Filtracja

Filtracja - jest procesem usuwania z wody cząstek stałych o wymiarach 0.1 - 50 um z zastosowaniem filtrów.

Filtr służy do rozdzielania mieszanin przy użyciu przegrody filtracyjnej pod wpływem różnicy ciśnienia występującej po obu jej stronach.

Przegrodą może być materiał porowaty zwarty lub luźny.

Najczęściej są stosowane materiały ziarniste - luźne, w postaci złoża filtracyjnego.

Woda przepływa przez złoże o odpowiedniej wysokości, najczęściej w kierunku z górny na dół ze stałą prędkością.

Zjawiska zachodzące w i na złożu:

Mechaniczne (cedzenie)

Fizykochemiczne (oddziaływanie powierzchniowe)

Biologiczne (procesy biochemiczne)

Zasady działania filtrów

Budowa filtru

Zbiornik stalowy lub żelbetowy- zamknięty (ciśnieniowy), otwarty (bezciśnieniowy - grawitacyjny)

Złożę Filtracyjne H_zł 1-2m

Warstwa podtrzymująca h _pod <0,5
(grube uziarnienie)

Drenaż- system do odprowadzania wody przefiltrowanej oraz doprowadzania powietrza i wody do płukania złoża.

Rodzaje drenażu:

- z dyszami szczelinowymi, niskooporowy

- rurowy z otworami, wysokooporowy

Podział filtrów

W zależności od sposobu wywołania przepływu wody i jej prędkości oraz struktury złoża filtracyjne i konstrukcji:

• Grawitacyjne i ciśnieniowe

• Powolne i pośpieszne

• Jedno i wielowarstwowe

• Otwarte i zamknięte

W zależności od przeznaczenia:

• Do klarowania (do usuwania cząstek stałych-zawiesin)

• Do odżelaziania i odmanganiania

• Sorpcyjne, do usuwania substancji organicznych

Charakterystyka materiału ziarnistego

Krzywa przesiewu próbki złoża filtracyjnego

Średnica miarodajna d₁₀=d_m=0,455mm,

Średnia średnica ziarna d₆₀=d_śr=0,76mm

Współczynnik nierówności uziarnienia

D₆₀
K=-----------=1,67

D₁₀

Średnica ziarna

d 0,15 - 2mm (dmin i dmax)
d10 i d60 - średnice frakcji ziaren (zatrzymywanych w sicie) w ilości mas. Odpowiednio 10% i 60% (ilości całkowitej)

-współczynnik nierównomierności uziarnienia

D₆₀
K (WR) (Sr)=-------- <3 (5)
d₁₀

- porowatość złoża filtracyjnego
V_wzł
e=------
V_całkzł

Dla ziarna:

kulistego e=0,38

Łamanego e=0,48

Rodzaj ziarna sferyczność porowatość

Sferyczne 1,0 0,38

Zaokrąglone 0,98 0,38

Ostrokrawędziaste 0,81 0,40

Kanciaste (graniaste) 0,78 0,43

Łamane 0,7 0,48

Materiały filtracyjne

Gęstość właściwa
g/cm3

Piaski

• Kwarcowy 2,6

• Granitowy 3

• Ilmenitowy 4,5

Antracyt 1,3-1,9

Węgiel aktywny 1,3-1,9

Masy alkaliczne do odkwaszania wody

• Marmur (CaCO3) ok. 2,8

• Prażony dolomit (CaCo3xMgO) ok. 2,8

• Kamień wapienny (CaCo3) ok. 2,8

Masy specjalne

• Glino-krzemiany (Aqua-Multolite) 2,15

• Zeolity (Greensand) 1,4

• Katalizatory do odżelaziania i

odmanganiania wody (z MnO2)

(jako dodatek do złoża piasku 3,5-4,4

Parametry pracy filtrów

Prędkość filtracji

Q
V_f=------------ [m/h]
F

Gdzie:

Q- natężenie przepływu wody m3/h

F- powierzchnia filtracyjna m²

Czas filtracji

A
T^F=--------------------- [h]
V_f delta C_Z

Gdzie:

1. Chłonność złoża [g/m²] (2250-7500)

V_f- prędkość filtracji [m/h]

Delta C_Z- stężenie usuwanej zawiesiny g/m³]

Czas filtracji

Tf=t1=t2

t1- czas po którym następuje pogorszenie jakości wody

t2- czas wzrostu oporu złoża do wartości max.

Objętość wody uzdatnionej (przefiltrowanej)

V=QTf [m^3]

Strata ciśnienia w złożu (wzrost oporów złoża w czasie filtracji) zależy od rodzaju filtru

delta h_gr 0,6-8 (10) m sł. Wody

Rodzaje filtrów

Filtry powolne uziarnienie:
-warstwy filtr. Mm d 0,3-1, d10 0,25-0,35,

H_zł 0,8m

-warstwy podtrzymującej mm d 1-40

H_pod =0,5 m

Prędkość filtracji v_f= 0,1-0,3 (0,7) m/h

Powierzchnia filtracyjna F do 2500 m^2

Liczba filtrów >2

Spadek ciśnienia 0,6 m sł. Wody

Czyszczenie powierzchniowe: zdejmowania warstwy z pow. Gr. Ok. 10mm)

Filtry pośpieszne

Uziarnienie:

- drobno

- średnio

- grubo-ziarniste

d 0,5 - 2mm

d10 0,7-1,2mm

K 1,8-2,2

Hzł 0,7-1,8m

Grawitacyjne - otwarte:

Prędkość filtracji v_fmax = 6 m/h

Zbiorniki żelbetowe lub stalowe

Powierzchnia jednostki F 10 - 120 m2

Ciśnieniowe - zamknięte:

Prędkość filtracji v_f - 15 mh (30)

Zbiorniki stalowe - ciśnieniowe

Pionowe i poziome

Powierzchnia jednostki 10 - 20m²

---