Фильтрование

Фильтрование — процесс процеживания суспензии через пористый материал, задерживающий твердые примеси и пропускающий воду. Если размеры частиц больше размеров пор фильтрующей загрузки, то частицы останутся на поверхности загрузки. Этот тип фильтрования называется поверхностным, осадочным или опорным. Если частицы проходят внутрь материала загрузки, то процесс называется фильтрованием в объеме, или объемным фильтрованием.

С поверхностным фильтрованием мы встречаемся при движении воды через фильтры из пористой керамики, при фильтровании под давлением или вакуумом через сетчатые и тканевые перегородки и .т.д. При этом на фильтре задерживаются все частицы, размеры которых превышают размеры пор фильтрующей основы. В результате на ней формируется слой осадка, являющийся дополнительным фильтрующим слоем.

Процесс поверхностного фильтрования подчиняется закону Дарси, по которому Скорость фильтрования ν пропорциональна потерям напора p, коэффициент пропорциональности К зависит от динамической вязкости μ и величины, определяющей сопротивление среды R:

ν = Kp; K = 1 / (μR); ν = p / μR

В свою очередь, сопротивление среды R складывается из начального сопротивления фильтрующей основы RH и сопротивления образовавшегося слоя осадка ROC:

R = RH + ROC

Сопротивление слоя осадка:

ROC = rM / F

где r — удельное сопротивление осадка фильтрованию; M — масса отложившегося осадка; F — площадь фильтра.

После подстановки и преобразования получаем выражение для скорости фильтрования ν:

ν = p / [μ(rM / F + RH]

При фильтровании воды со взвешенными веществами через слой песка или другие зернистые материалы, т.е. при объемном фильтровании, наблюдаются следующие процессы: извлечение взвешенных частиц из воды и их закрепление на зернах фильтрующей загрузки под действием сил адгезии; отрыв части задержанных частиц от зерен загрузки и перенос их в последующие слои, где они снова задерживаются в порах загрузочного материала.

До тех пор пока интенсивность первого процесса превышает интенсивность второго, происходит очистка воды от взвешенных частиц.

С течением времени в загрузке накапливается осадок, при этом объем свободного порового пространства уменьшается, а гидравлическое сопротивление загрузки возрастает. Это проявляется в увеличении потери напора в фильтрующей загрузке, повышении концентрации взвеси в фильтрате. Время, в течение которого слой загрузочного материала обеспечивает очистку воды до требуемой концентрации, называется временем защитного действия загрузки

τ3 = 1 / K·b/a (x-X0/b)

где К и X0 — константы, зависящие только от требуемого эффекта очистки и определяемые по номограммам Д.М. Минца; b/a и b — кинетические параметры процесса фильтрования, характеризующие соответственно скорость проникновения взвести в Глубь загрузки и интенсивность прилипания частиц к зернам загрузки.

Продолжительность работы фильтра tH до момента достижения предельной потери напора определяется из выражения:

tH =[(Hпр - H0)i0]x/H0T

где H0 и Hпр — соответственно начальная и предельно допустимая потеря напора в. за грузке фильтра; i0 — темп прироста потери напора; х — толщина слоя загрузки.

Отношение t3/tH характеризует надежность работы фильтра и при t3/tHl гарантирует высокое качество фильтрата. Чем больше это отношение, тем выше степень санитарной надежности фильтра.

Процесс фильтрования — один из основных приемов в водоподготовке, обеспечивающий удаление из природной воды как взвешенных, так и коллоидных примесей. Этот метод широко применяется также для доочистки сточных вод, прошедших сооружение биологической или физико- химической очистки. Особенность фильтрования биологически очищенных сточных вод заключается в том, что наряду с процессом задержания нерастворенных примесей в фильтрах достаточно интенсивно идут биохимические процессы окисления остаточных органических веществ.

www.ovode.net 2011