Technologia Wody Wykład 2 Filtracja
8. Woda w przyrodzie cd zawiesiny mikrofauna zw. organiczne wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Woda w przyrodzie
8. cedzenie filtracja (powolna) sedymentacja zawiesiny dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale zw. organiczne sedymentacja filtracja (szybka) CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno koagulacja wizanie chemiczne sorpcja utlenianie
Procesy jednostkowe usuwania zanieczyszcze mechanicznych 1.Cedzenie - kraty, sita, mikrosita - membrany (u-,mikro-,nano-filtracja) - odwrócona osmoza 2.Filtracja czstkowa (przez złoa) - powolna, pospieszna - jednowarstwowe, wielowarstwowe - specjalne, w tym cigła 3.Sedymentacja
2. Rozmiary substancji rozpuszczonych i zawiesin 2.1. Rozmiary i masy czsteczkowe -6-5 -4-3 -2-1 0 1 2 3 10-6 10-5 10-4 10-3 0.01 0.1 1 10 10 2 10 3 lg Φ Φ (µm) 10 2 10 4 10 6 M. czstecz. (D) czstki 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 10 2 10 3 j.pr. r k k z minerały ilaste kwasy kwasy fulwowe huminowe wirusy j.złoone bakterie krzemionka glony cysty
3. Rozmiary składników wód J. nieorg. Makroczst. Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony Pierwotniaki Oko Mikroskop opt. Mikroskop elek. φ (µm) 10-4 -3-2 -1 0 1 1 2 3 Filtracja Filt. Membr,µ-filt u-filtr n-filtr OOsmoza
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 10 2 10 3 filtry n u µ cedzenie RO ED Destyl. u-wir. wirow. filtracja sedymentacja Φ Φ,ς ρ D T, Rozp.
ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNEpodział metod usuwania przegrody złoa porowate złoa namywane -kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany -jednowarstwowe -wielowarstwowe -powolne -szybkie
ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNEpodział metod usuwania Sedymentacja/Flotacja Filtracja przegrody -kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany -µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO) złoa porowate -liczba warstw -jednowarstwowe -wielowarstwowe -szybkoc filtracji -powolne -szybkie -ciagłopracy -cigłe -okresowe(płukane) -specjalne -odelazianie -wymiana jonowa -adsorpcja złoa namywane -perforowane -siatkowe
Układy technologiczne usuwanie zawiesin Wz F D Wu Wz S F D Wu Wu - woda uzdatniona Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie
Układy technologiczne (c.d.) usuwanie barwy i mtnoci Wz K S F D Wu Wz U K S F D Wu usuwanie zawiesin, barwy i mtnoci Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie
Filtracja czstkowa - polega na usuwaniu zanieczyszcze za pomoc filtrów ze złoem 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 prdkociami przepływu, wynikajcymi z małego mikronau 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 wyej, ale zakres filtracji wynosi od 0,001 do 0,01 um(wirusy, zwizki organiczne, jony wielowartociowe) Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metod odwróconej osmozy,zakres wynosi 0,0001 do 0.003 um (aniony i kationy jednowartociowe)
Kraty - do usuwania zawiesin grubych - stałe/ wymienne -ustawiane w kanale ujciowym (70%) -przewit: 30-50mm(rzadkie)/10-20mm(gste) -czyszczenie rczne/mechaniczne
Schemat kraty stałej oczyszczanej mechanicznie. 1- prty kraty, 2- łacóch i zgrzebła
Sita -do dokładniejszego usuwania zawiesin -ustawiane za kratami -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 -bbny obrotowe pokryte siatk metalow -23-65µm na siatce 2x2mm -wydajnobbna wynosi 10000-25000 m3/d
Schemat mikrosita. 1- dopływ wody, 2- bben mikrosita, 3- instalacja do płukania, 4- lej zbierajcy wod po płukaniu z odpływem do kanalizacji, 5- kanałodpływowy, 6- silnik napdzajcy mikrosito
Technologia Wody Wykład 3 - FILTRACJA 1. Definicja a) klasyfikacja b) filtracja W technologii wody i w odnowie wody proces jednostkowy dogłbnego usuwania zawiesin (0,1-50 µm)
Koncepcja Wielokrotnego oczyszczania Koagulant Koag.powierz. sedymentacja filtracja dezynfekcja cieki odbiornik krata koagulacja flokulacja osad lub/i wtórne u. popłuczyny osad
Doprow. wody DRENA Odprowadzenie wody po filtracji
Mechanizm filtracji Czstka, dp transport przyleganie Linia przepływu Wypełnienie nienie,, dc odrywanie
Etapy filtracji Filter coefficient (λ) (-) Detachment Attachment (+) 0 Filter Ripening Effective Filtration Turbidity Breakthrough Wormhole Flow Time
Podstawowe procesy 1. Filtracja - przyleganie - odrywanie 2. Płukanie - odrywanie
2. Mechanizm filtracji a) zjawiska transportu - cedzenie d czstki / d ziarna > 0,2 η = η = 100%
- sedymentacja Z < d cz < 10 (µm) γ > 2,6 (g/cm 3 ) η s = ρ g 18 ( d ) µν cz 2 Z- ziarno złoa
- dyfuzja d cz < 2 µ m K T η d = 0,9 ( µ d d ν ) 2/ 3 cz z
- wychwytywanie l µ η w m = < 3 2 d cz d d cz z 2
- przepływ hydrodynamiczny (cinanie) - flokulacja ortokinetyczna
η =? 1 ηc = (1 η1) (1 η2) Σ ηι ηc = Σ η
b) zjawiska przycigania (siły elektrostatyczne)
Odrywanie czstek Doprow. wody DRENA Odrywanie czstek gdy prdkoc filtracji wzronie (porowato/przekrój czynny) zmaleje Odprowadzenie wody po filtracji
3. Kinetyka filtracji a) zmiana stenia zawiesin dc - = dy c λ 2 = = c 0 λ e c -λy f (transp., przyciag, c - stenie λ - współ. filtracji y - głboko(l) odrywanie)
Teoria trajektorii ruchu d p Viruses 0.01-0.025 µm d c d c d c Bacteria 0.2-1 µm Cryptosporidium 3-5 µm dyfuzja d p < 1 µm sedymentacja d p > 1 µm przechwyt Giardia 6-10 µm
Analiza trajektorii ruchu porowato efektywnoc dc dz = 15. 1 ( ε) d c α η + η + η [ ] D G I c zmiana stenia z głbokoci stenie
b) bilans materiałowy zawiesin Ł Z = Ł D - Ł O D - dopływ O - odpływ Z - zatrzymany Ł - ładunek
d σ dt t y = ν c t- ν c- dc dy y dc 1 d σ = ν dy dt
d σ dt = ν λ c 0 e - λ t σ = ν λ c 0 e - λ t t
4. Hydraulika filtracji Q = K S K = p l k µ ( 1-Σ) H ν µ = k L Σ 2 2 2 d z
Schemat Procesu Filtracji Doprow. wody DRENA Odprowadzenie wody po filtracji
P-P o /P o krotno cinienia 40 30 20 10 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Φ porowato Zaleno cinienia tłocznego od porowatoci
Cykl filtracji (godz.) 40 30 20 10 100 200 300 400 500 Mtno mg/dm 3 Zaleno czasu trwania cyklu filtracyjnego od mtnoci wody zasilajcej filtr
Układ linii cinie w złou filtracyjnym w czasie filtracji
Rodzaje filtrów Otwarte/Zamknite Bezcinieniowe/Cinieniowe Powolne/Pospieszne Jednowarstwowe/Wielowarstwowe Do zawiesiny/specjalne Okresowe/Cigłe
Schemat filtru pospiesznego grawitacyjnego
Schemat filtru powolnego
Schemat filtru pospiesznego cinieniowego
Dwupitrowy jednostopniowy filtr pospieszny Poziomy filtr pospieszny. 1- dopływ wody czystej, 2- dopływ wody surowej,3- dopływ wody do płukania, 4- złoe filtracyjne, 5- płyta drenaowa Filtr superpospieszny. 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.
Właciwoci filtrów powolnych, pospiesznych i superpospiesznych Właciwoci filtrów Rodzaje filtrów i ich konstrukcja Pospieszne Otwarte (grawitacyjne Zamknite (cinieniowe) Powolne (otwartegrawitacyjne) Superpospieszne (zamknitecisnieniowe) Powierzchnia [m 2 ] do 2500 120 do10 do 10 Prdko [m/h] 0,1 0,3 6 12 6 12 15 50 Warstwa [m]: - podtrzymujca - filtracyjna rednica [mm]: - wiru - piasku Strata cinienia [m H 2 O] - pocztkowa - kocowa do 0,5 0,6 1,0 2 32 0,5 2,0 0,1 0,2 0,6 0,8 do 0,5 0,7 2,0 2 32 0,4 1,8 do 0,5 0,7 2,0 2 32 0,4 1,8 0,3 3,0 0,3 6,0 od kilku do kilkudziesiciu godzin płukanie wod lub powietrzem i wod Cykl Oczyszczanie rczne płukanie wod lub powietrzem i wod 0,2 0,4 0,4 1,2 2 10 0,4 2,0 - płukanie wod
2 20 40 60 80 100 Φ (100) 10 20 30 40 50 v f2 = 6 m/godz v f3 = 12 m/godz v f1 = 0,1 m/godz 60 Głboko (cm) Profile wypełnienia porowatoci
Długo cyklu filtracji w funkcji jakoci filtratu i strat cinienia hydraulicznego, straty cinienia, jako filtratu
Schemat drenau niskooporowego z dyszami do płukania wodno-powietrznego
a) drena belkowy do płukania powietrzem i wod Drena e niskooporowe b) drena kulowy
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 cigłym
Filtracja czstkowa - polega na usuwaniu zanieczyszcze za pomoc filtrów ze złoem 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 prdkociami przepływu, wynikajcymi z małego mikronau i odbywa si na specjalnych, podobnych do membrany osmotycznej, wkładach wymiennych. Zakres filtracji od 0,01 do 0,1 u. Nanofiltracja - jak wyej, ale zakres filtracji wynosi od 0,001 u do 0,01 u. Hiperfiltracja - jest to filtracja wody metod odwróconej osmozy
P woda uzdatniana ZZ solanka membrana ZD Permeat (woda oczyszczona) Schemat filtracji powierzchniowej(cedzenie)
Filtracja-zagadnienia - usuwanie zanieczyszcze mechanicznych - filtracja a cedzenie - filtracja w układach technologicznych - mechanizm filtracji - materiały filtracyjne/wypełnienia filtrów - rodzaje filtracji - właciwoci filtrów - filtry o działaniu cigłym - strata cinienia - strata cinienia/jakofiltratu