Numeryczna symulacja procesu filtracji wody w warunkach zmiennej prędkości filtracji

• Autorzy: Wojciechowska K.

Warianty tytułu

EN

Numerical Simulation of the Multilayer Water Filtration Process for Variable Filtration Rate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono popartą symulacjami numerycznymi propozycję nowego (uogólnionego) modelu dla współczynnika filtracji, będącego rozszerzeniem postaci Ivesa ,w przypadku wolno zmiennej prędkości filtracji. W analizie numerycznej, będącej podstawą uogólnienia, rozpatrzono niezależnie każdy z czynników wzoru Ivesa, jako funkcję zmiennych i v określając jej wrażliwość na zmianę parametrów liczbowych. Na tej podstawie zespolone wartości współczynnika filtracji z klasycznego wzoru Ivesa zastąpiono przez moduł z odpowiednio określonym znakiem. W alternatywnej wersji uproszczonej wartość zespolona zastępowana była przez jej część rzeczywistą. Wyniki symulacji otrzymane przy wykorzystaniu uogólnionego współczynnika filtracji dla liniowo malejącej i rosnącej prędkości filtracji przedstawiono w postaci trójwymiarowej Uzyskane wyniki są zgodne jakościowo z pomiarowymi danymi fizycznymi i wykazują takie efekty, jak zapełnianie pojemności akumulacyjnej warstw, przesuwanie czoła filtracji, występowanie podciśnienia w złożu, relokację zanieczyszczeń. Opracowany model może być wykorzystany do projektowania stacji oczyszczania wody pracujących ze zmienną wydajnością.

EN

A generalization (supported by numerical simulations) of the modified Ives filtration coefficient model onto the case of variable filtration rate is proposed. Considering the variable filtration rate, special focus is on analysis, modeling and numerical simulation, as well as generalization of the filter coefficient onto the case of slowly variable rate of filtration. For numerical analysis, each factor of the filtration coefficient given by the Ives formulas is considered as a function of and v separately, and the behavior of the function and sensitivity with respect to the values of the parameters is tested. The values of the arguments and v for which the filtration coefficient determined by the Ives formulas is complex are substituted by absolute values with proper sign. In the case of the simplified version, the complex value is substituted only by its real part. The simulation results for the concentration of particles in the filtered water, the concentration of the particles deposited in the bed, and the head loss in the bed are presented in the form of 3D plots for linearly decreasing and increasing rate of filtration and for the generalized coefficient of filtration. They are consistent in quality with the values obtained in the physical process and reflect phenomena as filling up of consecutive bed layers to their assumed accumulative capacity, shift of the filtration front and occurrence of negative pressure in the bed. The numerical model proposed may be used for the design of water treatment plants working with slowly variable filtration rates.

Słowa kluczowe

PL

filtracja; współczynnik filtracji; modelowanie; symulacja numeryczna

EN

filtration; filtration coefficient; modeling; numerical simulation

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 27, nr 4
• Strony: 39--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Wojciechowska K.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków,

Bibliografia

• 1. W. ADAMSKI: Modelowanie systemów oczyszczania wód, PWN Warszawa 2002.
• 2. R. BAI, C. TIEN: Transient behavior of particie deposit in granu ­ Jar media under various surface interactions. Coliaids and Surfaces A, 2000, 165, pp. 95-114.
• 3. R. BAI, C. TIEN: Effect of deposition in deep-bed filtration: Determination and search of rate parameters. Journal of Colloid and Interface Science, 2000, 231, pp. 299-311.
• 4. T. P. CAMP: Theory of water filtration. Journal San. Eng. Div. ASCE, 1964, 90.
• 5. H. W. CHANG, C. TlEN: Dynamks of deep bed fi1tration. I. AIChEJ, 1985,31, pp. 1349-1360.
• 6. C.-U. CHOO, C. TlEN: Analysis of the transient behaviour of deep bed filtration. Journal Coli. Int. Sci., 1995, 169, pp. 13-33.
• 7. J. L. CLEASBY: Water Filtration Through Deep Granul ar Media. Public Works, 1970.
• 8. J. L. CLEASBY, Di BERNARDO: Hydraulics considerations in declining rate filtration. Journal Env. Eng. Div. ASCE, 1980, EE6.
• 9. J. L. CLEASBY: Filtration- backto the basics. In. proc. AWWA Seminar Coagulation and Filtration: Backto the Basic, 1981.
• 10. W. DĄBROWSKI, S. BURYS: A multimedia filter in numerical calculation. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica, 1987, 15, 5, pp. 505-514.
• 11. W. DĄBROWSKI: Modeliing declining rate filtration. Symp. Proc. "Assessment, Dispasal and Treatment of Rural Wastes", Kraków 1998.
• 12. K. I. IVES: Thc physical and mathematical basie of deep-bed filtration. Journal Water, 1957, 24.
• 13. T. IWASAKI: Some notes on sand filtration. Journal AWWA, 1937, 29, pp. 591-1602.
• 14. R. I. MACKIE, R. BAI, The role of particie size distribulion in the performance and modelling of filtration. Water Sci. Technol., 1993,27, pp. 19-34.
• 15. D. M. MINC, W. R. KRISZTNI: Modielirowanije processa filtracji suspenzyj czerez ziernistyje słoi. Sbornik naucznych rabat AKCh, 1960, l.
• 16. S. S. MOHANKA: Theory of multilayer filtration. Journal of Sanitary Eng. Div. ASCE, 1969, 95.
• 17. S. S. MOHANKA: Multilayer filter design. Journal Water and Water Engineering, 1981, No. 4.
• 18. C. R. O'MELIA, W. ALI: The role of retained particles in deep filtration. Prog. Water Technol., 1978, 10, 167-182.
• 19. D. G. STEVENSON: Flow and filtration through granular media: the effect of grain and particie size dispersion. Water Res., 1997, Vol. 31, No. 2, pp. 310-322.
• 20. C. TIEN, A. C. PAYSTAKES: Advances in deep-bed filtration. Journal AIChE, 1979,25, p. 737.
• 21. C. TIEN, R. M. TURIAN, H. PENDSE: Simulation of dynamie behaviour of deep bed filters. Journal AIChE, 1979, 25, p. 385.
• 22. K. M. YAO, M. T. HABIBIAN, C. R. O'MELIA: Water and wastewater filtration: Concepts and applications. Environ. Sci. Techncl., 1971,5,pp. 1105-1112.
• 23. K. M. WOJCIECHOWSKA: Zastosowanie metod modelowania i symulacji do analizy efektywności procesu filtracji wody. Ochrona Środowiska, 2001, nr 4, ss. 13-18.
• 24. K. M. WOJCIECHOWSKA: Modeliing and simulation of filtration in the development of water treatment technologies. Engineering Transactions IPPT PAN, 2002, 50, 4, pp. 323-357.
• 25. K. M. WOJCIECHOWSKA: Modeliing and simulation offiltration process for designing and exploitation eontroi of multilayer rapid filter. IFAC Conference Technology, Automalian and Control of Wastewater and Drinking Water Systems, Gdańsk 2002, pp. 149-157.
• 26. K. M. WOJCIECHOWSKA: Symulacja procesu filtracji w filtrze pośpiesznym. Inżynieria i Ochrona Środowiska, Komitet Inżynierii Srodowiska PAN, 2003, Vol. 6, No. l.