Wykład 2

Wykład 2

Filtracja

Technologia Wody

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

zapach nadmierny ChZT

pestycydy barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie zapach ro linny

elazo, mangan

twardo metale CH₄; H₂S

8.

Woda w przyrodzie

Woda w przyrodzie cd

H₂O

zw. organiczne

CO₂ agresywny zawiesiny

zapach nadmierny ChZT

pestycydy barwa i m tno mikrofauna

wirusy bakterie zapach ro linny

elazo, mangan

twardo metale CH₄; H₂S

filtracja (powolna)

sedymentacja cedzenie

dezynfekcja wi zanie

chemiczne

sorpcja

utlenianie koagulacja

napowietrzanie

sedymentacja filtracja (szybka)

8.

Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych

1.Cedzenie

- kraty, sita, mikrosita

- membrany (u-,mikro-,nano-filtracja) - odwrócona osmoza

2.Filtracja cz stkowa (przez zło a) - powolna, pospieszna

- jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalne, w tym ci gła

3.Sedymentacja

2. Rozmiary substancji

rozpuszczonych i zawiesin

2.1. Rozmiary i masy cz steczkowe

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm)

10² 10⁴ 10⁶ M. cz stecz. (D)

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

cz stki

rozpuszczone koloidy zawiesiny

2.2. Składniki wód w przyrodzie

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

krzemionka glony

cysty bakterie

minerały ilaste kwasy

fulwowe kwasy huminowe wirusy

j.pr. j.zło one

k z

r k

3. Rozmiary składników wód

J. nieorg.

Makrocz st.

Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony

Pierwotniaki OkoMikroskop opt.

Mikroskop elek.

Filtracja

Filt. Membr,µµµµ-filt u-Filtr

n-Filtr OOsmoza

10^{-4 -3 -2 -1} 1^{0 1 2 3}

φ φ φ

φ (µµµµm)

2.3. Metody fizyczne rozdzielania

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 lg Φ Φ (µm) 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 0.01 0.1 1 10 10² 10³

filtry

Φ

n u µ cedzenie

Φ,ς

filtracja u-wir. wirow. sedymentacja RO

ED Destyl.

D T, Rozp.

ρ

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podział metod usuwania

przegrody

-kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany

zło a porowate

-jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne

-szybkie

zło a namywane

ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNE- podział metod usuwania

przegrody

-kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany

zło a porowate

-jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne

-szybkie -ci głe

-okresowe(płukane) -od elazianie

-wymiana jonowa -adsorpcja

zło a namywane

-µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO)

-liczba warstw

-szybko c filtracji

-ciagło pracy

-^specjalne

-perforowane

-^siatkowe Sedymentacja/Flotacja Filtracja

Układy technologiczne

— usuwanie zawiesin

F D Wu

Wz

Wu

Wz F

S

D

Wu - woda uzdatniona Wz - woda zasilaj ca F - filtracja

D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Układy technologiczne (c.d.)

— usuwanie barwy i m tno ci

Wu

Wz D

Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilaj ca F - filtracja

D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Wz Wu

F S

K U

D F

S K

— usuwanie zawiesin, barwy i m tno ci

Filtracja cz stkowa - polega na usuwaniu

zanieczyszcze za pomoc filtrów ze zło em

filtracyjnym lub wkładów wymiennych. Dolna granica filtracji wynosi ok.1 um (resztki roslin, glony,

pierwotniaki).

Mikrofiltracja -zakres filtracji wynosi od 0,05 u do 1 um (mikroorganizmy,duze koloidy).

Ultrafiltracja - charakteryzuje si mniejszymi pr dko ciami przepływu, wynikaj cymi z małego mikrona u i odbywa si na specjalnych, podobnych do membrany osmotycznej, wkładach wymiennych. Zakres filtracji od 0,01 do 0,1 um (wirusy, koloidy, makromolekuły).

Nanofiltracja - jak wy ej, ale zakres filtracji wynosi od 0,001 do 0,01 um(wirusy, zwi zki organiczne, jony

wielowarto ciowe)

Hiperfiltracja -

kationy jednowarto ciowe

)

Kraty

- do usuwania zawiesin ‘grubych’

- stałe/ wymienne

-ustawiane w kanale uj ciowym (70%)

-prze wit: 30-50mm(rzadkie)/10-20mm(g ste) -czyszczenie r czne/mechaniczne

Schemat kraty stałej oczyszczanej mechanicznie. 1- pr ty kraty, 2- ła cóch i zgrzebła

Sita

-nieruchome lub obrotowe -wykonane z siatki metalowej

-rozmiar oczek;10-20x10-20/ 5x5/ 1x1 (mm) -podwójne-pracuj na zmian

Mikrosita

-do dokładnego usuwania zawiesin specyficznych -b bny obrotowe pokryte siatk metalow

-23-65µm na siatce 2x2mm

-wydajno b bna wynosi 10000-25000 m3/d

Schemat mikrosita.1- dopływ wody, 2- b ben mikrosita, 3- instalacja do płukania, 4- lej zbiera- j cy wod po płukaniu z odpływem do kanalizacji, 5- kanałodpływowy, 6- silnik nap dzaj cy mikrosito

Technologia Wody

Wykład 3 - FILTRACJA

1. Definicja

a) klasyfikacja b) filtracja

W technologii wody i w odnowie wody proces jednostkowy dogł bnego

usuwania zawiesin (0,1 - 50 µµµµm)

Koncepcja Wielokrotnego oczyszczania

Koagulant

krata

osad koagulacja flokulacja

sedymentacja filtracja

popłuczyny

osad

dezynfekcja

odbiornik lub/i wtórne u . Koag.powierz.

cieki

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Mechanizm filtracji Mechanizm filtracji

transport transport

przyleganie przyleganie

odrywanie odrywanie

Linia

Linia przepprzepłływuywu

WypeWypełłnienienienie, dc, dc

CzCz stka, stka, dpdp

Etapy filtracji Etapy

Etapy filtracji filtracji

Filter coefficient (λ) (-) DetachmentAttachment(+)

0

Time Filter

Ripening Effective

Filtration Turbidity

Breakthrough Wormhole

Flow

Podstawowe procesy Podstawowe procesy

1. Filtracja

- przyleganie - odrywanie 2. Płukanie

- odrywanie

2. Mechanizm filtracji

a) zjawiska transportu - cedzenie

d

/ d

> 0,2

- sedymentacja

Z < d

< 10 (µµµµm)

γγγγ > 2,6 (g/cm

)

µν ( )

η ρ

18

2 s cz

d

⋅ g

= ∆

Z- ziarno zło a

- dyfuzja

( _cz ) ^{2 / 3}

d cz

d d

T 0,9 K

m 2

d

ν η µ

µ

z

= ⋅

<

- wychwytywanie

2

z w cz

cz

d d 2

3 d m

l

=

<

η

µ

- przepływ hydrodynamiczny ( cinanie)

- flokulacja ortokinetyczna

ηηηη = ?

1 – ηηηη^c = (1 (1 (1 (1 −−−− ηηηη¹¹¹¹) (1 ) (1 −−−− ηηηη) (1 ) (1 ²²²²) ) ) ) ………

ηηηη ^c = Σ η Σ η Σ η Σ η ^ιιιι

b) zjawiska przyci gania

(siły elektrostatyczne)

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Odrywanie cz stek

Odrywanie cz stek gdy pr dko c filtracji wzro nie (porowato /przekrój czynny) zmaleje

3. Kinetyka filtracji

a) zmiana st enia zawiesin

odrywanie)

przyciag,

(transp., f

e c c

dy c - dc

y 0 -

2

=

=

=

λ

λ

λ

c - st enie

λλλλ - współ. filtracji y - gł boko (l)

Teoria trajektorii ruchu

d_c d_c

d_c

d_p

dyfuzja d_p < 1 µm

sedymentacja d_p > 1 µm

przechwyt

Viruses

0.01 -0.025

µ

0.2 - 1

µ

Cryptosporidium 3 - 5

µ

Giardia 6 - 10

µ

Analiza trajektorii ruchu

(((( )))) [[[[ ]]]]

dc

dz d c

c D G I

==== −−−− 15 1 −−−− ++++ ++++

. εεεε αααα ηηηη ηηηη ηηηη

zmiana st enia z gł boko ci st enie porowato efektywno c

b) bilans materiałowy zawiesin

Ł _Z = Ł _D - Ł _O

D - dopływ O - odpływ

Z - zatrzymany

Ł - ładunek

∆

∆

⋅

⋅

=

∆

⋅

∆

⋅ y

dy - dc c

- t c

y dt t

d σ ν ν

dt d 1

dy

dc σ

ν ^⋅

=

−

t t - 0

t - 0

e c

e dt c

d

⋅ ⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

=

λ

λ

λ ν

σ

λ

σ ν

4. Hydraulika filtracji

l S p

K

Q ∆

⋅ ∆

⋅

=

( )

2 z

d -

k 1 L

H _⋅ ν ^⋅ µ

Σ

= Σ

∆

2 2

µ

K = k

Doprow.

wody

Odprowadzenie wody po filtracji

DRENA

Schemat Procesu Filtracji

40 30 20 10 0

P-P_o/P_o krotno ci nienia

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ΦΦΦΦ porowato

Zale no ci nienia tłocznego od porowato ci

Cykl filtracji (godz.)

M tno mg/dm³

10 20 30 40

500 400

300 200

100

Zale no czasu trwania cyklu filtracyjnego od m tno ci wody zasilaj cej filtr

Układ linii ci nie w zło u filtracyjnym w czasie filtracji

Rodzaje filtrów

Otwarte/Zamkni te

Bezci nieniowe/Ci nieniowe Powolne/Pospieszne

Jednowarstwowe/Wielowarstwowe Do zawiesiny/Specjalne

Okresowe/Ci głe

Schemat filtru pospiesznego grawitacyjnego

Schemat filtru powolnego

Schemat filtru pospiesznego ci nieniowego

Filtr pospieszny otwarty. 1- doprowadzenie wody, 2- koryto zbiorcze, 3- warstwa piasku, 4- warstwa wiru, 5- drena z rur perforowanych, 6- odprowadzenie wody, 7-dopr.wody do płukania, 9- popłuczyny .

Poziomy filtr pospieszny. 1- dopływ wody czystej, 2- dopływ wody surowej,3- dopływ wody do płukania, 4- zło e filtracyjne, 5- płyta drena owa

Dwupi trowy jednostopniowy filtr

pospieszny

Filtr superpospieszny.

Rodzaje filtrów i ich konstrukcja Pospieszne

Wła ciwo ci filtrów Powolne (otwarte-

grawitacyjne) Otwarte

(grawitacyjne Zamkni te (ci nieniowe)

Superpos- pieszne (zamkni te- cisnieniowe)

Powierzchnia [m²] do 2500 120 do10 do 10

Pr dko [m/h] 0,1÷0,3 6÷12 6÷12 15÷50

Warstwa [m]:

- podtrzymuj ca

- filtracyjna do 0,5

0,6÷1,0 do 0,5

0,7÷2,0 do 0,5

0,7÷2,0 0,2÷0,4 0,4÷1,2 rednica [mm]:

- wiru

- piasku 2÷32

0,5÷2,0 2÷32

0,4÷1,8 2÷32

0,4÷1,8 2÷10

0,4÷2,0 Strata ci nienia [m H2O]

- pocz tkowa

- ko cowa 0,1÷0,2

0,6÷0,8 0,3

0,3 3,0

6,0 -

Cykl od kilku do kilkudziesi ciu godzin

Oczyszczanie r czne płukanie

wod lub powietrzem i

wod

płukanie wod lub powietrzem i

wod

płukanie wod

Wła ciwo ci filtrów powolnych, pospiesznych i superpospiesznych

60 50 30 40 20 10 2

20 40 60 80 100

v_f1 = 0,1 m/godz v_f2 = 6 m/godz

v_f3= 12 m/godz

Gł boko (cm)

Φ ΦΦ

Φ (100)

Profile wypełnienia porowato ci

Długo cyklu filtracji w funkcji jako ci filtratu i strat ci nienia

hydraulicznego, straty ci nienia, jako filtratu

Schemat drena u niskooporowego z dyszami do płukania wodno-powietrznego

a) drena belkowy do płukania

powietrzem i wod b) drena kulowy

Drena e niskooporowe

Koryta popłuczyn w filtrze pospiesznym

Wykres do obliczania koryt w filtrze pospiesznym

Filtr piaskowy do ci głej filtracji (FlooSand firmy Raisio Flootek

Schemat filtru o działaniu ci głym

Filtracja cz stkowa - polega na usuwaniu zanieczyszcze za pomoc filtrów ze zło em filtracyjnym lub wkładów

wymiennych. Dolna granica filtracji wynosi 1 u.

Mikrofiltracja -zakres filtracji wynosi od 0,05 u do 1 u.

Ultrafiltracja - charakteryzuje si mniejszymi pr dko ciami przepływu, wynikaj cymi z małego mikrona u i odbywa si na specjalnych, podobnych do membrany osmotycznej, wkładach wymiennych. Zakres filtracji od 0,01 do 0,1 u.

Nanofiltracja - jak wy ej, ale zakres filtracji wynosi od 0,001 u do 0,01 u.

Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metod odwróconej osmozy

P

membrana

Permeat

(woda oczyszczona)

Schemat filtracji powierzchniowej(cedzenie)

ZD ZZ

Filtracja-zagadnienia

- usuwanie zanieczyszcze mechanicznych - filtracja a cedzenie

- filtracja w układach technologicznych - mechanizm filtracji

- materiały filtracyjne/wypełnienia filtrów - rodzaje filtracji

- wła ciwo ci filtrów

- filtry o działaniu ci głym - strata ci nienia

- strata ci nienia/jako filtratu