Minimalne prędkości fluidyzacji podczas płukania wybranych złóż filtracyjnych

• Autorzy: Guzdek Paweł , Zielina Michał

Identyfikatory

DOI

10.36119/15.2024.7-8.6

Warianty tytułu

EN

Minimum fluidization velocities during backwashing of selected filter beds

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Filtracja pospieszna jako jeden z istotnych procesów jednostkowych w uzdalnianiu wody wymaga odpowiednio zaprojektowanego procesu płukania złóż filtracyjnych. Istotnym zagadaniem wpływającym na prawidłową hydraulikę płukania wstecznego jest określenie minimalnej prędkości fluidyzacji. Prędkość ta jest zależna od cech fizycznych materiałów filtracyjnych, takich jak: gęstość, porowatość, uziarnienie a także kształt ziaren złóż. Określenie tych wielkości umożliwia wykonanie obliczeń minimalnej prędkości fluidyzacji istotnej ze względu na możliwość określenia momentu początku ekspansji złoża, wyznaczenia minimalnego przepływu na jaki dobiera się pompę płuczącą. W ramach przeprowadzonych badań wyznaczono parametry fizyczne najczęściej stosowanych materiałów filtracyjnych takich jak piasek i hydrantracyt, a także coraz częściej wykorzystywanych w ostatnich latach w Europie złóż keramzytowych o wysokiej i niskiej gęstości. Zmierzone wartości wykorzystano w obliczeniach minimalnej prędkości fluidyzacji (Vmf) najczęściej stosowanymi w literaturze równaniami. Wyniki obliczeń minimalnych prędkości fluidyzacji złóż zestawiano z wynikami przeprowadzanych pomiarów eksperymentalnych w skali półtechnicznej laboratoryjnej. Analizując uzyskane wyniki stwierdzono, że minimalną prędkość fluidyzacji dla piasku kwarcowego oraz keramzytu wysokiej gęstości najlepiej wyznaczyć wzorem Gidaspow’a, natomiast minimalną prędkość fluidyzacji hyroantracytu oraz keramzytu o niskiej gęstości najdokładniej oblicza się ze wzoru opracowanego przez Majcherek.

EN

Rapid filtration as one of the important unit processes in water treatment requires a properly designed process of rinsing filter beds. An important issue affecting the correct backwash hydraulics is determining the minimum fluidization velocity. This velocity depends on the physical characteristics of filter materials, such as density, porosity, grain size and the shape of bed grains. Determining these values makes it possible to calculate the minimum fluidization speed, which is important for determining the moment of the beginning of the bed expansion and determining the minimum flow for which the rinsing pump is selected. As part of the research, the physical parameters of the most commonly used filter materials, such as sand and hydranthracite, were determined, as well as the high- and low-density expanded clay deposits that have been increasingly used in Europe in recent years. The measured values were used in the calculation of the minimum fluidization velocity (Vmf) using the equations most commonly used in the literature. The results of calculations of the minimum fluidization velocities of the beds were compared with the results of experimental measurements carried out on a semi-technical laboratory scale. Analyzing the obtained results, it was found that the minimum fluidization velocity for quartz sand and high-density expanded clay is best determined using Gidaspow's formula, while the minimum fluidization velocity for hyroanthracite and low-density expanded clay is most precisely calculated by the formula used by Majcherek.

Słowa kluczowe

PL

fluidyzacja; płukanie wsteczne; złoża filtracyjne; keramzyt; uzdatnianie wody

EN

fluidization; backwash; filter beds; expanded clay; water treatment

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 7/8
• Strony: 44--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., fot., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Guzdek Paweł

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-3549-1669

autor

Zielina Michał

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

• https://orcid.org/0000-0001-7710-8982

Bibliografia

• [1] Fitzpatrick C. S. B., Media properties and their effect on filter performance and backwashing, Wat. Sci. Tech., 1998, Vol. 38, No. 6, 105-111
• [2] Zielina M. Analiza jakości filtratu z filtrów pospiesznych pracujących z przerwami, Instal, 2021, 6, 34-38. DOI 10.36119/15.2021.6.4
• [3] Siwiec T., Parametry płukania złóż chalcedonitowych, XX Jubileuszowa - Krajowa, VIII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód”, 2008, 559-670
• [4] Siwiec T., Badanie skuteczności płukania filtrów odżelaźniających, Przegląd Naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska nr 53, 2011: 226-236
• [5] Siwiec T., Graniczne wartości parametrów płukania wybranych złóż filtracyjnych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1’2012, 13-17
• [6] Samelak P., Analiza techniczno-technologiczna wraz z wytycznymi do przebudowy Stacji Uzdatniania Wody w Czersku, Września, 2019
• [7] Siwiec T., Warunki płukania filtrów jednowarstwowych i wielowarstwowych wybranych złóż filtracyjnych. Warszawa: Wydawnictwo SGGW. 2007.
• [8] Thanh B.T. i Le A.D. 2020. Determination on Fluidization Velocity Types of the Continuous Refined Salt Fluidized Bed Drying”. Current Drying Processes, IntechOpen, 1-23.
• [9] Majcherek H. i in. 2004. Hydraulika płukania złóż dwuwarstwowych. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 10, 349-354.
• [10] Siwiec T., Zmiany porowatości międzyziarnowej złoża podczas procesów filtracji i płukania, Zaopatrzenie w wodę, jakość i ochrona wód - zagadnienia współczesne, Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych Oddział Wielkopolski, Poznań 2010, 535-548
• [11] Zhu Q., Zhang L., Hao W., Determining minimum fluidization velocity in magnetized fluidized bed with Geldart-B particles, Powder Technology 389 (2021) 85-95.
• [12] Ponciano de Deus F. i in. 2020. Hydraulic characterisation of the backwash process in sand filters used in micro irrigation, Biosystems Engineering, Volume 192, April 2020, Pages 188-198.
• [13] Summerfelt, S. T., Cleasby, J. L. A Review of Hydraulics in fluidized-bed biological filters. Transactions of the ASAE, vol. 39(3), (1996), 1161-1173.
• [14] Fu Z., i in., Minimum fluidization velocity growth due to bed inventory increase in an Air Dense Medium Fluidized Bed. Chemical Engineering Journal 359 (2019), 1372-1378.
• [15] Zielina M., Dąbrowski W., Energy and Water Savings during Backwashing of Rapid Filter Plants., Energies 2021, 14, 3782.
• [16] Gou Q i in., Flow characteristics in an acoustic bubbling fluidized bed at high temperature. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 50, Issue 3, March 2011, 331-337.
• [17] Turan M., Backwashing of granular media filters and membranes for water treatment: a review., AQUA - Water Infrastructure, Ecosystems and Society Vol 72 No 3, 274-298.
• [18] Shao Y., i in., Minimum fluidization velocity of particles with different size distributions at elevated pressures and temperatures., Chemical Engineering Science, Volume 216, 2020, 115555,
• [19] Błąd bezwzględny i względny pomiaru. Dostęp: 07.07.2024 r. https://www.matemaks.pl/blad-bezwzgledny-i-wzgledny-pomiaru.html.
• [20] Cescon A., Jia-Qian J., Filtration Process and Alternative Filter Media Material in Water Treatment, Water 2020, 12, 3377
• [21] Michel M.M., Kruszywa melafirowe jako złoża filtrów odmanganiających, Wydawnictwo SGGW, 2019
• [22] Kowal A.L. i Świderska-Bróż M. 2009. Oczyszczanie wody. Podstawy teoretyczne i technologiczne, procesy i urządzenia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN
• [23] Nieuwenhuijzen A.F i in. Direct influent filtration as a pretreatment step for more sustainable wastewater treatment systems, Water Science and Technology Vol 43, No 11, 2018, 91-98
• [24] Opis produktu: Filtralite® Pure NC 0,8-1,6. Dostęp:24.06.2024. https://www.filtralite.com/pl/produkty/filtraliter-pure-nc-08-16
• [25] Opis produktu: Filtralite® Pure HC 0,8-1,6. Dostęp:24.06.2024. https://www.filtralite.com/pl/produkty/filtraliter-pure-hc-08-16
• [26] Karta Charakterystyki Filtralite® HC-HR-MC-NC-NR. Dostęp:24.06.2024. https://www.filtralite.com/sites/filtralite.com/files/pdfs/PL%20Safety%20Data%20Sheet%20-%20Filtralite%20%20HC-HR-MC-NC-NR.pdf
• [27] PKN-CEN ISO/TS 17892-4:2009. Badania geotechniczne - Badania laboratoryjne gruntów - Cześć 4: Oznaczanie składu granulometrycznego.
• [28] PKN-CEN ISO/TS 17892-2:2009. Badania geotechniczne - Badania laboratoryjne gruntów - Część 2: Oznaczanie gęstości gruntów drobnoziarnistych.
• [29] PN-EN 12901:2001. Produkty do uzdatniania wody przeznaczonej do spożycia. Nieorganiczne materiały nośne i filtracyjne. Terminologia.
• [30] Kamiński S., Trzciński J., 2008. Optyczno-elektroniczny sposób określania składu granulometrycznego gruntów i możliwości zastosowania w geologii inżynierskiej. Geologia, 4(34), 623-634.
• [31] Kamiński S., Kamińska D., Trzciński J., 2008. Grain size and three-dimensional particle shape - automatic analysis with application of optical electronic AWK 3D analyzer, 11th Baltic Sea Geotechnical Conference Geotechnics in Maritime Engineering, 233-238.
• [32] Analizator AWK 3D, urządzenie do pomiaru uziarnienia i kształtu cząstek stałych w powietrzu oraz jego, pomiar on-line, uziarnienie, analizator, cząstki, sita mechaniczne, kontrola produkcji, kształt ziar. Dostęp: 02.07.2024, https://www.laboratoria.xtech.pl/artykuly/analizator-awk-3d-urzadzenie-do-pomiaru-uziarnienia-i-ksztaltu-czastek-stalych-w-powietrzu-oraz-jeg-113161-6
• [33] Skoczkowska K., Rozprawa doktorska „Analiza ruchu wypełnienia monodyspersyjnego w aparacie bębnowym”, 2018, Politechnika Opolska Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Środowiska
• [34] Dąbrowski W., Plata M., Changes of sand density impact on water filter backwashing, Instal, 2020, 1, 45-48; DOI 10.36119/15.2020.1.7.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025)