Filtry i prasy filtracyjne

Filtr jest to urządzenie do oddzielania ciał stałych od cieczy, (czyli proces tzw. sączenia) lub od gazów (tzw. odpylacze).

W zależności od rodzaju materiału filtrującego rozróżnia się:

- filtry z przegrodami ziarnistymi (piasek, żwir),

- filtry z przegrodami ceramicznymi,

- filtry z papieru i z tkanin.

Sączenie inaczej filtracja jest to proces oddzielania osadu od cieczy metodą przepuszczania mieszaniny roztwór-osad przez porowate przegrody, które zatrzymują osad, a przepuszczają roztwór tzw. przesącz.

W laboratoriach jako przegrody są stosowane sączki i tygle z dnem porowatym, w skali przemysłowej zaś filtry.

Prasa filtracyjna inaczej zwana filtrprasą, jest to urządzenie służące do rozdzielania zawiesin zawierających nieznaczne ilości cząstek stałych. Rozróżnia się prasy filtracyjne komorowe (służące do usuwania ciał stałych, zawiesin o dużej zawartości cieczy) oraz prasy filtracyjne ramowe (służące do usuwania cieczy z zawiesin o dużej zawartości ciał stałych).

Zawiesina (suspensja) jest to ciało, w którym cząstki fazy rozproszonej mają średnicę powyżej 0,1 µm. W zależności od średnicy, cząstki te mogą być widoczne pod mikroskopem i ulegać sedymentacji, (czyli opadaniu) w ziemskim polu grawitacyjnym.

Wykorzystanie prasy filtracyjnej jest jedną z metod odwadniania osadów, będącego procesem usuwania wody w celu zmniejszenia jego objętości. Stosuje się je zarówno dla osadów surowych jak i dla osadów po stabilizacji.

Wyróżniamy:

- prasy filtracyjne

- prasy filtracyjno-taśmowe

- prasy śrubowe

W prasach filtracyjnych odwadnianie osadów polega na filtracji cieczy przez warstwę osadu utworzoną na przegrodzie filtracyjnej (tkanina filtracyjna). W prasach komorowych stosuje się ciśnienia od 0,3 MPa do 1,5 MPa, przeciętnie 0,5 - 0,6 MPa.

Opis charakterystycznych elementów prasy filtracyjnej:

Powierzchnia korpusu płyty pod membraną pokryta jest stożkowatymi wypustkami o wysokości 2 - 3mm. Wypustki te redukują powierzchnię zetknięcia membrany z korpusem płyty, a co za tym idzie obniżają przepływ ciepła do korpusu płyty. Powoduje to podwyższenie odporności mechanicznej płyty. Istnienie wypustek prowadzi do powstania wolnych przestrzeni pod membraną, co pozwala na łatwe rozprowadzenie medium ściskającego już od początku fazy ściskania, kiedy membrana przylega powierzchnią do korpusu płyty.

Wypustki pod membranami w obszarze bliższym krawędzi płyty są wyższe i pełnią rolę podpórek podczas ruchu membrany wstecz w trakcie fazy napełniania prasy.

Grubość membrany powinna wynosić około 4mm., co powoduje zwiększenie jej odporności mechanicznej

Nowością są płyty grzewcze, które zapewniają wyższą zawartość suchej substancji w placku filtracyjnym. Technologia wykorzystująca płyty grzewcze może znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie bardzo istotna jest zawartość suchej substancji w placku filtracyjnym. Zastosowanie płyt grzewczych umożliwia znaczną redukcję kosztów, np. poprzez eliminację suszarek w kolejnym etapie technologicznym.

Tkanina filtracyjna musi spełniać następujące warunki:

1. niski opór właściwy, stabilny w czasie wielu cykli filtracji (nie zatykanie porów tkaniny przez cząstki osadu)

2. klarowny odpływ (dobre zapewnienie rozdziału cząstek osadu od cieczy)

3. łatwe odspajanie placka osadu

Charakterystyka przegrody filtracyjnej:

Przegroda filtracyjna (tkanina lub włóknina) powinna zapewnić odpowiednią klarowność filtratu, odpowiednią wydajność filtracji oraz łatwe usuwanie osadu.

Wybór odpowiedniej przegrody stanowi ważne zagadnienie nie tylko ze względów jakościowych, ale także i ekonomicznych. Źle dobrana przegroda może, bowiem doprowadzić do zarastania elementów filtracyjnych osadem (w przypadku przegród o zbyt dużej przepuszczalności), lub znacznie spowolnić proces filtracji (przegroda o zbyt małej przepuszczalności).

Idealna przegroda powinna zapewniać przesącz o doskonałej klarowności, przy możliwie największej szybkości przepływu, a także powinna być wytrzymała mechanicznie oraz wykazywać wysoką odporność na warunki, w jakich pracuje.

Na jakość procesów filtracyjnych ogromny wpływ ma nie tylko sama tkanina, ale także wysoka jakość konfekcji z niej wykonanej.

W doborze przegród filtracyjnych należy uwzględnić:

1) typ aparatu filtracyjnego (prasy filtracyjnej)

2) powierzchnię filtracyjną urządzenia

3) wymaganą wydajność

4) wymagania w zakresie wytrzymałości mechanicznej, przepuszczalności i parametrów fizykochemicznych środowiska

Do najważniejszych właściwości przegród filtracyjnych, na podstawie, których można dokonać optymalnego ich doboru należą:

1. surowiec

2. odporność mechaniczna

3. elastyczność

4. wytrzymałość na zrywanie

5. wytrzymałość na zmiany ciśnienia

6. odporność na działanie temperatury

7. przepuszczalność

8. efekt zatrzymywania osadu

W celu przyspieszenia filtracji cieczy, w większości przypadków osad przed odwadnianiem kondycjonuje się polimerami (tzw. polimeryzacja kondensacyjna), koagulantami klasycznymi (tzw. koagulacja) lub wprowadza środki wspomagające, takie jak trociny, popiół itd. Na efektywność odwadniania osadów w prasach wpływa także grubość placka osadu (szerokość komory filtracji), ponieważ osad frakcjonuje się samorzutnie w czasie odwadniania. Prasa filtracyjna składa się z kilku lub kilkunastu jednakowych komór filtracji.

Cykl pracy prasy filtracyjnej składa się z następujących etapów:

1) zamykanie

2) napełnianie z równoczesną filtracją

3) wstępne prasowanie osadu sprężonym powietrzem

4) wysładzanie uformowanego placka

5) prasowanie końcowe placka sprężonym powietrzem

6) suszenie placka przez przedmuchiwanie sprężonym powietrzem

7) otwarcie prasy i usunięcie błota

Prasy filtracyjno-taśmowe oparte są na tych samych procesach jednostkowych, co prasy filtracyjne. Podstawowa różnica sprowadza się do ciągłego ruchu tkaniny filtracyjnej oraz sposobu uzyskiwania ciśnienia filtracji. W prasach filtracyjno-taśmowych ciśnienie filtracji uzyskuje się przez mechaniczny docisk tkaniny filtracyjnej obrotowymi wałkami. Powoduje to, że zużycie energii w prasach filtracyjno-taśmowych jest znacznie mniejsze niż w prasach filtracyjnych. Osady odwadniane na prasach filtracyjno-taśmowych wymagają takiego samego kondycjonowania jak w prasach filtracyjnych. Przy eksploatacji ważne jest, aby zapewnić równomierny rozdział osadu na całej szerokości taśmy. Przy zwiększeniu szybkości przesuwu taśmy należy się liczyć z obniżeniem stopnia odwodnienia osadu.

Zastosowanie:

1. odwadnianie osadów powstających w komunalnych oczyszczalniach ścieków,

2. odwadnianie osadów pokoagulacyjnych w stacjach uzdatniania wody,

3. odwadnianie osadów przemysłowych: mleczarnie, rzeźnie, zakłady hodowli zwierząt, garbarnie, zakłady papiernicze, celulozowe itd.

Rys. Prasa filtracyjno-taśmowa typu DAVID PBD-750.

Prasy śrubowe również oparte są na tych samych procesach jednostkowych, co prasy filtracyjne. Podstawowa różnica też sprowadza się do ciągłego ruchu ślimaka o zmiennym skoku oraz zastąpienia tkaniny filtracyjnej perforowaną pobocznicą walca i uzyskiwaniem ciśnienia filtracji w wyniku zmiany objętości osadu (skok ślimaka). W prasach śrubowych zużycie energii elektrycznej jest znacznie mniejsze niż w prasach filtracyjnych. Wadą tych urządzeń jest gorsza jakość odwadniania niż w innych prasach. Osady odwadniane na prasach śrubowych wymagają takiego samego kondycjonowania jak w prasach filtracyjnych. Przy eksploatacji należy pamiętać, że przy zwiększeniu szybkości obrotów bębna liczyć się trzeba z obniżeniem stopnia zagęszczenia osadu.

Polimeryzacja kondensacyjna - reakcja, w której wiele cząsteczek łączy się w makrocząsteczkę, z równoczesnym wydzieleniem produktów ubocznych np. woda

Koagulacja - proces polegający na zmniejszeniu się liczby cząstek wskutek łączenia się pojedynczych cząstek w większe makrocząstki. Wywołują ją m.in. bodźce mechaniczne (wstrząsanie, mieszanie), odparowywanie, przepływ prądu elektrycznego, naświetlanie itp.

4

---