Koncepcja modelu i badania numeryczne dla współczynnika filtracji w procesie filtracji wody ze zmienną prędkością

• Autorzy: Wojciechowska K.

Warianty tytułu

EN

Conception and numerical analysis of filtration coefficient for water filtration process with variable velocity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono numeryczne analizy dwu głównych funkcji występujących w modelu procesu filtracji wody przez złoże filtracyjne, tj. zależności stężenia zanieczyszczeń objętościowego od masowego oraz zależności współczynnika filtracji od masowego stężenia zanieczyszczeń i prędkości filtracji. W przypadku pierwszej funkcji celem badań było określenie jej wrażliwości na zmiany wykładnika potęgowego oraz wybranych parametrów. W przypadku drugiej funkcji zmodyfikowano znaną postać dla współczynnika filtracji ze wzoru Ivesa w sposób umożliwiający jego wykorzystanie w procesie filtracji ze zmienną prędkością. W analizie numerycznej, będącej podstawą do modyfikacji współczynnika filtracji, rozpatrywano niezależnie każdy z czynników wzoru jako funkcję objętościowego stężenia zanieczyszczeń i prędkości filtracji, określając jej wrażliwość na występujące w tej funkcji wartości parametrów. Na tej podstawie zespolone wartości współczynnika filtracji otrzymywane z klasycznego wzoru Ivesa zostały zastąpione przez moduł z odpowiednio określonym znakiem. W wersji uproszczonej wartość zespolona zastępowana jest przez jej część rzeczywistą.

EN

In the paper numerical analysis of two main functions appearing in the model of rapid sand filter is presented. First of them represents bulk density of particles allocated in filter bed as function of volume density of allocated particles and filtration velocity. The function sensitivity to parameters, especially exponential factor and saturation effect was examined by numerical analysis. Due to the fact that filtration kinematics is naturally governed by volume density of allocated particle while mass balance equation by bulk density the considered function linked these two equations is critical for fitting results of simulation to the measurement data by selecting proper values of parameters. The second function called filtration coefficient represents filtration kinematics. In the paper, the filtration coefficient model given by Ives onto the case of variable filtration velocity is presented. Due to variable filtration velocity special focus is paid to numerical analysis as well as generalization of the filter coefficient onto the case of slowly variable velocity of filtration, what means that value of function does not depend on time derivatives of filtration velocity. For numerical analysis each factor of filtration coefficient given by Ives formulae is considered, as function of σ and ν separately, and a behavior of the function and its sensitivity to values of parameters is tested and presented as 3D plots for different configurations of parameters. Values of arguments sigma and ν for which filtration coefficient determined by Ives formulae is complex, are replaced by their absolute values with a proper sign. In the case of simplified version complex value is replaced only by its real part. Simulation results for the concentration of particles in the filtered water, concentration of particles deposited in the bed and the pressure in the bed are consistent in quality with the values obtained in the physical process, and they exhibit phenomena like: filling up of consecutive bed layers to their assumed accumulative capacity, filtration front shift and occurrence of underpressure in the bed. The developed numerical model may serve as a new tool for development of water treatment plants working with the slowly variable filtration rate.

Słowa kluczowe

PL

filtracja; modelowanie; symulacja numeryczna; współczynnik filtracji

EN

water filtration; modeling; numerical simulation; filtration coefficient

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 9, nr 3
• Strony: 315--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Wojciechowska K.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków, ul. Konarskiego 18, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Adamski W., Modelowanie systemów oczyszczania wód, WN PWN, Warszawa 2002.
• [2] Wojciechowska K.M., Analiza, modelowanie i symulacja procesu filtracji wody dla celów projektowania i eksploatacji filtrów, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej 1999, Seria monografie, Nr 1435.
• [3] Wojciechowska K.M., Modelling and simulation of filtration in the development of water treatment technologies, Engineering Transactions IPPT PAN, 2002, 50, 4, 323-357.
• [4] Ives K.I., The physical and mathematical basic of deep-bed filtration, Journal of Water 1967, 51, 439-446.
• [5] Camp T.P., Theory of water filtration, Journal San. Eng. Div. ASCE 1964, 90, 3-20.
• [6] Bai R., Tien C, Transient behavior of particle deposit in granular media under various surface interactions, Colloids and Surfaces A 2000, 165, 95-114.
• [7] Choo C.U., Tien C, Analysis of the transient behaviour of deep bed filtration, Journal of Coli. Int. Sci. 1995, 169, 13-33.
• [8] Mackie R.I., Bai R., The role of particle size distribution in the performance and modelling of filtration, Water Sci. Technol. 1993, 27, 19-34.
• [9] O'Melia C.R., Ali W., The role of retained particles in deep filtration, Prog. Water Technol. 1978, 10, 167-182.
• [10] Stevenson D.G., Flow and filtration through granular media: the effect of grain and particle size dispersion, Water Res. 1997, 31(2), 310-322.
• [11] Cleasby J.L., Di Bernardo, Hydraulics considerations in declining rate filtration, Journal Env. Eng. Div., ASCE 1980, EE6, 1043-1055.
• [12] Dąbrowski W., Zielina M, Matematyczne modelowanie stacji filtrów o zmiennej wydajności z uwzględnieniem kinetyki filtracji, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2000, 12, 488-492.
• [13] Cleasby J.L., Status of declining rate filtration design, Wat. Sci. Technol. 1993, 27, 10, 151-164.
• [14] Minc D.M., Krisztni, W.R., Modielirowanije processa filtracii suspienzyj czeriez ziernistyje słoi, Sbornik naucznych rabot AKCh, 1960, wyp. 1.
• [15] Tien C, Turian R.M., Pendse H., Simulation of dynamie behaviour of deep bed filters, Journal AIChE 1979, 25, 385-389.