ЭСБЕ/Фильтр
Фильтр — прибор для процеживания жидкости, задерживающий взвешенные в ней примеси, муть и посторонние тела, вследствие чего она выходит из Ф. чистой и прозрачной. Домашние Ф. для очистки мутной воды употребляются с древнейших времен. В Египте, напр., доныне применяется «сихр» — сосуд из пористой глины (при формовании к глиняному тесту прибавляют уголь, который при обжиге сосуда сгорает, оставляя поры), в который наливается вода; она просачивается сквозь стенки и в чистом и остуженном вследствие испарения виде собирается в подставленную чашу. В тропических странах для той же цели применяются сосуды из пористого камня. На том же принципе основаны Ф. каолиновые системы Пастера-Шамберлана, которые вместе с прочими домашними Ф. описаны в ст. Вода (см.), где и указаны вещества, обыкновенно применяемые в качестве Ф. Для очищения воды в больших количествах при водоснабжении населенных мест почти исключительно употребляются песочные Ф. Все взвешенные в воде вещества, объем которых превосходит промежутки между отдельными песчинками, задерживаются Ф., менее же крупные частицы проходят через Ф. Поэтому свежий песочный Ф. пропускает часть мути, но затем отложившиеся в порах Ф. частицы, в том числе и быстро размножающиеся бактерии, образуют пленку, облепляющую песчинки в верхних слоях и значительно суживающие здесь ходы, так что Ф. приобретает способность задерживать и мельчайшие частицы. Дальнейшее действие песочного Ф. должно состоять в окислении органических примесей. Однако эта часть процесса, а также условия, способствующие наиболее совершенному извлечению бактерий песочными Ф., еще мало исследованы. Доказана лишь несомненно возможность получить фильтрованием через песок осветленную воду и улучшить ее качества. Обыкновенно вода пропускается через слой чистого мелкого кварцевого песка толщиной 0,6—1,2 м. Но, кроме мути, вода, в особенности речная, несет различного рода плавающий сор, щепки, водоросли и мелкую рыбу, которые, попадая на Ф., будут его напрасно засорять. Ввиду этого перед впуском речной воды на Ф. полезно отделить от нее крупный сор. Подобная предварительная очистка достигается пропуском речной воды через так назыв. сеточное отделение. В С.-Петербурге такие сооружения впервые были устроены в Экспедиции заготовления государственных бумаг, а затем (в 1890 и 1896 г.) и на городских водопроводах. Сеточные отделения помещаются непосредственно рядом с Ф. и представляют собой узкие и длинные здания, вдоль которых на некоторой высоте над полом проложен железный желоб для стока воды на наклонные сетки. Кроме своего прямого назначения — производить грубую механическую очистку воды, сеточные отделения несколько улучшают ее качества, потому что, разливаясь по сеткам тонким слоем и падая отдельными струйками, вода приходит в тесное общение с атмосферным воздухом, который ее освежает, причем кислород воздуха окисляет некоторую часть находящихся в воде органических примесей. Из сеточного отделения вода поступает в обширные камеры, где дно состоит из фильтрующего материала, через который она медленно протекает. Обыкновенно под вышеупомянутым песчаным слоем располагают в несколько слоев материал большей крупности, напр. гравий, щебень и мелкие камни, под ними более крупные и т. д. Нижний слой пересекается рядом каналов, которые соединяются в общий водосборный канал, расположенный вдоль середины Ф. Отсюда профильтрованная вода стекает по трубам в резервуар чистой воды. Род песка, наиболее пригодный для фильтрующего слоя, зависит от состава и качеств воды и определяется опытом с помощью устройства пробных Ф. или в малом виде при помощи прибора, представленного на фиг. 1.

Во внутреннее отделение его наливают воду, которая стекает в отгружающее пространство большего сосуда через слой песка. Внутренний сосуд снабжен на определенной высоте водосливом, так что при постоянном притоке вода в нем стоит на одном уровне. С помощью крана регулируют расход фильтруемой воды таким образом, чтобы вытекающая струя содержала совершенно чистую воду. При этом уровень воды в наружном и внутреннем отделениях будут стоять на разных горизонтах; и эта разность, выражаемая столбом воды, определяет собой напор, необходимый для прохождения воды через Ф. Таким образом, для воды определенного качества и для определенного сорта песка при принятом напоре и данной толщине фильтрующего слоя находим отношение площади Ф. к расходу воды. Понятно, что опыт необходимо проделать в различных стадиях проницаемости Ф., так как свежий Ф. пропускает больше воды и мало удерживает примесей. На практике при постройке Ф. принимают затем среднюю величину. Обыкновенно пределом рабочего напора принято считать 80 см, и Ф. следует придать такую площадь, чтобы кв. м пропускал не более 2,4 куб. м воды в сутки, что соответствует скорости протока 10 см в час (в Гамбурге 6,5 см, в Берлине и Лондоне 10 см, в Петербурге была установлена в 1895 г. норма 9 дюймов, т. е. 22,8 см; на практике же вследствие увеличения потребления воды скорость фильтрации доходит до 12, а иногда и до 19 дм. в час). На фиг. 2 представлено последовательное расположение слоев фильтрующего материала в Ф. петербургских, а на фиг. 5 — гамбургских водопроводов.

В этом отношении встречается на практике большое разнообразие. За минимальный размер следует принять: высота водяного столба 60 см, мелкий песок — 60 см, крупный песок — 5 см, мелкий гравий или щебень (величина зерен 1—2 см) — 8 см, крупный гравий (зерна в 2—3 см) — 12 см, мелкий булыжник (диаметром в грецкий орех) — 15 см, крупный булыжник — 20 см. Таким образом, наименьшая глубина дна Ф. от уровня воды получается 1,8 м — около 2 саж. Для правильного действия Ф. необходимо, чтобы вода протекала в нем по возможности вертикально и чтобы каналы, по которым просачивается вода, распределены были равномерно. Поэтому фильтрующий материал должен быть по возможности равномерной крупности в каждом слое. Размеры бассейна притом должны быть больше определенной расчетом необходимой площади Ф., так как во время эксплуатации необходимо бывает одно из отделений опоражнивать (для чистки, для замены песка свежим, для ремонта) и потому приходится иметь не менее двух отделений. Наибольшую площадь имеет отделение Ф. в Гамбурге — 7500 кв. м (фиг. 3).

Обыкновенно при малых водоснабжениях делают отделения Ф. в 700—1200 кв. м, при средних 1200—2000 кв. м. В городах с теплым климатом Ф. могут быть оставлены открытыми (фиг. 4), и тогда воздух и свет способствуют очистке, обыкновенно же их перекрывают сводами (фиг. 2 — С.-Петербург, фиг. 6 — Штутгарт).

Свод покрывается сверху 0,8—1,2 м земли, что обыкновенно достаточно для защиты воды от летнего зноя и зимнего холода. Своды должны быть возможно более легкой конструкции. В Варшаве покрытия состоят из парусных сводов в ½ кирпича. В Петербурге применены бетонные цилиндрические своды (фиг. 2). При действии Ф. необходимо прежде всего заботиться о том, чтобы движение воды в верхних слоях совершалось лишь по капиллярным каналам. Поэтому в начале действия необходимо наполнить Ф. чистой водой, пропуская ее снизу вверх, так как при наполнении сверху вниз находящийся в промежутках воздух может пробить в некоторых местах песчаный слой и образовать некапиллярные каналы. По мере действия Ф. поры его закупориваются, и потому необходимо бывает увеличивать напор. По достижении предела вынимают верхний загрязненный слой. Когда вследствие подобных срезок слой песка утонится на 30 см, заменяют песок свежим. Количество фильтруемой воды, напор и качество воды подвергаются постоянному контролю. Также непрерывно производится бактериологический анализ. Большое внимание должно быть обращено на непроницаемость всех стен, каналов и труб. Число запасных отделений бывает от 1 до 3. При трех запасных отделениях можно одновременно одно опоражнивать, второе очищать, а третье наполнять, не нарушая действия Ф. В закрытых Ф. потолок возвышается над высшим уровнем воды приблизительно на 2 м. В Вормсе песочный Ф. заменили каменным, применив упомянутый выше принцип каменных Ф. Для этого по системе изобретателя Фишера применяется род пористых плит с площадью около кв. м, выделываемых из промытого речного песка и обжигаемых при 1000—1200° Ц. в воздушной печи. Каждая плита представляет собой узкую коробку, и элементы эти устанавливаются вертикально по пути протока воды. Преимуществом подобных Ф. считается, что отделяемая от воды грязь осаждается на дно и не засоряет поверхности Ф. Количество фильтруемой воды здесь также зависит от напора и при напоре в 10 см кв.метр поверхности плит дает 2,4 кв. м воды в сутки. Но до настоящего времени эта система не могла вытеснить песочных Ф., хотя постройка их в Вормсе обошлась на 35—40 % дешевле хорошо устроенного песочного Ф. Подобные же Ф. были устроены в 1894—1895 гг. в Петербурге в Экспедиции заготовления государственных бумаг, но оказались здесь настолько неудобными вследствие быстроты загрязнения, что были оставлены и заменены песочными Ф. обыкновенного устройства. Идея американских механических Ф. для быстрой фильтрации воды заключается в том, что в закрытые (реже открытые) деревянные или железные резервуары, в которых насыпан фильтрующий слой песка, пускают под сильным напором воду. Последняя быстро проходит через песок и затем особой трубой отводится в резервуар чистой воды. Скорость фильтрации в американских Ф. в 10—100 раз больше, чем в обыкновенных песочных Ф. При такой значительной скорости, а также при малой толщине слоя песка через песок могут несомненно продавливаться не только микроорганизмы, но и мелкая муть. Во избежание этого прибавляют к очищаемой воде перед ее входом в фильтр так называемые коагулянты (квасцы, сернокислый глинозем, закись железа и др.), дающие после обменного разложения с заключающимися в воде углекислыми солями хлопьевидный осадок. Эти хлопья, стягивая в себя во время своего образования находящиеся в воде частицы взвешенных веществ и бактерии, отфильтровываются затем из воды при быстром фильтровании ее через песок. Накопляющиеся при этом на поверхности песка хлопья образуют студенистый слой, содействующий успеху фильтрации. Увеличение скорости фильтрации влечет за собой соответственное сокращение фильтрующей площади и размера Ф., устройство которых поэтому обходится дешевле обыкновенных песочных Ф. Увеличение скорости фильтрования, с другой стороны, способствует засорению Ф., а потому ручная очистка его становится уже неприменимой и заменяется механической. Производится она пропуском воды через Ф. в обратном направлении, причем весь фильтрующий песок обыкновенно перемешивается особыми мешалками. Промывка продолжается около 10 минут и производится обыкновенно 1 или 2 раза в сутки. На фиг. 7 представлен образец американского закрытого Ф. системы Джуэлля.

Фильтрующий материал — кварцевый песок, коагулянт — сернокислый глинозем. Для перемешивания песка при промывке его обратным током воды служат вертикальные мешалки, насаженные на горизонтальную ось, вращаемую паровой машиной. Продолжительность промывки — 11 минут, расход воды на промывку — около 5 % всей фильтруемой воды. В последнее время механические песочные Ф. нашли сторонников в России. В Москве, в Сандуновских банях, питаемых водой из Москвы-реки, установлены инженером Н. П. Зиминым механические Ф. на 150000 ведер воды в сутки, со скоростью фильтрации 30 дм в час. Быстрота пропуска воды через американские Ф. достигается применением в них более крупного песка, чем в английских Ф., и увеличением напора. Американский способ дает возможность удалять желтизну, свойственную многим речным водам, чего нельзя в таких же размерах достигнуть простым фильтрованием воды через песок. Коагуляция при надлежащем ее применении не представляет опасности для состава очищаемой питьевой воды, так как для удовлетворительной очистки достаточно малых доз коагулянта (по опытам в Америке, 1 гран на галлон, что составляет 1:58415 от веса воды). Вопрос об американском способе очищения воды обсуждался на русских водопроводных съездах. Четвертый съезд, состоявшийся в 1899 г. в Одессе, принял по этому предмету следующую резолюцию: «Современное развитие и положение дела очищения речных вод механическими Ф. или Ф. обыкновенными в связи с воздействием на фильтруемую воду химическими веществами (коагулянтами) дает основание ожидать, что надлежащее применение таких систем очищения воды может оказать большую пользу делу водоснабжения городов речными водами». В последнее время появились способы стерилизации воды химическими реагентами (перекисью хлора в Остенде по способу Берже, с 1900 г.) и озонированным воздухом (опыты Вейля в Берлине, способ Мармие и Абрагама, испытывавшийся в Лилле, способ Тиндаля, способ Сименса и Гальске и др.). Целью химического воздействия, а также озонирования ставится не выделение бактерий из воды, как при американском способе очищения воды, а полное уничтожение бактерий — сжигание их сильным окислителем. Эти способы не вошли еще в практику водопроводного дела. Научные основы их, однако, уже прочно установлены. Пятый русский водопроводный съезд, состоявшийся в Киеве в 1901 г., признал желательным, чтобы способ очищения воды помощью озонирования был испытан в России в применении к делу снабжения городов речными и поверхностными водами. См. также Лаборатория.

ЭСБЕ:Приборы