Porównanie wyników symulacji procesu filtracji wody w filtrze pośpiesznym dla stałej i zmiennej prędkości filtrowania

• Autorzy: Wojciechowska K.

Warianty tytułu

EN

Comparison of water filtration simulation results for the sand filter in case of constant and variable filtration velocity

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Porównano wyniki symulacji procesu filtracji wody w filtrze pośpiesznym dla stałej i malejącej liniowo w cyklu prędkości filtrowania. Realizacja symulacji dla zmiennej prędkości filtrowania była możliwa po wcześniejszym dokonaniu przez autorkę [1] modyfikacji klasycznego modelu współczynnika filtracji, obowiązującego dla stałej prędkości, do postaci możliwej do zastosowania w modelu procesu ze zmienną (malejącą liniowo w czasie cyklu) prędkością filtracji oraz określeniu zależności pomiędzy masowym a objętościowym stężeniem zanieczyszczeń odłożonych w złożu. Wyniki przeprowadzonych w pracy symulacji numerycznych przedstawiono w postaci wykresów 3D i 2D. W uzyskanych wynikach dla procesu filtracji ze zmienną prędkością filtrowania pokazano, że dla typowych parametrów prowadzenia procesu rozkłady zanieczyszczeń w filtrowanej wodzie dla stałej i malejącej w cyklu filtracyjnym prędkości filtrowania mają podobny charakter jakościowy w początkowej fazie cyklu filtracji. Efekt będący konsekwencją ujemnego współczynnika filtracji, występującego w procesie z malejącą prędkością, pojawia się dopiero pod koniec cyklu filtracji. W przypadku malejącej prędkości filtracji funkcja stężenia zanieczyszczeń odłożonych w złożu jest bardziej "płaska" niż dla prędkości stałej, czyli zanieczyszczenia są bardziej równomiernie rozłożone wzdłuż głębokości złoża, co jest efektem korzystnym ze względu na czas trwania cyklu filtracyjnego. W przypadku rozkładu ciśnień zasadnicza zmiana w wynikach symulacji dla procesu ze zmienną prędkością filtrowania pojawia się dopiero pod koniec cyklu filtracji i jest konsekwencją różnic, w rozkładzie zanieczyszczeń odłożonych w złożu, dla procesu ze stałą i zmienną prędkością.

EN

In the paper simulation results of water filtration process for: i) constant, and ii) decreasing linearly in time, filtration velocity are presented, analyzed and compared. Simulation of filtration for decreasing filtration velocity is possible due to generalization of filtration coefficient model given by Ives onto the case of variable filtration velocity as well as determination of bulk concentration of particles deposited in the bed as function of mass concentration of particles and filtration velocity. 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 presented as 3D and 2D plots for linearly decreasing velocity of filtration and for generalized coefficient of filtration. They are consistent in quality with the values obtained in the physical process and exhibit phenomena like: filling up of consecutive bed layers to their assumed accumulative capacity and filtration front shift. It was shown that for typical parameters of filtration process in the initial phase of filtration cycle concentration of particles in filtered water for constant and decreasing filtration velocity are similar. Effect of negative filtration coefficient become visible at the end of filtration process when particles absorbed for higher velocity on sand grains are detached back to the filtered water. Due to this, concentration of particles in filtered water can be higher than inlet concentration. In the case of decreasing velocity of filtration concentration of particles deposited in the bed the function of bed depth is more flat than this for constant filtration velocity or in other words particles are deposited more uniformly what is profitably with respect to length of filtration cycle. In the case of pressure distribution similarly as for concentration difference between simulations for constant and decreasing filtration velocity occurs at the end of filtration cycle. Higher concentration of particles deposited in deeper part of the bed causes more uniform distribution of the pressure in the bed. The developed numerical model may serve as a new tool for development and control of water treatment plants working with slowly variable filtration rate.

Słowa kluczowe

PL

filtracja; modelowanie; symulacja; złoże filtracyjne; filtr pospieszny

EN

filtration; modeling; numerical simulation; sand filter

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 9, nr 4
• Strony: 421--434
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 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] Wojciechowska K.M., Koncepcja modelu i badania numeryczne dla współczynnika filtracji w procesie filtracji wody ze zmienną prędkością, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2006.
• [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] Adamski W., Modelowanie systemów oczyszczania wód, WN PWN, Warszawa 2002.
• [5] Ives K.I., The physical and mathematical basic of deep-bed filtration, Journal Water 1967, 51, 439-446.
• [6] Dharmappa H.B., Prasanthi M.U., Krishna M.U., Xiao Y., Estimation of empirical coefficients of a granular filtration model, Water Research 1997, 31, 5, 1083-1091.
• [7] Bai R., Tien C, Transient behavior of particle deposit in granular media under various surface interactions, Colloids and Surfaces A, 2000, 165, 95-114.
• [8] Stevenson D.G., Flow and filtration through granular media: the effect of grain and particle size dispersion, Water Research 1997, 31(2), 310-322.
• [9] Drożdż J., Filtry z malejącą prędkością filtrowania - badania technologiczne i projektowanie, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 1998, 7-8, 159-164.
• [10] Cleasby J.L., Di Bernardo, Hydraulics considerations in declining rate filtration, Journal Env. Eng. Div., ASCE, 1980, EE6, 1043-1055.
• [11] Dąbrowski W., Zielina M, Modelowanie stacji filtrów pospiesznych o skokowo zmiennej wydajności, Ochrona Środowiska 2000, 3(78), 13-16.
• [12] Cleasby J.L., Status of declining ratę filtration design, Journal of Water and Science Technology 1993,27,10, 151-164.