В подавляющем числе технологических схем водоподготовки завершающим процессом является фильтрование, в ходе которого из воды извлекаются не только дисперсии, но и коллоиды. В этом состоит отличие метода фильтрования от всех методов предварительной очистки воды. Сущность метода заключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Поэтому в большинстве случаев фильтрование является завершающим этапом обработки воды и производится после ее предварительного осветления. При пропуске через слой зернистого материала в зависимости от заряда и соотношения размеров примесей воды и зерен фильтрующего материала, может происходить три вида фильтрования:

1) задержание примесей на поверхности фильтрующего слоя (пленочное фильтрование), описываемое уравнением Хазена δ = 0.01(V/d_э)^0.5,

где δ – диаметр наименьшей задерживаемой частицы, мм;

d_э - эквивалентный диаметр зерен загрузки; V – скорость фильтрования, до 10м/ч

2) задержание примесей в порах фильтрующего слоя (объемное фильтрование);

3) одновременное образование примесями пленки и их отложение в порах загрузки.

В большинстве случаев на современных фильтрах пленка не образуется, и примеси вместе с водой проникают в толщу фильтрующего слоя, при этом глубина проникновения загрязнений в толщу загрузки тем больше, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильтрующего слоя и чем меньше размер частиц взвесей, извлекаемых из воды. Пленочное фильтрование лежит в основе работы медленных фильтров. В основе объемного фильтрования лежат процессы адгезии скоагулированных примесей на поверхности зерен фильтрующего слоя и суффозии, т.е. отрыва ранее прилипших частиц и переноса их гидродинамическими силами потока в нижние слои загрузки.

Фильтры по виду фильтрующей среды делят на тканевые, или сетчатые, каркасные, или намывные, зернистые (песчаные, керамзитовые). Наиболее значительные – зернистые. Фильтры с зернистой загрузкой классифицируют по ряду основных признаков:

1) по скорости фильтрования – медленные(0.1 –0.3 м/ч), скорые (5-12 м/ч), сверхскоростные (36-100 м/ч);

2) по давлению, под которым они работают - открытые (безнапорные) и напорные;

3) по направлению фильтруемого потока – однопоточные, двухпоточные, многопоточные и т.д.;

4) по крупности фильтрующего материала – мелко, средне и крупнозернистые;

5) по количеству фильтрующих слоев – 1,2 и многослойные.

Фильтрующий слой выполняют из зернистого материала, удовлетворяющего санитарным требованиям, и обладают достаточной химической стойкостью и механической прочностью.

Процесс обработки воды фильтрованием через зернистую загрузку описывается двумя уравнениями, определяющими время защитного действия загрузки.

t_з = (1/k) *в/а *(х-х₀/в), где

t_з - продолжительность защитного действия зернистой загрузки;

х – толщина слоя загрузки;

k и х₀ – константы, значения которых зависят только от требуемого эффекта осветления, с/с₀;

а/в - параметр, характеризующий скорость проникновения взвеси вглубь загрузки и время, в течение которого достигается предел потери напора.

Фильтрующая загрузка – основной рабочий элемент фильтрующих сооружений, поэтому правильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальной работы. Основные критерии выбора фильтрующего материала: его стоимость, доступность, соблюдение технических требований – фракционный состав, степень однородности, механическая прочность, химическая стойкость. Наиболее распространенные фильтрующие материалы: кварцевый песок – речной или карьерный, антрацит, керамзит, шунгит, пенополистирол и т.д.

Наша промышленность выпускает серийно напорные вертикальные фильтры пяти типоразмеров, высота фильтрующей загрузки – 1.2 м, диаметр – 3.4 м.