Фильтр засыпного типа

Фильтры засыпного типа — это именно те водоочистные устройства (как правило, автоматические), которые применяются для коттеджей, коммерческих и производственных целей. Т.е. там, где нужна пиковая производительность от 0,7-1 м3/час (это, для справки, один полностью открытый или два приоткрытых крана) и выше, а режим разбора воды предполагает довольно существенные нагрузки на фильтр.
Все фильтры для очистки воды засыпного типа, не зависимо от компании производителя и своего предназначения, принципиально устроены практически одинаково.
Такой фильтр состоит из следующих основных составляющих (номер по порядку соответствует номеру на рисунке).
1. Корпус
Корпус (1) фильтра изготавливается, как правило, из стеклопластика, иногда из нержавеющей стали. За рубежом «нержавейка» считается дорогим и тяжелым материалом и применяется в основном в специальных случаях (например, медицина).
По форме корпус представляет собой полый цилиндр с куполообразными верхом и дном. Такая форма обеспечивает оптимальные гидравлические характеристики работы фильтра. Для остойчивости в нижней части используется специальное кольцевое основание. В верхней части корпуса прорезается горловина, через которую осуществляется сборка и засыпка фильтра. В корпусах большого размера подобная горловина делается и снизу, чтобы облегчить сборку и ремонт фильтра. При эксплуатации нижняя горловина закрывается специальной заглушкой. В корпусе фильтра в разных местах могут прорезаться и другие технологические отверстия (например, специально для засыпки фильтрующей среды). 

2. Блок управления.
Блок управления (БУ) фильтром (2) представляет собой многоходовой клапан с соответствующим приводом (электромеханическим, гидравлическим или др.) и необходимой автоматикой (возможен вариант исполнения с ручным управлением).
Назначение БУ — это своевременная инициализация процесса регенерации (восстановления фильтрующей способности) фильтра и осуществление последовательного переключения потоков воды внутри фильтра в соответствии с заданной программой.
Блок управления всегда имеет внешний порт для подсоединения линии неочищенной воды, внешний выходной порт, в который подается уже обработанная вода и внешний дренажный порт для периодического сброса накопленных загрязнений. Так устроены, например, блоки управления, предназначенные для установки на фильтрах без химической регенерации (подробнее о работе таких фильтров см. здесь). Несколько сложнее устройство БУ, применяемых в фильтрах с химической регенерацией (принцип работы этих фильтров описан здесь) и имеющих дополнительную вешний порт для подачи регенерирующего раствора. В этом случае в комплект засыпного фильтра входит также бак для приготовления и хранения регенерирующего раствора (на рисунке не показан). С его устройством можно познакомиться здесь.
В зависимости от типа устройства, выдающего сигнал на начало регенерации, БУ делят на два основных типа.
Первый — это БУ с регенерацией по времени. В состав такого блока входит таймер (электронный или электромеханический), который через определенные промежутки времени выдает сигнал на начало регенерации. Такие блоки чаще применяются в фильтрах без химической регенерации.
Второй — это БУ с регенерацией по расходу. В состав такого блока входит расходомер (счетчик воды), который выдает сигнал на регенерацию после прохождения через фильтр определенного объема воды. Такие блоки на практике чаще применяются в фильтрах с химической регенерацией.
Гораздо реже встречаются БУ с регенерацией по параметру качества воды. В состав такого блока входит один или несколько датчиков. Их назначение — измерять один или несколько параметров воды на выходе системы и выдавать сигнал на регенерацию тогда, когда параметры очищенной воды перестают удовлетворять заданным требованиям (например, увеличивается жесткость). Часто работой датчиков управляет микропроцессор. Понятно, что такие системы дороги и применяются практически только на крупных промышленных объектах. Как правило, блок управления устанавливается на верхней горловине корпуса фильтра (как на рисунке). Такая компоновка называется «верхней» — от английского Top Mount. В промышленных фильтрах большого размера нередко применяется компоновка Side-Mount, когда БУ устанавливается сбоку от фильтра.
Для реализации функции переключения потоков внутри фильтра БУ связан с уже упоминавшейся распределительной системой, в состав которой, в свою очередь, входят: 

3. Центральный распределительный стояк.
Центральный стояк (3) представляет собой трубу (как правило, пластиковую), устанавливаемую вертикально по центру корпуса фильтра. Ее верхний конец (здесь речь идет о фильтрах с верхней компоновкой, как на рисунке) соединен с блоком управления, а на втором — закреплен нижний распределитель. 

4. Нижний распределитель.
В сравнительно небольших фильтрах нижний распределитель (4) представляет собой пластиковый «набалдашник» с множеством тончайших калиброванных щелей (на рисунке щели изображены нарочито широкими. Как правило. Их толщина составляет сотни микрон). Предназначение нижнего распределителя — распределять поток воды, поступающий по центральному стояку равномерно во всех радиальных направлениях или, наоборот, «собирать» со всех направлений воду, двигающуюся внутри фильтра вниз и подавать ее через центральный стояк к блоку управления (2). Это делается для того, чтобы максимально задействовать весь имеющийся объем фильтра (чтобы в нем не образовывались «мертвые зоны»).
В фильтрах большего размера описанного выше и показанного на рисунке дистрибьютора становится недостаточно и тогда применяют лучевые дистрибьюторы.
Для защиты нижнего распределителя, он всегда закрывается слоем специальной засыпки, называемой «гравийной подложкой». 

5. Гравийная подложка.
Из названия видно, что для создания подложки (5) используется специальный очищенный, промытый и тщательно отсортированный по гранулометрическому составу гравий. Благодаря однородному размеру, гравийная подложка (5) «помогает» нижнему распределителю (4) в его работе, т.е. в равномерном распределении потока воды по всему поперечному сечению фильтра.

6. Фильтрующая среда.
Если блок управления, корпус, распределительную систему, подложку можно сравнить с «телом» фильтра (оно устроено у всех более-менее одинаково), то фильтрующая среда — это, несомненно, его «душа», определяющая индивидуальность каждого фильтра засыпного типа. Именно от того, какая в фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой фильтр, на какой воде он может работать, а на какой нет, какой тип регенерации (химический или безреагентный) должен быть использован и т.п. Именно в области используемых фильтрующих сред и находятся большинство «ноу-хау», используемых компаниями, работающими в области водоподготовки.
Выбор типа засыпки — задача сама по себе не простая, зависящая от ряда факторов и, прежде всего, от результатов исследования исходной воды, т.е. от ее параметров (см. «Справка. Параметры качества воды») и целей, которые необходимо достигнуть. Однако правильный выбор засыпки — это еще полдела. Надо еще правильно подобрать ее количество в зависимости от потребной производительности фильтра, его габаритов, типа регенерации и физико-химических свойств самой фильтрующей среды. Достигается это грамотным «расчетом» фильтра. При расчете учитываются и скорости прохождения воды через фильтр в разных режимах, и необходимая минимальная высота слоя засыпки, и «расширение» объема фильтрующей среды, которое необходимо обеспечить при обратной промывке, и целый ряд других параметров. В зависимости от результатов расчета подбирается количество засыпки для каждого типоразмера фильтра и соответствующим образом настраивается блок управления фильтром.
Необходимо заметить также, что засыпка может быть как однокомпонентной, т.е. состоящей из одного типа фильтрующей среды, так и двух- и многокомпонентной, состоящая из нескольких типов фильтрующих сред. При этом сами фильтрующие среды в многокомпонентной засыпке могут быть перемешанными между собой, либо располагаться слоями. Применяются и комбинации смешанных и многослойных засыпок.
Надо ли говорить, что разработка, подбор и расчет фильтров с многокомпонентными многослойными засыпками является «высшим пилотажем водоподготовки», так как для эффективной работы такого фильтра необходимо не только определить «совместимые» между собой засыпки, но и подобрать оптимальные количественные соотношения и оптимальные режимы эксплуатации. Математическая модель такого расчета — это решение системы уравнений с множеством переменных.