Фильтрация или фильтрование — разделение жидкости и входящих в ее состав твердых веществ путем пропускания через пористую среду. Последней может выступать фильтрующий материал или засыпка/загрузка. В итоге на фильтре остаются твердые примеси, а после него получается очищенная жидкость — фильтрат.
Принцип фильтрации
Эффективность фильтрации определяют способность фильтрующего материала задерживать, фиксировать и отделять твердые примеси, извлеченные из воды.
Примеси могут задерживаться в результате механического процеживания. Задерживаемые в этом случае частицы имеют более крупный размер, чем отверстия в фильтре или в осадке на его поверхности. Применительно к бытовым фильтрам часто используют термин "пористость". Чем меньше пористость фильтрующих картриджей, тем выше качество очистки воды.
Задерживание может обеспечиваться и за счет постоянного контакта частиц загрязнения с фильтрующей загрузкой. Это наиболее характерно при фильтрации в глубину слоя, о котором мы поговорим ниже.
Фиксирование частиц обусловлено заклиниванием, зацеплением и адсорбцией. Чтобы твердым примесям зафиксироваться на материале, необходимо сочетание невысокой скорости подачи воды.
По мере загрязнения фильтрующего материала, фронт фильтрации смещается вглубь слоя, а впоследствии — в фильтрат. Отделение частиц и их миграция обусловлена все более возрастающей скоростью движения воды из-за уменьшения пропускной способности слоя и прежнем давлении.
Фильтрация в глубину слоя
При прохождении через фильтрующий слой происходит потеря напора. В зависимости от природы фильтра, его состояния и параметров воды он может иметь различное гидравлическое сопротивление. Его величину можно рассчитать из уравнения Дарси:
R = 1/K = ΔP/HVm, где
R — гидравлическое сопротивление фильтра;
K — проницаемость фильтра;
ΔP — потеря напора;
H — толщина фильтра;
V — скорость фильтрования;
m — динамическая вязкость воды.
Это уравнение не учитывает влияние пористости фильтрующего материала и удельной площади поверхности гранул фильтра (для зернистых загрузок). Ее можно применять для условий, когда R постоянно по всей толщине фильтрующего слоя. На практике же все иначе, потому что пористость материала постоянно снижается, а потеря напора постепенно возрастает:
ΔP = ΔP0(1 + a*b), где
a — коэффициент;
b — объем осадка на единицу объема фильтра.
Фильтр забивается неоднородно, поэтому значения коэффициентов зависят от конкретных условий водоочистки и выводятся экспериментально.
Фильтрация с образованием осадка
В случае высокого содержания твердых примесей и фильтрации под давлением на поверхности фильтра образуется слой осадка, который во многом определяет качество очистки.
Величина гидравлического сопротивления, рассчитанная выше по уравнению Дарси, включает в себя гидравлические сопротивления самого фильтра и образовавшегося осадка.
Забивание фильтра
Со временем любой материал забивается твердыми примесями. Динамика этого процесса зависит от следующих факторов:
- скорость фильтрации. Чем выше скорость, тем быстрее забивается;
- типа веществ в воде. Больше для взвешенных частиц и микроорганизмов, меньше — для минеральных примесей с зернистой структурой;
- от свойств фильтра: пористости, однородности и т.п.
При максимально предусмотренной потере напора фильтр считают забитым. Далее его можно промыть либо заменить. Промывка предусмотрена преимущественно для засыпок.
Выбор способа фильтрации
Возможно два подхода к очистке воды фильтрованием: на поверхности или в слое. Выбор определяют загрязнения в воде, необходимое качество фильтрата, имеющиеся площади для водоочистной установки, возможность промывки.
В бытовых условиях используют фильтрацию в слое (в станциях водоочистки) и очистку с помощью фильтрующих картриджей в магистральных и проточных фильтрах, а также системах обратного осмоса.
Для механической фильтрации на станциях применяют кварцевый песок разной фракции. При небольшом содержании твердых и взвешенных веществ возможно использование активированного угля в гранулированной форме.
В качестве фильтрующей части могут использоваться следующие элементы для механической очистки:
- расходуемые картриджи с ограниченным ресурсом. Это могут быть гофрированные бумажные, нейлонные, поликарбонатные и картриджи из других нетканых материалов, например, из вспененного полипропилена. Тонкость фильтрации варьируется в пределах от 0,1 до 20 мкм;
- сеточные картриджи с возможностью промывки. Изготовлены из нержавеющей стали или полиэфирного пластика. Обеспечивают фильтрацию на уровне 20-200 мкм. Промываются при противоточной или касательной промывке.
Все необходимое для фильтрации горячей и холодной воды можно найти в нашем каталоге. Это и готовые решения, и комплектующие к водоочистному оборудованию. Представлены наиболее популярные и надежные бренды. По вопросам выбора материалов и оборудования для водоочистки пишите в чат или звоните по телефону!