Computation of Filtration Bed Porosity Based on Selected Filtration Coefficient Equations by Application of Numerical Methods

• Autorzy: Piekarski Jacek

Warianty tytułu

PL

Obliczenia porowatości złoża filtracyjnego na podstawie wybranych równań współczynnika filtracji przy wykorzystaniu metod numerycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gravitational filtration is a process of solid and liquid phase separation. Wastewater suspension conveyed to a porous bed makes a single-phase solution or is a mixture of solid impurities contained in liquid phase. Stopping of such impurities is based on mechanical action of a filtration bed mostly through wedging of the solid phase in its pores. However, the relationship between size of the solid phase fraction contained in wastewater and size of grains of the filtration bed is important because it determines the type of the process as gravitational filtration may proceed, among other things, on a porous bed, in the very porous bed, simultaneously on and in the porous bed, in the porous bed with a colmatation barrier and accumulated sediment layer etc. Gravitational filtration process is a complex phenomenon and to provide possibly accurate characteristic of such process it is necessary to perform experiments within possibly broad range of parameters variability. Mathematical description of the gravitational filtration process requires determination of values of a number of parameters. This pertains to the presentation of the filtration barrier through determination (based on the grain size analysis) of sizes of characteristic diameters as well as the characteristic of medium flow through the filtration bed computing e.g. filtration or permeability coefficient values. The filtration coefficient is a feature specific for given bed and it depends on its porosity, grain size and flowing medium temperature. In this paper an interesting combination of a direct laboratory method and computational indirect method based on Slichter’s analytical and empirical mathematical formula in order to determine variations in filtration bed porosity values has been presented using FILTRA application.

PL

Filtracja grawitacyjna to proces rozdziału fazy stałej od ciekłej. W warunkach rzeczywistych zawiesinowe ścieki kierowane na złoże porowate stanowią roztwór jednofazowy lub są mieszaniną zawartych w fazie ciekłej zanieczyszczeń stałych. Zatrzymywanie takich zanieczyszczeń polega na mechanicznym działaniu warstwy filtracyjnej przez najczęściej klinowanie w jej porach fazy stałej. Jednak stosunek wielkości frakcji fazy stałej zawartej w ściekach oraz wielkości uziarnienia złoża filtracyjnego jest na tyle istotny, gdyż determinuje rodzaj procesu, ponieważ filtracja grawitacyjna może zachodzić między innymi: na złożu porowatym, w samym złożu porowatym, jednocześnie na złożu i w złożu porowatym, w złożu porowatym z blokadą kolmatacyjną i przyrostem warstwy osadu, itd. Proces filtracji grawitacyjnej jest zjawiskiem złożonym i aby charakterystyka takiego procesu była możliwie dokładna, niezbędne są eksperymenty prowadzone w możliwie szerokim zakresie zmienności parametrów. Opis matematyczny procesu filtracji grawitacyjnej wymaga wyznaczenia wartości szeregu parametrów. Dotyczy to przedstawienia przegrody filtracyjnej, poprzez wyznaczenie na podstawie analizy granulometrycznej wielkości średnic charakterystycznych, jak również charakterystyki przepływu medium przez złoże filtracyjne obliczając np. wartości współczynników filtracji czy przepuszczalności. Współczynnik filtracji jest wielkością charakterystyczną dla danego złoża i zależy od jego porowatości, uziarnienia oraz temperatury przepływającego medium. W niniejszej publikacji korzystając z aplikacji FILTRA przedstawiono interesujące połączenie bezpośredniej metody laboratoryjnej oraz obliczeniowej metody pośredniej bazującej na formule matematycznej analityczno-empirycznej Slichtera w celu wyznaczenia zmian wartości porowatości złoża filtracyjnego.

Słowa kluczowe

EN

gravitational filtration; bed porosity; mathematical modelling

PL

filtracja grawitacyjna; porowatość złoża; modelowanie matematyczne

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: Tom 22, cz. 2
• Strony: 1084--1096
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Piekarski Jacek

• Koszalin University of Technology, Poland

Bibliografia

• Dawidowicz, J. (2018). A Method for Estimating the Diameter of Water Pipes Using Artificial Neural Networks of the Multilayer Perceptron Type. Advances in Intelligent Systems Research, 146, 50-53.
• Dawidowicz J. (2018). Evaluation of a pressure head and pressure zones in water distribution systems by artificial neural networks. Neural Computing & Application, 30(8), 2531-2538.
• Dawidowicz, J., Czapczuk, A., Piekarski, J. (2018). The Application of Artificial Neural Networks in the Assessment of Pressure Losses in Water Pipes in the Design of Water Distribution Systems, Rocznik Ochrona Środowiska, 20, 292-308.
• Palica, M., Kocurek, J. (2001). Wybrane zagadnienia teorii filtracji i kompresji osadów.Wydawnictwo Politechniki Śląskiej.
• Parylak, K., Zięba, Z., Bułdys, A., Witek, K. (2013). Weryfikacja wyznaczania współczynnika filtracji gruntów niespoistych za pomocą wzorów empirycznych w ujęciu ich mikrostruktury. Architectura, 12(2), 43-51.
• Piecuch, T. (1984). Studium teoretyczne procesu filtracji grawitacyjnej wraz z informacją o aktualnych problemach gospodarki wodnej i ściekowej. Polskie Towarzystwo Nauk o Ziemi, Częstochowa.
• Piecuch, T., Piekarski, J., Malatyńska, G. (2013). Filtration of mixtures forming compressible sediments. Rocznik Ochrona Środowiska, 15, 39-58.
• Piecuch, T., Piekarski, J., Malatyńska, G. (2013). The Equation Describing the Filtration Process with Compressible Sediment Accumulation on a Filter Mesh, Archives of Environmental Protection, 1, 93-104.
• Piekarski, J. (2004). Wybrane przykłady obliczeń komputerowych zastosowanych w inżynierii środowiska. Wydawnictwo Politechniki Koszalińskiej.
• Piekarski, J. (2009). Analysis of selected parameters of colmatation in the process of gravitational filtration. Rocznik Ochrona Środowiska, 11, 421-437.
• Piekarski, J. (2009). Investigations on colmatation during filtration process on the porous deposit. Polish Journal of Environmental Studies, 10, 51-56.
• Piekarski, J. (2009). Colmatation blockage during gravitational filtration process of coal suspension on sand bed. Mineral Resources Management, 25, 121-133.
• Piekarski, J. (2011). Application of Numerical Methods to Modelling of Gravitational Filtration Process. Rocznik Ochrona Środowiska, 13, 315-332.
• Piekarski, J. (2019). Impact of Compression on Bed Porosity in Gravitational Filtration Process, Rocznik Ochrona Środowiska, 21, 1579-1588.
• Rup, K. (2006). Procesy przenoszenia zanieczyszczeń w środowisku naturalnym. WNT.
• Skoczko, I. (2019). Filtracja wody w teorii i praktyce. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska, 151, Wydawnictwo PAN.
• Skoczko, I., Piekutin, J., Szatyłowicz, E., Niedźwiecka, M. (2016). Removal of boron from groundwater by filtration through selected filter bed materials, Rocznik Ochrona Środowiska, 18(2), 861-872.
• Wartalska, K., Kaźmierczak, B., Nowakowska, M., Kotowski A. (2020). Analysis of hyetographs for drainage system modeling. Water, 12(149), 1-21.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).