei, turbiditatea la iesirea din filter trebuie sa fie sub 5 grade. De regula filtrele care functioneaza in bune conditii livreaza apa cu turbiditati de cel mult 1-2 grade.

Pentru consumul industrial, filtrele trebuie introduce in schemele statiilor de tratare atunci cand se solicita apa cu turbiditati sub 20-30 grade.

O conditie esentiala pentru ca statia de filtrare sa functioneze in mod corespunzator este aceea a asigurarii unor limite maxime ale concentratiei suspensiilor la intrarea in filtre, in mod curent sub 10-15 mg/dm³ si in mod exceptional si numai pe perioade scurte, de 20-30 mg/dm³.

Durata ciclului de filtrare scade substantial o data cu cresterea turbiditatii peste 10 grade. In figura 3.61 sunt date curbele de variatie pentru ciclurile de filtrare pe sorturile de nisip fin 0,5-1,0 mm si nisip mediu 1,0-1,5 mm cu grosime de 1,0 m si viteze de 7-10 m/h.

In cazul straturilor filtrante fine si medii examinate se remarca scaderi ale duratei ciclului de filtrare de la 30-10h, pentru cresteri ale turbiditatii in apa bruta cu 12 repectiv 23 grade.

Odata cu reducerea duratei ciclului scade productivitatea specifica si deci randamentul general al instalatiei; exploatarea se scumpeste datorita spalarilor mai frecvente si creste consumul de apa pentru nevoi tehnologice.De aici decurge atentia ce trebuie acordata asigurarii unei bune coagulari si a unei decantari pana la limitele de turbiditate indicate mai inainte.

In cazul in care datorita conditiilor naturale ale apei la sursa, unde pot intervene viituri si frecvente mariri ale turbiditatii care nu poate fi redusa in mod corespunzator pana la intrarea in filtre, se va avea in vedere utilizarea unor straturi filtrante cu granulometrie medie-mare (1,0-2,0 mm) mai putin sensibile la astfel de cresteri accidentale ale turbiditatii.

3.2 Alegerea naturii compozitiei granulometrice si grosimea stratului filtrant

a. Natura materialului filtrantIn tehnica filtrarii apei se utilizeaza ca material filtrant, in majoritatea

cazurilor, nisipul cuartos. Acest nisip trebuie sa indeplineasca conditii speciale de calitate care sunt prevazute in STAS 1712-70. El trebuie sa contina cel putin 98% silice si cel mult 0,5% materii organice.

Toate materialele filtrante, inerte din punct de vedere chimic fata de apa ce se filtreaza si neavand proprietati adsorbante se comporta identic din punct de vedere al eficientei de filtrare daca granulometria si geometria particulelor sunt identice.

Utilizarea stratelor filtrante de antracit, cocs si polistiren expandat se face in special in cazul filtrelor multistrat ca urmare a faptului ca ele nu se amesteca cu stratul de baza din nisip cuartos datorita diferentei de masa specifica.

Dialomita se utilizeaza in filtre de treapta a doua pentru obtinerea unor ape cu exigente speciale de limpeditate.

Antracitul si marmura se pot folosi pentru filtrarea apei industriale in cazul in care se cere ca apa tratata san u contina urme de siliciu.

Carbunele active este folosit ca material filtrant in general intre filtre de treapta a doua cand se urmareste retinerea prin adsortie a anumitor compusi organici oxidati in prealabil cu ozon, a anumitor gaze dizolvate in apa sau a urmelor de produse.

b. Compozitia granulometrica si grosimea stratului filtrant Elementele geometrice ce caracterizeaza granulometria stratului filtrant

sunt: compozitia granulometrica , coeficientul de uniformitate, diametrul eficace, diametrul echivalent, forma granulelor si grosimea startului filtrant.

Alegerea compozitiei granulometrice care trebuie corelata cu grosimea stratului filtrant, se face tinand seama de o serie de considerente de ordin tehnologic si economic ce vor fi analizate in continuare.

Parametrii tehnologici de baza ai unui filtru sunt debitul si calitatea filtrantului. Debitul ce se filtreaza are tendinta sa scada in decursul ciclului de filtrare daca se mentine presiunea de lucru constanta. Aceasta scadere se datoreaza cresterii rezistentelor hidraulice in materialul filtrant datorita colmatarii acestuia cu suspensii.

In figura 3.62 se poate urmari evolutia turbei de presiune in interiorul unui filtru rapid cu curent descendent pe parcursul ciclului de filtrare.

3.3 Viteza de filtrare si reglajul functionarii filtrelor

a. Tehnologia de filtrare cu viteza variabilaAsupra modalitatii de exploatare a fitrelor rapide s-au produs importante

mutatii de la conceptia si principiul de functionare cu debit constant, la aceea a utilizarii in cursul unui ciclu de filtrare a vitezelor variabile, mai mari la inceputul filtrarii si mai reduse catre finele ciclului.

Mentinerea debitului constant pe durata ciclului de filtrare are urmatoarele influente nefavorabile asupra procesului de filtrare:

Permite, prin limitarea vitezelor initiale, depunerea suspensiilor in special in stratul superficial al filtrului care se colmateaza prematur.

Impiedica in consecinta patrunderea suspensiilor in profunzimea spatiului filtrant care este incomplete utilizat.

Creeaza pierderi de sarcina suplimentare datorita aglomerarilor de depuneri in stratul superficial.

Oblige o crestere permanenta a vitezei reale de curgere in mediul fitrant pe masura ce se produc depunerile de suspensii.

Produce perturbari ale echilibrului hidrodinamic din mediul filtrant prin reglarile necesare pentru marirea vitezei reale de curgere in vederea mentionarii debitului constant.

Pe langa aceste neajunsuri tehnologice, mentinerea debitului constant, reclama un aparataj special de reglare si intretinere a acestora. Prin trecerea la tehnologia de filtrare cu debit variabil pe parcursul ciclului, neajunsurile enumerate sunt eliminate.

Vitezele de filtrare descresc spre finele ciclului adaptandu-se astfel, in mod logic, la capacitatea mai redusa de filtrare din acea perioada.

b. Reglajul functionarii filtrelor cu viteza variabilaLa filtrele cu viteza variabila apare necesitatea limitarii vitezei initiale de

filtrare la cea stabilita prin proiect. Aceasta se poate realize in principal in doua moduri: prin limitarea inaltimii initiale a stratului de apa pe filtre formand ca acest nivel sa creasca odata cu cresterea pierderilor de sarcina, sau prin introducerea unui reglaj a nivelului de apa pe filtru.

Pentru a ramane constant acest nivel comanda, printr-un mecanism cu flotor si o vana fluture, introducerea unor rezistente hidraulice suplimentare pe conducta de iesire a apei filtrante. La lacuvele de filtrare mici se pot introduce pe conductele de ape filtrate vane cu actionare manuala care se regleaza o singura data la probele tehnologice, pentru a limita viteza initiala de filtrare la cea prescrisa. Eficienta tehnologica a reglajului cu nivel de apa constant pe filtre este mai buna, fara insa ca diferentele sa fie semnificative fata de cea a reglajului cu nivel variabil ascendent.

3.4 Alegerea intensitatilor si tehnologiei de spalare a filtrelor rapide

a. Rolul si modalitatile de spalare.Un rol primordial in buna functionare tehnologica a filtrelor rapide il are

spalarea eficienta a acestora.Operatia de spalare, prin durata sa si prin cheltuielile importante de

exploatare, reprezentate de consumul de apa si consumurile de energie electrica de

pompare, constituie un element care influenteaza in mare masura productivitatea si eficienta economica a filtrarii. La terminarea ciclului de filtrare prin atingerea pierderii de sarcina maxima admisibila sau deteriorarea calitatii filtrantului, stratul filtrant se afla la limita capacitatii de retinere si se impune cu suspensiile retinute sa fie evacuate din filtru.

Spalarea filtrelor se face, de regula, prin trecerea unui curent de apa in sens invers sensului de filtrare, care, insotit in faza incipienta de o barbotare cu aer, agita masa granulara a stratului filtrant si antreneaza suspensiile retinute, pe care le evacueaza prin deversoare si rigole situate la partea superioara a filtrului.

Spalarea stratului filtrant are de indeplinit urmatoarele functii: Desprinderea particulelor de suspensii retinute prin adsortie fizica

sau coalescenta ape granulele din strat. Evacuarea acestora impreuna cu namolul retinut la interspatiile

materialului filtrant prin efectele de sedimentare si sitare. Evacuarea apei incarcata cu namolul spalat, din spatial de deasupra

stratului filtrant.

b. Conditii care trebuie indeplinite in procesul de spalare: Spalarea trebuie sa se faca uniform cu aceleasi intensitati de aer si

apa, pe toata suprafata filtrului, efect ce se obtine printr-o alegere adecvata si o corecta executie a sistemului de distributie a apei si aerului de spalare.

O colectare riguros uniforma a apei de spalare, ce se obtine prin executia deversoarelor rigolelor de colectare.

Desfasurarea procesului de spalare trebuie sa evite antrenarea suspensiilor retinute la diverse niveluri din stratul filtrant spre partea inferioara a acestuia.

Intensitatile de spalare utilizate nu trebuie sa produca antrenarea, o data cu suspensiile, a materialului filtrant in rigolele de evacuare a apei de spalare.

Evacuarea completa a apei cu suspensii din zona cuprinsa intre suprafata stratului filtrant si muchia jgheaburilor de colectare a apei de spalare si evitarea depunerii de spuma sau impuritati pe peretii laterali ai cuvei de filtru. Limpezirea apei de spalare se produce cu atat mai rapid, cu cat muchiile de colectare a apei de spalare sunt mai aproape de suprafata stratului filtrant.

La terminarea spalarii apa ramasa in spatial de deasupra spatiului filtrant trebuie sa aiba o turbiditate aproximativ egala cu cea a apei decantate.

Durata de intrerupere a ciclului de filtrare in vederea spalarii, cuprinzand manevrele necesare si spalarea propriu-zisa, nu trebuie sa depaseasca 0,4 h.

O spalare necorespunzatoare a stratului filtrant favorizeaza colmatarea progresiva a anumitor zone din mediul filtrant. Ca urmare, in procesul de filtrare se produc zone preferentiale de curgere a apei prin stratul filtrant, cu viteze sporite si in paralel zone colmatate cu circulatie nula, fenomene ce conduc la o folosire numai partiala a stratului filtrant.

c. Intensitati de spalare si succesiunea operatiilor de spalare.Intensitatile de spalate depend de metoda de spalare aplicata, de compozitia

granulometrica si grosimea stratului filtrant. Pentru ca spalarea materialului filtrant sa isi indeplineasca rolul de regenerare integral a capacitatii de filtrare dupa fiecare ciclu este necesara o anumita succesiune a fazelor de spalare:

Faza de barbotare = deschiderea vanei de apa de spalare si pornirea unei pompe de spalare care sa asigure jumatate din debitul de apa.

= deschiderea vanei de aer si pornirea suflantei imediat ce nivelul apei a ajuns la deversorul jgheaburilor

Faza de limpezire = se inchide vana de pe conducat de aer si se opresc suflantele

= se porneste a doua pompa de spalare asigurand debitul de apa integral

d. Procedee de spalare intensiva. Anumite imbunatatiri in procedeul de spalare, in special in cazul stratelor

filtrante puternic colmatate, sau a celor in care se formeaza cruste de namol, se pot obtine prin utilizarea unor socuri de aer in timpul barbotarii. Aceste socuri se obtin prin introducerea pe conducta de aer de barbotare a unor electrovane ce se deschid periodic timp de cateva secunde evacuand aerul comprimate in atmosfera si intrerupand astfel barbotarea. Se obtin socuri de aer care au rolul de a sparge crustele si de a produce o agitare intermitenta mai violenta.

Pentru reducerea consumului de apa in perioada de limpezire se poate utiliza o spalare de suprafata la nivelul spatiului de deasupra stratului filtrant, utilizand apa decantata din alimentarea filtrului respectiv care nu se mai intrerupe pe durata spalarii.

4. Tehnica filtrarii apelor

In prezent tehnica filtrarii apei se utilizeaza o gama larga de filtre care pot fi clasificate dupa diferite criterii:

Viteza de filtrare = filtre lente = filtre rapide= filtre ultrarapide

Presiunea de functionare = filtre deschise = filtre uscate = filtre sub presiune

Compozitia granulometrica a stratului filtrant si numarul de sorturi ale acestuia: = filtre cu sort unic monogranular

= filtre cu strate multiple= filtre cu 2 strate de materiale diferite = prefiltre = degrosisoare = filtre de treapta a 2-a

Sensul filtrarii apei = filtre normale cu sensul de parcurgere descendenta

= filtre de contact cu sens de filtrare ascendant

= filtre suprapuse cu dublu sens de filtrare Modul de spalare = cu spalare cu apa

= cu spalare cu aer si apa = cu spalare autocomandata de tipul filtre fara vane = cu spalare continua

Modul de reglaj al functionarii = cu debit variabil= cu debit constant= cu reglaj al nivelului apei constant pe ciclu= cu nivelul apei variabil= cu debit proportional

Scopul tehnologic al filtrului = pentru limpezirea apei = pentru deferizare = pentru marirea duritatii = pentru reducerea gustului, mirosului sau substantelor organice

4.1 Filtre lente

Filtrarea lenta, cu viteze apropiate de cele ce se realizeaza in natura in stratele de apa subterana, asigura o lipmezire a apei fara coagulare chimica si posibil chiar fara decantare prealabila.

Coagularea materiilor coloidale din apa se produce datorita diastazelor secretate de algele si microorganismele care se fixeaza pe nisip, in zona superioara

a stratului filtrant formand o membrana biologica; aceasta membrana joaca si rolulu unui filtru retinand si oxidand microorganismele din apa bruta, astfel incat o dezinfectare ulterioara a apei nu mai este necesara.

Cu toate avantajele caitative, filtrele lente au in prezent o aplicabilitate redusa, datorita suprafetelor mari ocupate, a costului ridicat a lucrarilor necesare si a manoperei apreciabile necesare la curatarea lor periodica.

Alcatuirea constructive si instalatiile la un filtru lent sunt cele din figura 3.69. Dispozitia propusa se preteaza atat pentru cazul filtrelor asezate pe o singura parte a galeriei instalatiilor, cat si pentru dispozitia cu cuve pe ambele parti. Instalatiile sunt concepute pentru a se grupa integral de-a lungul si deasupra rigolei de golire. Spatiul din galleria instalatiilor ocupat de acestea este astfel de maximum 50,60 cm langa peretele cuvei ramanand resturi pentru circulatie, in vederea unei intretineri commode. Deasemenea, tijele vanelor care ies pe plaseul superior sunt retrase din culoarul de circulatie si aliniate la 50 cm dinstanta pe peretele cuvei. Data fiind manevrarea la intervale mari de timp a vanelor, acestea se prevad de obicei cu actionarea manuala.

Filtrul lent din figura 3.69 prezinta o amplificare fata de tipul clasic, in sensul ca nu reclama reglarea debitului. Aceasta s-a realizat prin ridicarea conductei de plecare a apei filtrate la nivelul + 2,40 m corespunzator inaltimii de apa pe filtru de 60 cm. La acest nivel debitul filtrului va fi zero. La nivelul de 70 cm apa peste stratul filtrant incepe filtrarea cu o pierdere se sarcina redusa, filtrul fiind proaspat curatit. Odata cu colmatarea filtrului creste nivelul apei in filtru, nivelul aval ramanand constant. Filtrul trebuie curatit cand nivelul apei a crescut cu maximum 50 cm adica apa a ajuns la nivelul preaplinului. De aici rezulta si o simplificare a supravegherii functionarii filtrelor.

Filtrele lente se construiesc de obicei in aer liber, fiind prevazute in constructii inchise doar instalatiile hidraulice si uneori culoarul de manevra pentru vane. Bazinele trebuie sa aiba la partea superioara cel putin 2 pereti. Pe acest considerent statiile de filtre lente prevad cuplarea a cel mult 2 filtre respective 4 in cazul in care ele sunt amplasate pe 2 randuri fata de galeria conductelor.

4.2 Caracteristici functionale si fluxul tehnologic

Din categoria filtrelor rapide vor fi examinate in mod special filtrele functionand cu viteza variabila si nivel amonte constant.

Acest tip de filtre se caracterizeaza in principal prin urmatoarele elemente tehnologice:

Viteza variabila pe ciclul de filtrare Distributia apei pe filtre prin sistem de clapete cu autoinchidere Sens de filtrare descendent Strat filtrant de nisip cuartos in sorturi monogranulare Reglajul nivelului constant al apei pe filtru printr-un sistem de vana

fluture cu flotor amplasata pe conducta de apa filtranta

Sistem de drenaj cu placi sau tevi cu crepine Spalarea cu aer comprimat si apa Sistem de colectare a apei de spalare pe jgheaburi colectoare avand

muchia de deversare deasupra nivelului normal de exploatare a apei in filtru

4.3 Constructia statiei de filtrare

Pentru filtraele rapide cu sens de filtrare descendent si strat filtrant monogranular care au in prezent cea mai larga aplicabilitate a fost selectata o dispozitie generala. Aceasta intruneste o serie de conditii tehnologice si constructive avantajoase care o recomanda pentru aplicare, atat din punct de vedere functional, cat si din punct de vedere al economiei generale a constructiei.

Statia de filtrare este constituita din n cuve de filtrare limitate de o galerie de distributie a apei brute situate etajat fata de galleria de colectare a apei de spalare. Pe latura opusa a cuvelor de filtrare se gaseste galleria conductelor si instalatiilor. Cuvele filtrelor au jgheaburi de colectare numai pe peretii laterali iar cuvele mari au un plus si un jgheab median avand partea inferioara o galerie de colectare a apei filtrante si de distributie a aerului ai apei de spalare.

Stratul filtrant este sustinut pe un system de drenaj constituit din placi cu crepine asezate pe grinzisoare. Suprastuctura halei inchide spatial pentru culoarul pupitrelor de comanda si pentru acces la partea superioara a cuvelor de filtrare si a galeriei de distributie.

Statia de filtrare poate fi dupa caz fundata direct sau asezata pe un rezervor de apa filtrata. Aceasta ultima dispozitie are avantajul de a grupa constructiile, cu consecinta economiei de teren ocupat, de a scurta legaturile tehnologice pe circuitul apei filtrate si al apei de spalare, pompele aspirand apa direct din acest rezervor. Dispozitia aceasta reclama un oarecare spor la constructia de beton armat a rezervorului care este insa compensate de avantajele aratate.

Dispunerea cuvelor pe ambele parti ale galeriei conductelor are avantajul de a concentra instalatiile statiei de filtrare, dar conduce la anumite dificultati in structura de rezistenta, marind aproape la dublu deschiderea constructiei si punand si unele probleme in legatura cu iluminatul natural si ventilatia galeriei instalatiilor. Totodata accesul la instalatiile din aceasta galerie este mai complicat decat in cazul cuvelor de filtrare pe un singur rand. Constructia unor astfel de statii de filtrare se leaga, pe de alta parte, mai dificil cu pavilionul de exploatare.

4.4 Sisteme de reglaj a filtrelor rapide deschise

Mentinerea nivelului constant pe filtrele rapide deschise, unica conditie de reglaj care se cere in conformitate cu tehnologia de filtrare cu viteza variabila se poate realize printr-un flotor, amplasat la nivelul apei pe filtrul care comanda fie o vana fluture amplasata pe conducta de apa filtrate, fie un sifon partializat, prin introducerea unei cantitati anumite de aer, care regleaza debitul de apa vehiculat de sifon.

Pentru filtrele cu suprafata de filtrale sub 20 m² se poate adopta un sistem de reglaj cu nivel variabil capatul superior al lirei 3 de pe conducta de apa filtrata

trebuie amplasat aproximativ la nivelul superios al stratului filtrant astfel incat nivelul initial al apei pe filtru sa fie de 30-40 cm iar nivelul final 70-80 cm.

4.5 Filtre cu dublu curent

In tehnica de limpezire a apei prin filtrare un loc important il detine marirea productivitatii filtrelor. Pe de alta parte s-au cautat solutii de simplificare a statiilor de tratare in general si de concentrare a filtrelor, in special in cazul in care sursa de alimentare cu apa o constituie lacurile de acumulare cu volume importante, in consecinta, apa bruta are un continut redus de suspensii.

Din aceste preocupari a rezultat filtrul cu dublu curent care se bazeaza pe un process de filtrare cu dublu sens pe doua strate filtrante suprapuse. Principiul de functionare ale acestor filtre este cunoscut, dar aplicarea practica, care s-a facut sub diferite brevete, a intampinat dificultati in special din cauza imperfectiunilor sistemelor de drenaj, de reglaj si de spalare.

La noi in tara s-au pus la punct, pe baza unor studii experimentale si s-au materializat o serie de statii de tratare a apelor de lac avand ca unica treapta de limpezire filtrele cu dublu curent. Astfel de statii s-au realizat la Cluj, Hunedoara, Sibiu si Suceava. Filtrele cu dublu curent trebuie precedate de instalatii, de microsite care sa retina microflora si fauna specifica lacurilor de acumulare.

4.6 Tehnologia filtrelor cu dublu curent

La filtrele rapide cu curent descendent apare contradictia intre capacitatea sporita de retinere a suspensiilor in stratele cu granulozitate mai mare si situarea acestor strate la partea inferioara a stratului filtrant, unde filtratul ajunge cu un continut redus de suspensii. Filtrele cu curent descendent functioneaza deci relativ neeconomic, din punct de vedere al productivitatii, intrucat acumuleaza in partea superioara a stratului filtrant, cu granule mai fine, retinerea maxima de suspensii si rezistenta specifica maxima a filtrului.

Utilizarea sensului logic de filtrare, cel ascendent, in scopul maririi capacitatii de retinere a suspensiilor este insa limitata de dificultatile care apar la partea superioara a stratului filtrant, unde depasirea unor viteze limita de filtrare produce desprinderi ale stratului si antrenarea impuritatilor in apa filtrata. Filtrele de contact, utilizand acest procedeu, nu pot fi folosite in tratarea apei potabile si datorita faptului ca evacuarea apei de spalare se produce prin acelasi spatiu cu apa filtrata.

Ca urmare s-a cautat ca prin combinarea filrelor rapide cu curent descendent si a filtrelor de contact cu curent ascendent sa se obtina pe de o parte eliminare unora din aceste inconveniente si pe de alta parte o sporire a productivitatii statiilor de filtrare.

Concepute ca treapta unica de tratare a apelor cu turbiditate redusa filtrele cu dubu curent concentreaza intr-o constructie monobloc functiile tehnologice de

amestec a apei cu coagulantul, de reactie si formare a microflocoanelor de suspensii, de limpezire, grosiera si limpezirea finala a apei.

Filtrul cu dublu curent se compune in principal dintr-un prefiltru care functioneaza in curent ascendent si cumuleaza functiile de masa de contact si reactie si de treapta de limpezire grosiera, suplinind astfel camera de reactie si decantorul din schemele statiilor de tratare clasice. Peste prefiltru sunt suprapuse, in aceeasi cuva, doua straturi de filtrare cu sensuri de filtrare ascendent, respectiv descendent care are functia de limpezire finala a apei prefiltrate si functioneaza cu viteze de aproximativ 0% din viteza din prefiltru.

Fluxul tehnologic de filtrare este urmatorul: apa bruta se distribuie la cuvele de filtrare dintr-o galerie de distributie prin conducte prin care sunt montate regulatoare de nivel aval comandate la nivelul apei pe filtre. Apa bruta tratata cu reactibii coagulanti si adjuvantii de coagulare este distribuita in filtre prin sistemul de distributie alcatuit dintr-o galerie longitudinala de distributie si o retea de tevi ramificate din aceasta galerie si prevazute cu crepine. Apa curge in curs ascedent stratul suport de pietris, unde are loc reactia si formarea microflocoanelor si in continuare stratul de prefiltru, unde are loc limpezirea preliminara. Parte din apa prefiltrata este colectata de sistemul de tevi cu crepine si este condusa la partea superioara a cuvei de filtru de unde in sens descendent se filtreaza prin strat iar partea a trece direct prin stratul filtrant in sens ascendent. In continuare sistemul de tevi cu crepine colecteaza apa filtrate pe cele doua sensuri si o conduce in afara cuvei de filtrare prin intermediul regulatoarelor de nivel amonte care mentin nivelul apei pe filtru in anumite limite.

Apa si aerul de spalare se introduce in galeria de distributie longitudinala prin conducte si se distribuie apoi prin reteaua de tevi cu crepine.

Prin studiile si cercetarile intreprinse in vederea stabilirii parametrilor tehnologici de dimensionare a filtrelor cu dublu curent, precum si a dispozitiilor constructive generale si de detaliu a acestora, au trebuit precizate in principal urmatoarele probleme:

Grosimea si granulozitatea stratelor prefiltrului care sa asigure pe de o parte o reactie corespunzatoare a suspensiilor cu coagulantul si adjuvantii de coagulare, iar pe de alta parte o retinere a suspensiilor pana la limita de 10-20 mg/dm³, cat s-a admis la intrarea apei in filtru.

Grosimea si granulozitatea stratelor celor doua filtre care sa asigure o distributie corespunzatoare a apei prefiltrate pe cele doua straturi de filtru, in tot cursul ciclului de filtrare si in acelasi timp conditia ca aceste straturi sa nu se amestece in timpul spalarii, cu stratul de prefiltru.

Optimizarea vitezelor de filtrare, corelat cu durata ciclurilor, pierderilor de sarcina si calitatea stratului; in legatura cu aceasta problema a fost studiata si influenta filtrarii cu viteza constanta si cu viteza variabila.

Determinarea intensitatilor si durata spalarii filrelor cu dublu curent si a dispozitivelor necesare in vederea obrinerii unei spalari eficiente.

Dispozitiile adecvate pentru sistemele de distributie si drenaj a apei brute, prefiltrate si filtrate care sa asigure reglajul pe ansamblu, atat a procesului de filtrare, cat si a spalarii.

Comportamentul pe ansamblu a filtrului cu dublu curent, ca instalatie unica de limpezire a apei si limitele de aplicabilitate ale acesteia.

4.7 Alcatuirea constructive a filtrelor cu dublu curent

Fata de instalatii bazate pe tehnologii similare, characteristic filtrelor cu dublu curent sunt urmatoarele elemente:

Sistemul de drenaj cu tuburi din PVC cu crepine care confera pe de o parte o distributie uniforma a apei brute, apei si aerului de spalare si de colectare a apei prefiltrate si filtrate sip e de alta parte o rezistenta buna la uzura in masa stratelor filtrante.

Sistemul simplificat de reglaj si control a nivelurilor la intratea si iesirea din filtru care asigura o functionare a ansamblului cu viteze variabile care se autoregleaza in functie de pierderile de sarcina.

4.8 Consideratiuni tehnico-economice asupra eficientei filtrelor cu dublu curent

Eficienta economica a filtrelor cu dublu curent decurge in principal in concentrarea pe aceeasi suprafata construita a stratului de reactie a coagulantului cu dispersiile din apa, a unui prefiltru si a doua filtre suprapuse care se realizeaza astfel viteze de 2,5 ori mai mare decat aceleasi unitati amplasate in instalatii de tip classic. Cu toata aceasta concentrare inaltimrea cuvei de filtru este mai mare doar cu 1 m fata de cea a cuvelor filtrelor rapide.

Constructia filtrelor cu dublu curent asigura in acest fel un indice de utilizare a suprafetei construite. Un avantaj important al filtrelor cu dublu curent il constituie eliminarea din schema tehnologica a decantoarelor si camerelor de reactie respective.

Functionarea acestui tip de filtru este in mare masura conditionata de ralizarea in bune conditii a sistemelor de distributie si colectare a apei si in special a sistemului inferior de drenaj. Aceasta reclama o executie riguros exacta a prefabricatelor care constituie galeria longitudinala de distributie, pozarea lor astfel incat galeriile de montaj a retelei inferioare de drenaj sa nu aiba devieri fata de un plan orizontal. Totodata aceste prefabricare trebuie etansate cirespunzator atat fata de radier, cat si intre ele pentru a nu permite scapari ale aerului si apei de spalare.

Sistemele de tevi cu crepine trebuie fixate in mod corespunzator pentru a nu se deplasa in timpul exploatarii sau in timpul introducerii stratelor filtrante.

Respectarea granulozitatii stratelor de prefiltru 2-4 mm si a celor de filtru 1-1,5 mm este esentiala pentru realizarea paramatrilor tehnologici ai filtrelor cu dublu curent. Calitatea materialului filtrant trebuie verificata la furnizor, inainte de expediere prin probe granulometrice pe fiecare lot.

Introducerea materialului filtrant si a stratului suport trebuie facuta fara a deranja sistemele de drenaj si in special fara a se circula direct pe tevi si pe crepine. In acest scop trebuie prevazute hodine provizorii pentru circulatia si montarea sistemelor de tevi pe masura introducerii stratelor filtrante de sup nivelul acestora.

In cazul deteriorarii unor crepine sau a sistemelor de drenaj inferioare, scoaterea materialului filtrant si accesul la acestea pentru remedieri ridica probleme dificile de exploatare si in consecinta trebuie preintampinate printr-o executie atenta si permanent supravegheata.

5. Filtre de constructie speciala

5.1 Filtre rapide sub presiune

Aceste filtre se utilizeaza in special in instalatii industriale sau in scheme tehnologice care prevad o pompare unica la intrarea in statia de tratare si in livrarea apei dupa filtrele sub presiune direct la consumatori. De asemenea, utilizarea filtrelor sub presiune prezinta anumite avantaje la statiile monobloc cu debite mici si la unitatile mobile.

5.2 Filtre cu dublu strat

Bazate pe observatia ca un strat filtrant omogen retine majoritatea suspensiilor in partea lui superioara, fiind astfel doar partial folostita capacitatea lui de retinere a suspensiilor, filtrele cu dublu strat sunt construite dupa tipul filtrelor rapide deschise sau inchise, in care stratul filtrant omogen este inlocuit cu 2 strate: cel inferior de nisip similar cu cel al filtrelor obisnuite sic el superior din antracit sau cocs metallurgic concasat. Compozitia granulometrica a antracitului se alege de oobicei dublu fata de cea a nisipului intrucat antracitul are o greutate specifica mai mica decat a nisipului ceea ce da posibilitatea de a spala cu aceeasi intensitate, necesara unui nicip cu granulozitate mai mica.

Aceste filtre pun insa o serie de probleme care nu sunt pe deplin rezolvate:

Dificultatea de procurare a stratului de antracit granulat de calitate corespunzatoare.

Reglajul spalarii pentru evitarea amestecarii celor doua strate de antracit si nisip si evitarea formarii bulgarilor de namol in special in stratul de antracit care are o putere mai mare de aglomerare in prezenta depunerilor de suspensii.

Din cauza rularii antracitului in timpul spalarii se pot semnala in apa filtrate resturi de praf de carbune.

5.3 Filtre de contact

Sub aceasta denumire se inteleg filtrele cu curent ascendent acand ca material filtrant o succesiune de straturi de nisip si spietris cu granulozitate descrecatoare in sensul de filtrare. Aceste filtre au capacitate mai mare de retinere a suspensiilor decat cea a filtrelor cu curent descendent. Din acest motive le pot fi utilizate fara o preabila de cantare a apei in cazul in care apa bruta nu depaseste un continut de suspensii de 200-300 mg/dm³.

Stratul inferior de pietris face si rolul de masa de contact, coagulantul introducandu-se direct la intrarea apei brute in filtru. Drenajul de la partea inferioara a filtrului poate fi de tipul celui utilizat la filtrele cu dublu curent. Apa bruta intra la parte inferioara trecand mai intai prin straturile de pietris si apoi parcurge, de jos in sus, materialul filtrant, din ce in ce mai fin. In acest fel se asigura o repartizare mai uniforma a impuritatilor in masa filtranta.

Aceste filtre se aplica in special la limpezirea apei pentru utilizari industriale. Pentru folosirea filtrelor de contact in scopul prepararii apei potabile trebuie facute reserve in legatura cu faptul ca apa de spalare cu toate impuritatile retinute in filtru se evacueaza pe aceleasi cai cu apa filtrata.

5.4 Filtre de autospalare

In scopul simplificarii instalatiilor si procesului de filtrare s-au construit filtre fara vane, cu autospalare.

Principiu tehnologic de functionare a filtrelor cu autospalare: apa decantata este introdusa in filtru, cu nivel liber, la partea superioara in conducta, care traverseaza filtrul prin tubul concentric, prin care apa este introdusa in spatial de deasupra stratului fitrant. Stratul filtrant este asezat pe un plaseu cu crepine sub care se afla spatial pentru apa filtrata. Aceasta comunica prin tubul cu rezervorul de apa filtrata pentru spalare, situat la partea superioara a filtrului, rezervor care ramane in timpul filtrarii plin in permanenta, intrucat apa filtrate pleaca prin preaplinul acestui rezervor.

Acesta este deci circuitul de filtrare care se face dupa principiile clasice ale filtrelor descries la acest capitol in ceea ce priveste viteza de filtrare, compozitia granulometrica, grosimea stratului filtrant si pierderea de sarcina.

In ceea ce priveste reglajul filtrarii, acest filtru are nivelul aval constant iar nivelul amonte este variabil si crese in tub in timp, odata cu pierderea de sarcina in

filtru. Deci filtrul nu are nevoie de un reglaj special. Spatiul apei decantate de peste stratul filtrant este legat cu un sifon la conducta de evacuare a apei de spalare. Rolul acestui sifon este de a amorsa si declansa spalarea filtrului ajuns la limita de pierdere de sarcina admisa. Astfel, partea superioara a sifonului este amplasata la o cota, peste nivelul preaplinului egala cu pierderea de sarcina admisa in filtru. Cand nivelul apei decantate creste in filtru la aceasta cota, se produce amorsarea sifonului, si incepe spalarea filtrului.

Problemele speciale de proiectare a acestor filtre trebuie sa rezolve si sa asigure:

Alegerea corespunzatoare a stratului filtrant Dimensionarea corecta a tubului de legatura si a sistemului de

sifonare a apei Posibilitatea de reglare a cotei superioare a sifonului in functie de

pierderea de sarcina Asezarea la o cota sufficient de scazuta a partii inferioare a tuburilor

pentru a evita patrunderea aerului prin tubul de acces al apei brute in timpul spalarii

5.5 Filtre uscate

Folosite in special in Olanda pentru tratarea apelor subterane continand amoniac si mangan, aceste filtre se caracterizeaza prin faptul ca stratul filtrant nu este inundat, ci din potriva se urmareste activare unui curent de aer prin stratul de nisip, apa fiind pulverizata deasupra acestuia. Aerul este aspirat sub un planseu cu crepine de o pompa sau de un ejector.

In acest fel, in stratul filtrant se dezvolta bacterii care transforma amoniacul in nitriti. Aceste filtre pot functiona insa numai dupa cantitati sub 2,5 mg/l azot amoniacal, datorita limitei de solubilitate a oxigenului in apa, care nu depaseste 10-11 mg/l.

In cazul prezentei amoniacului, retinerea manganului este foarte buna. In caz de dificultate se poate apela la o tratare prealabila a apei cu permanganat de potasiu: este insa necesar ca apa sa contina doar cantitati mici de fier si materii organice, care prejudiciaza buna functionare a acestui tip de filtru.

Spalarea acestor filtre trebuie facuta in momentul in care se observa pe suprafata nisipului mici oglinzi de apa, indiciu ca stratul filtrant este colmatat si o buna circulatie a aerului nu mai este posibila.

5.6 Microfiltre

Prin microfiltre se inteleg filtrele folosind pentru limpezirea apei materiale poroase foarte fine care un reclama o coagulare prealabila a apei. Astfel se utilizeaza crepine poroase de portelan pentru debite mici si turbiditati reduse; ele

au dezavantajul unei colmatari rapide, al pierderilor mari de sarcina si al greutatii de regenerare a crepinelor colmatate.

5.7 Microsite

De la sitele care protejeaza pompele si conductele, cu ochiuri care nu coboara sub 0,5 sau 0,2 mm s-a ajuns, printr-o tehnologie avansata de construire a plaselor foarte fine din fire de otel inoxidabil sau din material plastic, sa se obtina microsite nu ochiuri pana la 20,40.

Prin aceste microsite se reuseste o retinere a suspensiilor, microorganismelor de dimensiuni superioare ochiului de sita si in mare masura chiar a celor cu dimensiuni mai mici, aceasta datorita colmatarii progresive a ochiurilor astfel incat aceste instalatii capata rol de filtrare a apei, putand fi utilizate ca treapta unica de tratare in cazul apelor industriale.

Spalarea micrositelor se face cu jet de apa continuu la partea superioara a tamburului, apa de spalare fiind evacuate pe un jgheab asezat dedesupt in interiorul tamburului.

Trecerea apei prin microsite retine in special materiile organice in suspensie, microfauna si microplanctonul. Eficacitatea scade la suspensiile coloidale, minerale si deci nu amelioreaza in mod substantial nici turbiditatea apei nici culoarea apei si de asemenea nu sunt retinute materiile microscopice. Din acest motiv micrositele se folosesc inainte filtrelor lente pentru a prelungi ciclul de functionare al acestora si pentru cazul apelor de lac cu turbiditate mica, dar continand plancton. Studiile directe pe teren cu apa care trebuie tratata si in special puterea colmatata a acesteia sunt indispensabile pentru a putea recomanda micrositele pentru filtrarea apei.

5.8 Filtre radiale cu functionare intermitenta

Aceste fitre sunt de tipul filtrelor rapide sub presiune cu sens de filtrare radial-orizontal.

Inventia revendica urmatoarele avantaje ale acestor filtre: O eficienta deosebita a filtratii sub raport calitativ, filtratul fiind de

cateva ori mai limpede decat la filtrele traditionale. Apa se filtreaza cu viteze descrescande, ceea ce mareste durata

ciclurilor si reduce complet sau partial cantitatile de reactivi. Sistemele de drenaj utilizate permit folosirea unor materiale filtrante

foarte fine de 0,1-0,2 mm, ceea c ear creste eficienta filtrarii.Spalarea acestor filtre se face in curent ascendant cu apa bruta, fara a fi

nevoie de rezervoare de spalare. Aceste filtre sunt propuse si pentru filtrarea in serie, in care caz amenajarea celor doua trepte de filtrare este realizata concentric in acelasi cazan.