АНГЛИЙСКИЕ ФИЛЬТРЫ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
АНГЛИЙСКИЕ ФИЛЬТРЫ
. При водопроводах, берущих воду из рек, озер, прудов и нек-рых других водоемов, обыкновенно устраиваются песочные фильтры англ. или америк. системы, через к-рые очищают воду, прежде чем направить ее в водопроводную сеть. А. ф. принадлежат к числу медленно работающих,
американские фильтры
(см.)— к числу быстро действующих. Медленные песочные фильтры получили название английских потому, что впервые начали строиться при водопроводах в Англии; первый А. ф. был построен инж. Симпсоном в 1829 г. в Лондоне для очистки воды из реки
Рисунок 1. Большой закрытый английский фильтр, врытый в землю и засыпанный поверх сводов песком.
Темзы. В Берлине песочные фильтры были построены в 1853 г., в Москве—в 1902 году. А. ф. представляют собой огромные, врытые в землю железобетонные или выложенные из кирпича и камней на цементном растворе бассейны, загруженные фильтрующими материалами и наполненныеводой(см. рисунок 1). Они бывают «открытые» и «закрытые». Закрытые фильтры имеют то преимущество перед открытыми, что прочные бетонные своды, к тому же засыпанные сверху землей, надежно защищают воду от резких колебаний наружной атмосферы; зимой вода в фильтрах не замерзает, а летом сильно не нагревается, и в них не развивается такого огромного количества зеленых водорослей, как в открытых; кроме того, они защищены от всякого рода случайных загрязнений со стороны людей и животных. А. ф. устраиваются разных размеров в зависимости от потребности, при чем площадь каждого отдельного закрытого фильтра нередко достигает 2.000—2.500 кв.
м,
т. е. около % гек~ тара, площадь открытых доходит до 3.000— 7.500
кв. м.
Загрузка А. ф. фильтрующими материалами производится в след. порядке (см. рисунок 2 и 3): на дне бассейна устраиваются дренажные каналы для собирания и оттока очищенной воды; на каналы кладут слой камней величиной с кулак, на них накладывают слой камешков величиной с грецкий орех, затем насыпают слои крупного и мелкого гравия и на последний нагружают толстый слой мелкого песка. Камни и гравий в фильтре играют лишь роль опоры, поддерживающей песок. Толщина слоев камня, гравия и песка варьирует в зависимости от конструктивных особенностей фильтров. Так например, новые московские фильтры в Рублеве совершенно не имеют слоя камней. Наиболее типичным считается след. расположение фильтрующих слоев: Полевые » камни. » Диаметр зерна. . 200—60
мм. .
60—30 » 30—20 » Толщина слоя 25
см
15 » 12
»
» »
»
20—10 » 4— 3
»
1, 0—0, 3» 8 » 5 » 150—60 » Общая толщина слоев—от 1,5 до 2,0 л». Весь материал для загрузки фильтров должен быть хорошо отсеян, равномерной величины, тщательно промыт и освобожден от органических примесей. После загрузки фильтрующими материалами А. ф. наполняют снизу вверх водой до высоты 1
м
над уровнем песка и оставляют его на нек-рое время в покое, затем очень медленно пускают в действие. В течение первых дней вновь загруженный фильтр дает не вполне хорошо очищенную воду; затем постепенно работа его налаживается, и он начинает очищать воду. Такой хорошо работающий фильтр называют «зрелым». Созревание фильтра зависит от образования на поверхности песка тонкой и очень неясной биол. «пленки», состоящей из водорослей, бактерий и осевших из воды взвешенных частиц глины. Из различных видов водорослей, которых в пленке находили до 160 видов, особенно полезными являются Bacillariaceae, придающие пленке строение войлока с очень мелкими порами. Пленка располагается не только на самой поверхности песка, но также проникает и на некоторую глубину, при Рисунок 2. Поперечный раарез английского фильтра:
1
—вода;
2
— песок;
3
—гравий и камни;
i
—дренаж; а—коллектор. чем каждая песчинка покрывается слизистым слоем, населенным бактериями-сапро-фитами и протозоями, уничтожающими бактерий-загрязнителей воды.—В зависимости от качеств подлежащей очистке воды зрелый А. ф. непрерывно работает от нескольких
]ШШ^^Ш^шШ
Рисунок 3. Разрез дрены английского фильтра:
а
—дренажный канал;
Ь
—штукатурка;
2
и
3
—соотв. рис. 2. недель до 6 мес. и более. По мере работы фильтра толщина пленки постепенно возрастает, и, хотя качества фильтрата прогрессивно улучшаются, однако, слишком плотная пленка очень замедляет фильтрацию. Для получения надлежащего количества. фильтрованной воды требуется поэтому постепенно увеличивать напор воды, устанавливая все большую разницу уровней в фильтре и отводящей камере (см. рисунок 4). Это допустимо лишь до известного предела, иначе может произойти внезапный прорыв пленки и резкое ухудшение качеств фильтрата. Падение потери напора А. ф. обычно пропорционально скорости фильтрации; эффективность фильтра не падает с потерей напора. Допустимый предел потери напора считается 0,9—1,2
м,
но в иных случаях (двойная фильтрация) он может быть доведен и до 1,8
м.
Чем выше t° воды, тем меньше трение в песке, поэтому потеря напора обычно меньше летом и больше зимой; при крайних цифрах отношение может сделаться равным 1:2. Как только пленка в А. ф. достигла определенной плотности, на что указывает значительно увеличившаяся разность уровней воды на фильтре и в отводящей камере, является необходимость «чистки» фильтра. Для этого останавливают работу фильтра, спускают с него воду и железными лопатами снимают сверху слой песка на 1—2
см;
при этом удаляется самая плотная верхняя часть пленки и все осевшие на песке загрязнения. Механическая чистка А. ф., весьма желательная в гигиен. отношении, не получила, однако, широкого распространения. По окончании чистки фильтр очень осторожно наполняют водой, при чем заполнение песка происходит током фильтрованной воды снизу вверх. Затем фильтр пускают в действие и в течение 2—3 дней спускают из него фильтрат в реку, пока фильтр вновь созреет для правильной работы. После нескольких чисток слой песка в фильтре значительно уменьшается, и, когда его останется около половины, в фильтр добавляют свежего промытого песка до первоначальной толщины. Глубокие слои песка в фильтре загрязняются очень медленно, и только по прошествии многих лет может понадобиться полная перегрузка и промывка всего фильтра. После догрузки А. ф. иногда наблюдается, что потеря напора возрастает гораздо быстрее, чем это бывает на молодом фильтре; чистка не восстанавливает в таких случаях первоначальной величины потери напора. Это явление, наблюдавшееся и на московских фильтрах, объясняется подповерхностным загрязнением («subsurface clogging» американцев, «погребенная пленка» по московской терминологии). Если перед самой догрузкой слой старого песка удален на недостаточную глубину, то крайне тонкая муть оседает на этом загрязненном слое, образуя как бы вторичную пленку, не поддающуюся чистке, так как она «погребена» под догруженным слоем. Ясно, что чистка поверхностной пленки не поможет делу. Причина явления, поми-р мо небрежностей при догрузке, объясняется, при двойной фильтрации, проникновением на значительную глубину коллоидных соединений А1 с органическими веществами, что может произойти даже при прозрачном предварительном фильтрате, поступающем на А. ф. Когда при А. ф. коагулирование не употребляется, такое явление может произойти от коллоидных соединений Fe с органическими веществами (паводки). Причина указывает и на меры предупреждения нежелательного явления, если же оно произошло, то необходимо прибегнуть к перегрузке песка. Для получения хороших результатов при очистке воды А. ф. требуется, чтобы эксплоатация их велась по определенной программе, выработанной в строгом соответствии с работоспособностью и конструктивными особенностями данных фильтров. Скорость фильтрования должна быть равномерная в течение круглых суток и не превышать 100
мм
в 1 час. Скоростью фильтрования называется высота столба воды, прошедшего через единицу кв. площади в единицу времени. Изменение скорости фильтрования всегда сопровождается изменением давления, под влиянием к-рого происходит фильтрование, а это легко вызывает разрывы нежной пленки и нарушает правильную работу фильтра. Если А. ф. работают в постоянном контакте с префильтрами, как это имеет место в Москве, то скорость фильтрования без особого ущерба может быть увеличена в 172—2 раза. Для регулирования скорости фильтрования каждый фильтр снабжается соответствующим прибором—регулятором, расположенным в камере, отводящей из фильтра очищенную воду (см. рисунок 5). При этом регулятор допускает вытекание в единицу времени только определенного количества воды, благода
ря чему в фильтре поддерживается определенная и равномерная скорость фильтрования. Вода, подлежащая очистке, забирается из водоема посредством специального приемника. Для освобождения вод ы от плавающих в ней крупных предметов и грубых примесей забирный конец трубы на приемнике обрешечивается, и нередко добавляются медные луженые сетки
Рисунок 4. А —камера, отводящая фильтрованную воду из английского
фильтра; с—регулнтор скорости фильтрования;
t
—отводящая труба;
а
—труба, приводящая воду в камеру (коллектор фильтра); d—вентиляция фильтра. с прозорами около 1
см.
Изредка применяемые «сеточные отделения» фильтровальных станций играют в то же время и побочную роль аэраторов. Устраиваются и самостоятельные аэраторы, главн. образ., в С.-А. С. Ш., в виде, например, больших фонтанирующих струй, помогающие ослаблению запаха и вкуса воды при цветении водоемов, при наличии маслянистых пленок, нефтяных остатков и проч. Прежде чем поступить на А. ф., вода обыкновенно подвергается после приемника отстаиванию в больших открытых или закрытых бассейнах, где бблыпая часть взвешенныхча-стиц (песок, глина и проч.) оседает; это очень предохраняет фильтры от скорого загрязнения и улучшает всю их работу. Отстойники бывают двух основных типов, различающихся по периоду осаждения: в одном случае этот период измеряется месяцами и неделями, в другом— часами. Так например, в Лондоне, Вашингтоне Филадельфии вода отстаивается 5—14 дней; в Москве от 8 до 12 часов. Первый тип конструктивно упрощенный, без перекрытия, но требующий весьма больших водовместилищ, так как он играет, главным образом, роль окопного бассейна, сильно увеличивает эффект седиментации, в том числе и по отношению к бактериям, и имеет большое значение для английских фильтров, так как значительно улучшает воду в периоды повышения ее мутности и числа бактерий (половодье, паводки). Недостатки его—цветение (борьба—путем применения медных солей в ничтожных дозах).— Вовремя больших речных паводков, когда вода чрезвычайно мутна от взмученных крайне мелких частиц глины, прибегают, кроме отстаивания, еще к химической обработке воды «коагулированием» и к пропусканию ее через предварительные, быстро работающие фильтры, после чего уже ее направляют для окончательной очистки на А. ф. Процесс коагулирования заключается в том, что к мутной речной воде перед поступлением ее в отстойник прибавляется раствор сернокислого алюминия в количестве 0,5 — 2
г
Al. j(S04)3 . 18H20 на
Рисунок 5. Регулятор скорости фильтрования системы Линдлеп: с—плавающий поплавок; g— окно для входа воды; ABC —задвижка для регулирования величины окна, Т—труба, отводящая воду из регулятора в резервуар очищенной воды. Нижний рисунок — вид регулятора Линдлея сверху.
12,3
л
воды. Вследствие взаимодействия с двууглекислыми солями извести и магнезии, всегда находящимися в воде, чсернокислый алюминий разлагается с выделением хлопчатого осадка гидрата окиси алюминия, который обволакивает находящиеся в воде частички глины и бактерии и, оседая, увлекает на дно отстойника около 75% их. По выходе из отстойника коагулированная вода содержит еще значительное количество неосевших хлопьев гидрата окиси алюминия, и для того, чтобы задержать их и тем предохранить А. ф. от закупоривающего действия их, воду из отстойника пропускают через быстро действующие предварительные фильтры («префильтры»), загруженные гравием и крупным песком. Смотря по свойствам очищаемой воды, предварительные фильтры устраиваются различных систем, напр., Reisert’a, Puech’a, Maignen’a и др. В Бремене и некоторых др. городах вместо предварительных фильтров применяется двойная фильтрация воды по Gotze, через два расположенных друг за другом А. ф.— В Москве, где работа А. ф. отличается большим совершенством, коагулирование речной воды применяется только несколько раз в году, гл. обр., во время весеннего половодья и других больших паводков на реке Москве. Предварительные фильтры в Москве работают круглый год, т. к. непрерывная работа их оказалась весьма выгодной в том отношении, что улучшает качества фильтрованной воды и в то же время значительно удлиняет периоды полезной работы А. ф., сокращая расходы на их чистку и дополнительную загрузку. В Москве отстойник задерживает во время коагулирования, т. е. во время паводков, до 88% бактерий, а зимой и летом, когда речная вода содержит мало бактерий и взвешенных частиц, эта задержка понижается до 0—37% бактерий. В зимние месяцы в отстоявшейся воде нередко замечается даже больше бактерий, чем в речной. Предварительные фильтры задерживают от 32 до 51% бактерий при коагуляции и от 45 до 70% без коагуляции. Нередко вода, прошедшая через предварительные фильтры и поступающая затем на А. ф., содержит менее 100 бактерий в 1
куб. см,
так что на долю английских фильтров приходится очень мало работы по ее очистке. Главными факторами, играющими роль при очистке воды А. ф., являются: 1) биол. процессы, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов, населяющих пленку и верхние слои песка в фильтре; 2) механическое задерживание взвешенных частиц мелкопористой пленкой; 3) аттракция (притягивание, прилипание) взвешенных частиц и микроорганизмов слизистой поверхностью песчинок; 4) адсорпция (поглощение); 5) окисление—хим. действие растворенного в воде кислорода.—Наиболее важное значение имеет первый фактор, т. е. биологич. процессы. В России Шидловский первый в 1881 г. выдвинул вопрос об участии микроорганизмов в хим. действии А. ф. на воду. , Он экспериментально показал, что песочные фильтры лишь тогда переводят органические вещества воды в неорганические соединения, когда песок был достаточно долго в употреблении и в порах его успели накопиться вещества, служащие почвою для развития низших организмов. Если песок прокалить, то микроорганизмы гибнут и хим. работа фильтра прекращается. К таким же выводам пришел и Piefke в Берлине; он нашел, что фильтр, загруженный стерилизованным песком, работает значительно хуже обыкновенного и очень плохо задерживает бактерии из воды. Не поглощение (Adsorb-tion) и окисление (Oxydation), а потребление (Konsumption), по словам Piefke, есть тот фактор, к-рый улучшает воду при процессе очистки ее А. ф. Хорошо работающие А. ф. устраняют из воды все взвешенные частицы и всю видимую муть, они улучшают вкус и запах воды, удаляют аммиак, азотистую кислоту, сероводород и значительно уменьшают окис-ляемость. На понижение сухого остатка извести, магнезии, хлора и на цвет воды фильтры оказывают незначительное влияние. Количество бактерий в воде резко уменьшается, при чем процент задержания их достигает 99,0—99,9%. Нек-рые авторы, на основании опытов в Лауренсе, защищают правило: проходимость бактерий сырой воды обратно пропорциональна квадрату скорости фильтрации и прямо пропорциональна эффективной величине песка загрузки. Под полезной («эффективной») крупностью песка подразумевают размер отверстий сита, пропускающего через себя наиболее мелкие песчинки, составляющие 10% объема песка. Отношение средней крупности зерен песка к эффективной крупности есть коэф. однородности. По американским требованиям, козф. однородности должен находиться в пределах между 1,7 и 3,0. На полное удаление из воды всех бактерий при помощи фильтрации через песок рассчитывать нельзя; хотя бактериол. контроль при благоприятных
условиях может временами указывать на полное отсутствие бактерий в фильтрованной воде, но это лишь очень редкое, а может быть и случайное, явление, зависящее от того, что при бактериол. контроле из общей массы профильтрованной воды берется для посева лишь ничтожное количество ее, обыкновенно не более 1
куб. см.
Согласно указаниям Коха, проверенным на практике, работу А. ф. можно считать безупречной с сан. точки зрения, если выходящая из него фильтрованная вода содержит не более 100 бактерий в 1
куб. см.
В наст, время регулярный бактериол. контроль за А. ф. считается безусловно необходимым для всех фильтровальных станций, очищающих питьевую воду. В сеть городского водоснабжения должны включаться только фильтры, дающие фильтрованную воду с содержанием не более 100 бактерий в 1
куб. см.
Следует отметить, что работа А. ф., если они имеют добавочные сооружения и если эксплоатация их ведется правильно, отличается большим постоянством, и зрелый фильтр, установивший хорошую работу, дает доброкачественную воду, содержащую менее 100 бактерий в 1
куб. см,
почти до полной своей закупорки чрезмерно разросшейся пленкой. Что касается вопроса о задержке А. ф. патогенных бактерий (брюшного тифа, хо – леры и др.) из воды, то весьма обстоятельные опыты (Piefke, Fraenkel, Kabrhel и др.) достаточно ясно показали, что патогенные микроорганизмы могут проникнуть через песочный фильтр и появиться в фильтрате. Вероятность такого случая, в общем, невелика, если принять во внимание, что на практике никогда не приходится иметь дело с питьевыми водами, загрязненными таким огромным количеством патогенных бактерий, какое применялось при экспериментальных исследованиях; тем не менее, возможности такого печального случая нельзя безусловно отрицать. Многочисленные статистические данные, тщательно разработанные для многих городов Европы и Америки (в особенности для Берлина, Мюнхена, Дрездена, Гамбурга, Вены, Парижа, Одессы, Варшавы), свидетельствуют, что заболевания брюшным тифом и вообще жел.-киш. расстройства в этих городах сильно уменьшились после устройства хороших водопроводов, питающихся речной водой, очищенной А. ф. В высокой степени демонстративен ход известной холерной эпидемии осенью 1892 г. в г. Гамбурге и в расположенном рядом с ним г. Альтоне. Оба города пользуются водопроводной водой из реки Эльбы. Гамбург, снабжавшийся нефильтрованной водой из р. Эльбы, осенью 1892 г. сильно опустошался холерной эпидемией, в то же время Альтона, пользовавшаяся фильтрованной водой из той же реки, осталась пощаженной холерой.—В целях профилактики, за водоемом, из к-рого берется вода для фильтрования, следует все же установить постоянный сан. надзор, и должна быть установлена санит.
охранная зона
(см.). В случае фекального загрязнения водоема, в особенности в эпидемическое время, следует прибегнуть к
хлорированию
(см.) или
озонированию
(см.) воды. В Москве имеется при А. ф. специальная установка для хлорирования, к-рой в последние годы часто пользуются вследствие значительного загрязнения воды в р. Москве. Для того, чтобы иметь возможность своевременно констатировать фекальное загрязнение водоема, при бактериол. контроле за А. ф., кроме обычных бактериол. посевов, делают регулярное исследование подлежащей очистке воды, а также и фильтрованной воды на кишечную палочку (Вас. coli commune).—Подводя итог всему сказанному об А. ф., можно вполне рекомендовать эти фильтры для центральной очистки водопроводной воды. С наибольшим успехом А. ф. применимы к водам, отличающимся малым содержанием глинистой мути и малой цветностью, или, по крайней мере, к водам, у к-рых эти качества ухудшаются на относительно недолгий (1—-2 мес. в году) срок. Это, гл. обр., воды озер и рек с постоянством в отношении вышеуказанных свойств. В остальных случаях А. ф. требуют б. ч. указанных выше добавочных установок для предварительной очистки (периодическое коагулирование, префильтрация и др.). Очень полезны А. ф. и как заключительный процесс после американских фильтров, работающих на сильно загрязненной воде. Прекрасно и уже давно работающие А. ф. в Берлине, Варшаве, Одессе, Москве и многих других городах могут служить хорошим примером и даже гарантией того, что при правильном устройстве и надлежащей эксплоатации очистка воды будет вполне обеспечена.
Лит.:
Брилинг С. Р., Курс водоснабжения, 1923; Б у д н и к о в, Водоснабжение городов и селений, 1926; Игнатов Н., Английские песочные фильтры, 1908; Кашкаров Н., Курс водоснабжения, 1926; Ушаков Н., Водоснабжение, 1926; Эльманович, Современные способы очи
стки питьевой воды, 1925; Отчеты и протоколы всероссийских водопроводных и санитарно-технических съездов; Abel В., Die Vor-schriften zur Sichenmg gesundheitsgemasser Trink – u. Nutzwasserversorgung, Berlin, 1911; Luger u. Wey-rauch, Wasserversorgung derStadte, 1914—16; Pres-cott W. u. Wins lo w С Elements of water bacteriology, N. Y., 1915; S pitta O. u. Reichle K., Wasserversorgung (Rubner, (iruber, Ficker, Handbuch d. Hygiene, B. II, Lpz., 1924). H. Игнатов, В. Лазарев.