Оценка возможности изменения переливного бортика промывной воды для работы фильтров dyna-sand

Более чистая вода при меньших потерях

По мере роста городов и усиления загрязнения рек и каналов очистные сооружения вынуждены выжимать каждую каплю чистой воды из поступающего потока. В этом исследовании рассматривается изящная доработка существующей технологии фильтрации — dyna-sand фильтра — чтобы выяснить, может ли небольшое физическое изменение одновременно сэкономить воду и улучшить качество выходной воды. Простым поднятием небольшого переливного бортика, называемого washout weir, авторы показывают, что сооружения очистки могли бы уменьшать потери воды при промывке и при этом сохранять эффективное удаление взвешенных частиц.

Чем этот фильтр отличается

Большинство традиционных фильтров периодически останавливают и промывают для удаления накопившегося загрязнения, что требует времени, воды и энергии. Dyna-sand фильтр работает иначе: вода непрерывно поднимается вверх через слой песка, смешанный с активированным углем, который улавливает твердые частицы и часть растворенных веществ. При этом сами зерна песка медленно циркулируются, промываются и возвращаются в слой, что позволяет системе работать без остановок. В данном исследовании исследователи пошли дальше и использовали двухслойный фильтрующий материал — песок плюс активированный уголь — чтобы усилить удаление помутнения и мелких твердых частиц, моделируя условия, характерные для требовательных водо- и сточных очистных сооружений.

Небольшое изменение ключевого элемента

Внутри этого фильтра грязная вода, смывающая частицы с песка, собирается и сбрасывается через небольшой барьер — переливной бортик промывки. Его высота контролирует, какая часть воды уходит на промывку, а какая остаётся чистым продуктом. Команда собрала лабораторную модель системы dyna-sand и оснастила бортик подвижным краем, чтобы точно регулировать его высоту. Затем они провели два ряда экспериментов при одинаковых рабочих условиях: при том же уровне взвеси во входящей воде, том же расходе и том же фильтрующем материале. В первом запуске фильтр работал с исходной высотой бортика; во втором бортик был поднят на 4 сантиметра.

Что произошло при поднятии бортика

Поднятие бортика изменило баланс потоков внутри системы. При более высоком бортике объём воды, сбрасываемой как грязная промывочная, резко снизился — примерно с 0,79 л/мин до примерно 0,49 л/мин, то есть примерно на 38%. Это означало, что большая доля входящей воды выходила как очищенная фильтрованная вода; суммарная производительность возросла примерно на 2,2%, а доля воды, теряемой на промывку, упала до около 2,5% от входящего потока. При этом сама промывная вода стала значительно более концентрированной по содержанию взвешенных веществ, что указывает на то, что фильтр по‑прежнему эффективно удалял загрязнения, но теперь делал это с меньшим расходом воды.

Более чистый выход и стабильная работа

Важно, что качество воды на выходе не пострадало при уменьшении промывной воды — и, по сути, даже немного улучшилось. Во входной воде уровень общей взвешенной материи (TSS) составлял около 250 мг/л и наблюдалась умеренная мутность. В случае без модификации фильтр снижал TSS до примерно 10,4 мг/л, удаляя почти 96% частиц. После поднятия бортика выходной TSS снизился дополнительно до примерно 8,8 мг/л, а эффективность удаления увеличилась примерно до 96,5%. Показатель турбидности, характеризующий видимую мутность воды, оставался очень низким в обоих случаях. Результаты дают основания полагать, что слой фильтра очищался не хуже, а возможно и лучше при более высоком бортике, что поддерживает стабильную эксплуатацию в повседневных условиях.

Что это значит для реальных сооружений

Для неспециалиста главный вывод прост: несложная механическая корректировка непрерывного песочного фильтра может привести к получению большего объёма чистой воды и меньшим потерям без усложнения системы. Поднятие переливного бортика промывки в dyna-sand фильтре показало возможность сократить расход воды на самоочистку почти на две пятых при одновременном небольшом улучшении удаления частиц. Хотя испытания проводились на лабораторной установке, базовые процессы те же, что и на полномасштабных сооружениях. При подтверждении на крупных системах это простое изменение может помочь коммунальным службам эффективнее расходовать ограниченные запасы воды, уменьшить объём грязной промывной воды, с которой нужно работать, и повысить устойчивость очистки при высокой нагрузке и сильном загрязнении.

Цитирование: El Taher, E.E.M., El Nadi, M.H., Meshref, M.N.A. et al. Feasibility of modifying the washout water weir on dyna sand filters performance. Sci Rep 16, 9923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41574-4

Ключевые слова: водоочистка, песочная фильтрация, dyna-sand фильтр, переливной бортик промывки, сохранение воды