(čištění) vody. Fundamental physical-chemical en

F -X c h a n g e
F -X c h a n g e
W
N
O
y
bu
5.1.1.3. Minimální rychlost fluidizace (uvedení
částic vrstvy do stavu vznosu)
V podmínkách horního (sestupného) směru
proudění vody můžeme napsat, že minimální
fluidizační rychlosti (Vmf), (kap. 3 § 7.) je
dosaženo, když se tlaková ztráta rovná skutečné
hmotnosti lůžka na měrnou jednotku plochy
povrchu (skutečná hmotnost zmenšená o
Archimédův vztlak):
ΔP = H.(ρs- ρL).g.(1-ε)
kde jsou rovněž empirické rovnosti (Leva, Moll)
používané pro výpočet této rychlosti. V tabulce
14 (kap. 3 § 7.) jsou uvedeny hodnoty Vmf pro
běžné filtrační prostředky.
5.1.2. Filtrace kapalných suspenzí provázená
tvorbou “koláče”
V tomto případě budeme uvažovat o filtraci
kapalných suspenzí (jemně rozptýlených pevných
nečistot v kapalině) "přes nosič" doprovázené
vytvářením sedimentačního "koláče" zvětšující se
tloušťky. To je například případ zpracování kalů
(tlaková filtrace kalů s využitím pásového filtru
nebo pásového tlakového filtru).
Ve výrazu Darcyova pravidla pak můžeme
přijmout fakt, že R zahrnuje oba odpory zapojené
do série (za sebou), na jedné straně odpor
"koláče" Rg a na druhé straně počáteční odpor
Rm pásového filtru.
Vyjádření rovnice je dále rozšířeno v kapitole 18
§ 7. Upozorňuji také v kapitole 5, § 6.6 na
zkušební protokoly, laboratorně používané pro
měření R a koeficient stlačitelnosti. Podobný
přístup může být použit pro filtrační systémy
využívající filtračních pásů nebo filtračních
vložek.
5.4.2. Kontrola a optimalizace
5.4.2.1. Monitorování filtračního cyklu
Pro kontrolu a monitorování filtrace se používají
3 kontrolní metody.
lic
Fundamental physical-chemical
engineering processes
applicable to water treatment
.d o
5.1.1.3. Minimum fluidisation rate
In upflow conditions, we can write that the
minimum fluidisation rate (Vmf) (chap. 3 § 7.) is
reached when the head loss is equal to the
apparent weight of the bed per unit of surface
area (real weight less the Archimedes thrust):
ΔP = H.(ρs- ρL).g.(1-ε).
There are also empirical equations (Leva,
Moll) used to calculate this velocity. Table 14
(chap. 3 § 7.) provides Vmf values for common
filtering media.
5.1.2. Filtration of a liquid suspension
accompanied by the formation of a cake
In this case, we will consider filtration
'through a support' of a solids-laden liquid
accompanied by the formation of a cake of
increasing thickness. This is the case of sludge
treatment (pressurised sludge filtration using a
belt filter or a belt pressure filter).
In the Darcy law expression, we can then
accept that R includes both resistances in series,
on the one hand the cake's resistance Rg and, on
the other, the filter belt's initial resistance Rm.
The formulation of the equation is further
expanded on in chap. 18 § 7. Please also refer to
chapter 5, § 6.6. for laboratory testing protocols
used to measure R and the compressibility
coefficient. A similar approach can be used for
filtration systems using filter belts or cartridges.
5.4.2. Control and optimisation
5.4.2.1. Monitoring a filtration cycle
Three inspection methods are normally used
to monitor filter operation.
m
w
o
.c
k
to
c u -tr a c k
C
m
Základní fyzikálně-chemické
technologické procesy vhodné
pro úpravu (čištění) vody.
o
.d o
w
w
w
w
w
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
c u -tr a c k
.c
F -X c h a n g e
F -X c h a n g e
W
N
O
■ Měření a změny celkové ztráty tlaku
Graf zobrazující změny tlakové ztráty P je
vykreslen jako časová funkce (křivka v obrázku
39). Konstrukce filtru určuje maximální tlakovou
ztrátu, která nemůže být překročena: např. P 2 =
200 hPa (2.00 m vodního sloupce). Této tlakové
ztráty bude dosaženo za dobu t2.
■ Grafy tlaku (trojúhelníkový diagram)
Úsek a na obrázku 40 představuje otevřený
gravitační filtr mající pískový filtr s tloušťkou
filtrační vrstvy BD a vodním sloupcem (hloubkou
vody) AB nad filtračním lůžkem. Graf vpravo má
hodnoty zkušebních tlaků A, B, C a D nad dnem
filtru D podél osy y a tlak vody je znázorněn
podél osy x, přičemž mají obě osy stejné měřítko.
V bodě b filtru, umístěného na povrchu
filtračního lůžka (dně filtru) bude tlak vždy roven
hloubce vody AB, zobrazeno jako B´b. V bodě C
na dně filtru, když je filtr mimo provoz, se bude
hodnota tlaku rovnat AC, zobrazeno jako C'c0;
obdobně, atmosférický tlak v úrovni dna se bude
rovnat hodnotě AD a je zobrazen jako D'd0.
Všechny body představující atmosférický tlak při
různých úrovních hladiny vody ve filtru mohou
být nalezeny na přímce se sklonem 45°, označené
A'd0. Tlak vzduchu (atmosférický tlak) působí na
všechny body podél přímky A'D'.
5.4.5.1. Rychlá filtrace se sestupným
prouděním vody
V závislosti na konkrétním případu je tento
systém používán v otevřených filtračních
jednotkách (prosakování samospádem gravitační filtry) nebo v uzavřených přetlakových
filtračních zařízeních, viz kapitola 13 při rozsahu
rychlosti filtrace od 4 do 50 m3/hod/m2. Tento
konstrukční typ filtru je v systémech fyzikálněchemické úpravy vody nejpoužívanější. Je určen
pro rychlou filtraci, na rozdíl od starších,
pomalejších filtračních systémů (5 m.d-1).
to
k
■ Pressure graphs (triangular diagram)
Section a of figure 40 represents an open gravity
filter having a sand depth equal to BD and a
water depth above the medium, AB. The right
hand graph has the pressure sampling heights A,
B, C and D above the filter floor D along the Yaxis and the pressures shown as water depth
along the X-axis, both being to the same scale.
Thus, at point b on the filter, located at the top of
the filter bed, pressure will always be equal to the
water depth AB, shown as B'b. At point C on the
filter bed, when the filter is not working, the
pressure will be equal to AC, shown as C'c0;
similarly, the static pressure at floor level will be
equal to AD and shown as D'd0. All points
representing static pressure at the different levels
in the filter can be found on the 45° straight line,
A'd0. Atmospheric pressure applies at all points
along the straight line A'D'.
5.4.5.1. Rapid downflow filtration
Depending on the case concerned, this system is
used in open units (gravity flow) or closed,
pressurised units (see chap. 13) at velocities
ranging from 4 to 50 m3.h-1.m-2. This is the type
of filtration that is most widely used in physicalchemical treatment systems. It is designated
'rapid' in contrast to older, slower filtration
systems (approximately 5 m . d-1).
m
lic
■ Measurement of and changes in total
pressure drops
The graph showing changes in head loss P is
plotted as a function of time (curve in figure 39).
Through construction, there will be a maximum
head loss that the filter cannot exceed: e.g. P2 =
200 hPa (2.00 m of WC). This head loss will be
achieved after a time t 2.
o
c
bu
y
m
o
.
Křivka
b v obrázku 39 ilustruje změny zákalu
filtrátu a lze z ní určit typickou hodnotu
provozního intervalu filtru:
c = doba zrání,
b = normální provozní perioda,
d = začátek propouštění (průrazu) filtru,
e = přípustná mezní hodnota zákalu; zákal
přefiltrované vody dosáhne této
hodnoty v okamžiku t1, kdy musí být
cyklus zastaven.
c u -tr a c k
w
w
.d o
■ Measurement of changes in filtered water
w
quality
.c
.d o
c u -tr a c k
Curve b in figure 39 illustrates the changes in
filtrate turbidity and establishes characteristic
filter operating period:
c = maturation period,
b = normal operation period,
d = filter begins to break through,
e = acceptable turbidity limit; filtered
water turbidity will reach this figure
for a time t1 when the cycle must be
stopped.
w
w
w
C
■ Měření změn kvality filtrované vody
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD
F -X c h a n g e
F -X c h a n g e
W
Aby se zachovaly výhody filtrů se vzestupným
prouděním a odstranily se nedostatky pískových
filtrů založených na tomto principu, můžeme
používat filtrační médium sestávající z
plovoucího materiálu (lehčího, než voda), jako
např. pěnový polystyren (Médiaflo). Tento typ
filtru je proplachován bez potřebného zásobníku
proplachovací vody, a to proudem vrstvy vody
nad filtrační vrstvou (ztráty již upravené vody
zapříčiněné proplachováním filtrační vrstvy jsou
v tomto případě sníženy na 0,8 m3 / m2).
Všechny ostatní parametry jsou stejné, plovoucí
filtrační vrstva poskytuje stejné filtrační výsledky
jako pískové filtry (viz také kapitola 13 § 4.1.).
Tento systém může být použit v segmentu
přípravy pitné vody nebo UWW (komunální
čistírna odpadních vod).
■ Filtry s dvojím směrem filtrace
Surová voda přitéká na filtrační materiál shora i
zespodu; voda je regenerována z vnitřku filtrační
hmoty. V minulosti bylo použito toto extrémně
kompaktní řešení v několika málo aplikacích.
■ Filtry s vodorovným prouděním
Tato technika se někdy používá v malých, velice
"prostých" čističkách odpadních vod (například
hrubé štěrkopískové filtry).
y
N
O
■ Filtry s plovoucí filtrační vrstvou (obrázek
42)
bu
to
k
■ Twin filtration direction filters
The water to be filtered enters the filter matter
from the top and from the bottom; water is
recovered from within the filtering mass. In the
past, a few applications used this extremely
compact solution.
■ Horizontal flow filters
This technique is sometimes used in small, very
rustic water treatment plants (e.g. roughing filters
using gravel).
m
lic
■ Floating bed filters (figure 42)
In order to retain the benefits of a rising
current, while avoiding the drawbacks of sand
filters based on this principle, we can use a filter
medium consisting of a floating material (lighter
than water), such as expanded polystyrene
(Médiaflo). This type of filter is washed without
the need for a wash water tank, just by flushing
the layer of water present above the filter bed
(treated water losses incurred by the wash are
limited to 0.8 m3 . m-2).
Furthermore, all things being equal,
floating bed filters provide the same results as a
sand filter (see also chap. 13 § 4.1.).
This system can be used in drinking water or
UWW tertiary treatment processes.
o
m
o
.c
Voda
se filtruje prosakováním zdola směrem
nahoru přes vrstvu filtračního materiálu. Tato
technika filtrování se používá méně a méně;
zadržovací (kalová) kapacita využívající
roztříděnou zrnitost filtrační vrstvy může být
větší, ale tlaková ztráta je omezena hmotností
vrstvy filtračního materiálu; za tímto limitem
dochází k expanzi filtrační vrstvy a hrozí
"proražení" filtru. Aby se zabránilo tomuto
nedostatku, potřebujeme počítat se systémem,
který mechanicky přidržuje filtrační vrstvu na
místě (například vhodná mřížka, ...) nebo vybrat
homogenní (stejnorodou) směs filtračního písku a
použít systém nepřetržitého proplachování filtru
(viz § 5.4.4.4.).
c u -tr a c k
w
w
.d o
■ Rising flow filters
Water percolates upwards through the w .d o c u -tr a c k.c
filter medium. This technique is being used less
and less; the storage capacity using a regraded
heterogeneous bed may be greater but head loss is
limited by the weight of the filter matter; beyond
this limit, the matter expands and we have filter
breakthrough. In order to avoid this drawback, we
need to allow for a system that holds the filter
matter in place (e.g. a grating...) or to select a
homogenous sand, continuous wash filter (see §
5.4.4.4.).
w
w
w
C
■ Filtry se vzestupným prouděním vody
C
lic
k
to
bu
y
N
O
W
!
PD
!
PD