Zielona Góra 9.12.2003

                                                             Uniwersytet Zielonogórski

                                                              Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

                                                            Instytut Inżynierii Środowiska

                                                              Zakład Sieci i Instalacji Sanitarnych

SPRAWOZDANIE NR 2

Temat:

Określenie długości cyklu filtracyjnego na podstawie przyrostu strat ciśnienia

Aleksandra Grzyb

Joanna Kubicka

Eryk Jaworski

Radosław Wiekiera

Marek Goraj

  Grupa 35 A

I.                   Część teoretyczna.

Podczas filtracji woda przepływa w określonym kierunku i z odpowiednią prędkością przez złoże filtracyjne, które stanowi materiał porowaty. Podczas przepływu wody przez złoże filtracyjne zawiłymi drogami o nieregularnych kształtach i zmiennych przekrojach usuwane są cząstki o znacznie mniejszych wymiarach niż pory, co dowodzi iż w zatrzymywaniu zanieczyszczeń w złożu filtracyjnym współuczestniczy wiele zjawisk. Należą do nich przede wszystkim: cedzenie, sedymentacja, flokulacja, kohezja, adhezja i dyfuzja.

Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są:

·        piasek kwarcowy

·        węgiel antracytowy

·        granulowany węgiel aktywny

Stosowane są również materiały spiekane, jak np. keramzyt, lub materiały kruszone, jak granit, oraz tworzywa sztuczne o gęstości mniejszej od gęstości wody.

Materiały filtracyjne spełniają swoje zadanie wówczas, gdy charakteryzują się właściwym uziarnieniem, porowatością, gęstością, wytrzymałością mechaniczną oraz składem chemicznym. Bardzo istotnym parametrem jest ich czystość, tzn. brak możliwości ługowania z nich zanieczyszczeń przez przepływającą wodę. Wielkość ziaren materiału filtracyjnego, ich kształt i wzajemne rozmieszczenie decydują o geometrii złoża filtracyjnego i jego właściwościach hydraulicznych.

Filtry ze względu na ich przeznaczenie można podzielić na następujące grupy:

·        filtry do klarowania wody, służące głównie do usuwania z wody zawiesin

·        filtry kontaktowe, w których równocześnie

·        filtry do odżelazienia i odmanganiania

·        filtry sorpcyjne, służące do usuwania z wody domieszek, występujących zwykle w postaci substancji rozpuszczonych.

Ze względu na stosowaną prędkość filtracji można podzielić na:

·        powolne

·        pospieszne

·        superpospieszne

Ze względu na sposób wywoływania przepływu oczyszczonej wody przez złoże filtracyjne rozróżnia się filtry:

·        grawitacyjne, przez które woda przepływa wyłącznie pod działaniem różnicy poziomów swobodnych zwierciadeł wody nad złożem filtru i w zbiorniku wody przefiltrowanej

·        ciśnieniowe, przez które woda przepływa pod ciśnieniem

Filtry pospieszne stosowane są najczęściej do oczyszczania wody wstępnie oczyszczonej metodami fizycznymi i chemicznymi.

Filtracja pospieszna może być stosowana do:

·        zatrzymania zawartych w wodzie zawiesin pochodzenia naturalnego bądź wytworzonych w procesie koagulacji lub zmiękczania przez strącanie

·        usuwania Mn i Fe

·        przyspieszania procesu koagulacji

·        sorbowania wielkocząsteczkowych związków zawartych w wodzie

Filtry pospieszne mogą być eksploatowane według metody:

·        stałej prędkości filtracji

·        zmiennej prędkości filtracji

·        stałego ciśnienia

·        zmiennego poziomu wody

·        stałego poziomu wody

W filtrach pospiesznych stosowanych w układach oczyszczania przeznaczonych na zaopatrzenie ludności stosuje się najczęściej prędkość filtracji w granicach

5 -10 m/h.

W filtrach pospiesznych stosuje się złoża jednowarstwowe, np. piaskowe, dwuwarstwowe, np. piaskowo – antracytowe oraz trójwarstwowe, np. węglowo – antracytowo – piaskowe.

Cykl filtracji to czas pracy złoża filtracyjnego między kolejnym jego płukaniem. Zależy on przede wszystkim od parametrów złoża, prędkości filtracji i poziomu zanieczyszczenia wody dopływającej na filtry.

Złoża filtrów pospiesznych mogą być płukane wodą lub wodą i powietrzem. Czynniki płuczące podczas płukania przepływają od dołu do góry złoża filtracyjnego wynosząc zatrzymane w złożu zanieczyszczenia.

II.               Część praktyczna.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem filtracji pospiesznej oraz uzyskanie zależności pomiędzy efektami filtracji i parametrami złoża filtracyjnego a także jego parametrami eksploatacyjnymi jak: przyrost strat ciśnienia, długość cyklu filtracyjnego, wykorzystanie pojemności masowej na zanieczyszczenia.

Proces filtracji przez złoże piaskowe prowadziliśmy ze stałą prędkością 7m/h. Prędkość filtracji była regulowana ręcznie zaworem na odpływie filtra. Wysokości strat ciśnienia odczytywano z piezometrów dla różnych głębokości złoża filtracyjnego. Pobierano próby do badań fizykochemicznych po każdym dziesięciominutowym cyklu.

Barwę oznaczono za pomocą spektrofotometru (Specol 11) dla fali l = 390 nm,. obliczono barwę ze wzoru: S = 750 * E.

Mętność oznaczono za pomocą spektrofotometru (Marcel).

Oznaczenie utlenialności:

Do kolb stożkowych odmierzono po 50 cm3 i 100 cm3 badanej wody. Kolby zawierające po 50 cm3 dopełniono do objętości 100 cm3 wodą destylowaną; dodać 10 cm3 roztworu kwasu siarkowego i 10 cm3 roztworu nadmanganianu potasowego. Kolby wstawiono do wrzącej łaźni wodnej i ogrzewano próbki przez 30 minut. Po wyjęciu próbek z łaźni wodnej dodano 10 cm3 roztworu szczawianu sodowego, wymieszano i po odbarwieniu miareczkowano na gorąco roztworem nadmanganianu potasowego do wystąpienia słabo różowego zabarwienia.

Z powodu nadmiernego zanieczyszczenia próbki wody surowej oznaczono utlenialność tylko dla objętości V = 50 [cm3].

Analogicznie postępowaliśmy podczas przygotowania próby zerowej. W tym przypadku próbką wody była woda destylowana.

Obliczeń dokonano w oparciu o wzór:

X =

gdzie:

a – ilość roztworu 0,125 M KMnO4 zużyta na miareczkowanie próbki wody, [cm3]

b – ilość roztworu 0,125 M KMnO4 zużyta na utlenienie związków organicznych zawartych w 100 cm3 wody destylowanej [cm3]

V – objętość próbki wody użytej do oznaczenia [cm3]

Wyniki wszystkich doświadczeń przedstawiono w tabeli: