Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Piekarski Jacek

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2020

|

Tom 22, cz. 2

1084--1096

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.

2

Impact of Compression on Bed Porosity in Gravitational Filtration Process

Piekarski Jacek

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2019

|

Tom 21, cz. 2

1579--1588

EN

Gravitational filtration process velocity is directly proportional to the pressure difference occurring on both sides of the filtrating layer and inversely proportional to the resistance that the medium meets during its flow through filtering layer pores. Velocity of filtration increases at a smaller rate than the pressure difference increase because in the case of the pressure difference increasing, filtrating layer porosity decreases and resistance increases. Therefore, correct selection of the porous layer has impact on the filtration device efficiency and filtrate parameters, so, it should stop suspended solids and generate insignificant hydraulic resistance to the filtrate stream. Often an assumption is made in practical analyses that granular porous beds do not get compressed during filtration process. However, due to action of various factors, thickness of the filtrating layer reduces resulting in increase of compression and bed total resistance. Bed porosity and filtration, as well as permeability coefficients values, decrease. Change of bed porosity value can be determined through mathematical approach depending on, among other things, bed compression change as gravitational filtration process distorting factor.

PL

Szybkość procesu filtracji grawitacyjnej jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnień powstającej po obu stronach warstwy filtrującej i odwrotnie proporcjonalna do oporu jaki napotyka medium w trakcie przepływu przez pory warstwy filtrującej. Szybkość filtracji wzrasta wolniej niż zwiększa się różnica ciśnień, ponieważ w przypadku zwiększania różnicy ciśnień maleje porowatość warstwy filtrującej i wzrasta opór. Od prawidłowego doboru warstwy porowatej zależy wydajność urządzenia filtracyjnego oraz parametry filtratu, dlatego powinna ona zatrzymywać cząstki stałe z zawiesiny oraz generować nieznaczny opór hydrauliczny strumieniowi filtratu. Często w analizach praktycznych zakłada się, że ziarniste złoża porowate w trakcie procesu filtracji nie ulegają kompresji. Jednak na skutek działania różnych czynników zmniejsza się grubość warstwy filtrującej, czego efektem jest wzrost kompresji oraz oporu ogólnego złoża. Zmniejsza się porowatość złoża oraz wartości współczynników filtracji i przepuszczalności. W ujęciu matematycznym zmianę wartości porowatości złoża można wyrazić między innymi w zależności od zmiany kompresji złoża jako czynnika zniekształcającego proces filtracji grawitacyjnej.

3

Analiza oporów w przepływie płynów przez warstwę porowatą - badania modelowe

Piekarski J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2012

|

z. 59

39--50

PL

Pod wpływem działania różnych czynników, grubość warstwy porowatej w procesie filtracji grawitacyjnej zmniejsza się w niewielkim stopniu, co skutkuje zmniejszeniem porowatości, a tym samym wartości współczynników filtracji i przepuszczalności oraz wzrostem wartości oporu ogólnego złoża. Większość spotykanych w literaturze równań filtracji grawitacyjnej opisuje ten proces w częściowo wyidealizowanych warunkach, w których usunięto wpływ czynników zniekształcających proces. Dlatego nie zawsze można je stosować bez wprowadzenia odpowiednich poprawek. Zmianę wartości oporu właściwego złoża można wyrazić m.in. w zależności od zmiany współczynnika ściśliwości (kompresji) złoża jako czynnika zniekształcającego proces filtracji grawitacyjnej, co zostało przestawione w niniejszej publikacji.

EN

Under the influence of various factors, the thickness of porous layer in the process of gravitational filtration is reduced by a small extent, which causes decrease of porosity, and thus values of filtration and permeability coefficients, and the appreciation of the general resistance of the deposit. Most common equations of gravitational filtration found in literature describe this process in partly idealized conditions in which the influence of factors distorting the process is removed. Therefore, they may not always be applied without the introduction of relevant amendments. For example, changing the value of the deposit resistivity can be expressed, inter alia, as presented in this publication, in dependence on change of the deposit compressibility (compression) coefficient as a factor which distorts the gravitational filtration process.

4

Analiza wybranych parametrów kolmatacji w procesie filtracji grawitacyjnej

Piekarski J.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2009

|

Tom 11

421-436

PL

Filtracja to proces technologiczny polegający na rozdziale fazy stałej od ciekłej. Ścieki kierowane do procesu filtracji grawitacyjnej stanowią roztwór chemiczny jednofazowy lub są mieszaniną zawartych w fazie ciekłej zanieczyszczeń stałych (układ dwufazowy - ciekły) [4, 6]. Zatrzymywanie zanieczyszczeń ze ścieków o charakterze mieszaniny polega na mechanicznym działaniu warstwy filtracyjnej, przez klinowanie w jej porach zanieczyszczeń stałych tj. kolmatację [8, 10]. Proces kolmatacji jest zjawiskiem złożonym, w którym obok mechanicznego zatrzymania fazy stałej w złożu porowatym, mogą zachodzić zjawiska kolmatacji fizycznej, chemicznej oraz biologicznej [2, 3]. Kolmatacja fizyczno-chemiczna wywołana jest adsorpcją cząstek fazy stałej ścieków na powierzchni ziaren warstwy filtracyjnej, najczęściej w warunkach polaryzacji elektrostatycznej tych ziaren. Kolmatacja chemiczna wywołana jest osadzaniem się na ziarnach osadu w postaci węglanów wapnia i związków żelaza oraz innych substancji mineralnych nierozpuszczalnych w danych warunkach. Proces kolmatacji chemicznej potęguje się wraz ze wzrostem prędkości przepływu. Kolmatacja biologiczna wywołana jest zatrzymaniem w osadzie bakterii, których aktywność może zwiększyć proces kolmatacji [12]. Analiza wypływu poszczególnych parametrów na przebieg procesu filtracji pozwala stwierdzić, że precyzyjny opis filtracji jest trudny, dlatego niezbędne są eksperymenty prowadzone w możliwie szerokim zakresie zmienności parametrów, by opis procesu filtracji był możliwie dokładny [1, 5, 7, 9]. Celem niniejszej pracy była analiza wpływu wielkości uziarnienia frakcji stałej tworzącej kolmatację na zmianę wartości zagęszczenia masowego fazy stałej oraz współczynnika filtracji i kolmatacji w procesie filtracji grawitacyjnej na złożu porowatym.

EN

Colmatation during filtration process consists in mechanical stopping of solids in the porous deposit. Three types of colmatation may take place in the same time: physical, chemical and biological. Physical and chemical colmatation is caused by adsorption of solids from wastewater on the surface of grains of filtration layer, most often under conditions of electrostatic polarization of those grains. Chemical colmatation is caused by embedding of calcium carbonates, iron compounds and other mineral substances indissoluble under given conditions on grains of filtration layer. The process of chemical colmatation increases along with the growth of flow velocity. Biological colmatation is caused by stopping bacteria in the filtration layer. Bacteria activity can enlarge the colmatation process. Analysis of the influence of individual parameters on the colmatation during filtration process allows to affirm that the precise description of this phenomenon is very difficult, that is why experiments in as wide as possible range of parameters variability in order to create accurate description of the filtration process. The aim of this research was to analyse influence of fraction of solids causing colmatation on the value of solids concentration in filtrate and value of filtration and colmatation coefficients during gravitational filtration on porous bed. Experiments were conducted with the use of the filtration deposit from Water Treatment Plant in Koszalin. Crumbled carbon was used as a solid fraction of filtrated suspension. Its colour was In clear contrast with grains of deposit which allowed visual observation of colmatation during gravitational filtration. The investigations showed, that the smallest fraction of the suspension solid phase fi K?<0.04 mm was stopped in the whole volume of the filtration bed. But when inflowing volume was greater several so-called colmatation blockades were created, limiting flow on different heights of the bed. When medium fraction size of solids in the suspension fi K?<0.063÷0.08> mm was investigated particles of suspension were uniformly stopped mainly in the upper part of the filtration bed. When the volume of suspension was bigger, less colmatation blockades were created but they were. In the case of the biggest fraction size of solids in the suspension fi K elem?<0.08÷0.125> mm, solid phase of suspension was stopped in the superficial layer of filtration bed (about 1 cm below surface of the bed). Colmatation blockades arising in the porous bed caused decrease of filtration coefficient, and at the same time increase of colmatation coefficient (1

5

Blokada kolmatacyjna w procesie filtracji grawitacyjnej zawiesiny węglowej na złożu piaskowym

Piekarski J.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2009

|

T. 25, z. 3

121-133

PL

Zjawisko kolmatacji w procesie filtracji polega na mechanicznym zatrzymaniu fazy stałej w złożu porowatym. Jednocześnie mogą zachodzić zjawiska kolmatacji fizycznej, chemicznej oraz biologicznej. Kolmatacja fizyczno-chemiczna wywołana jest adsorpcją cząstek fazy stałej ścieków na powierzchni ziaren warstwy filtracyjnej, najczęściej w warunkach polaryzacji elektrostatycznej tych ziaren. Kolmatacja chemiczna wywołana jest osadzaniem się na ziarnach warstwy filtracyjnej osadu w postaci węglanów wapnia i związków żelaza oraz innych substancji mineralnych nierozpuszczalnych w danych warunkach. Proces kolmatacji chemicznej potęguje się wraz ze wzrostem prędkości przepływu. Kolmatacja biologiczna wywołana jest zatrzymaniem w osadzie bakterii, których aktywność może zwiększyć proces kolmatacji. Analiza wypływu poszczególnych parametrów na przebieg kolmatacji w procesie filtracji pozwala stwierdzić, że precyzyjny opis tego zjawiska jest bardzo trudny, dlatego niezbędne są eksperymenty w możliwie szerokim zakresie zmienności parametrów, tak aby opis procesu filtracji był możliwie dokładny.

EN

Colmatation during filtration process consists in mechanical stopping of solids in the porous deposit. Three types of colmatation may take place in the same time: physical, chemical and biological. Physical and chemical colmatation is caused by adsorption of solids from wastewater on the surface of grains of filtration layer, most often under conditions of electrostatic polarization of those grains. Chemical colmatation is caused by embedding of calcium carbonates, iron compounds and other mineral substances indissoluble under given conditions on grains of filtration layer. The process of chemical colmatation increases along with the growth of flow velocity. Biological colmatation is caused by stopping bacteria in the filtration layer. Bacteria activity can enlarge the colmatation process. Analysis of the influence of individual parameters on the colmatation during filtration process allows to affirm that the precise description of this phenomenon is very difficult, that is why experiments in as wide as possible range of parameters variability in order to create accurate description of the filtration process.

6

Badania podczyszczania ścieków poprodukcyjnych zawierających kleje organiczne w procesie filtracji grawitacyjnej

Juraszka B., Piecuch T.

Gaz, Woda i Technika Sanitarna

|

2008

|

Nr 4

29-34

EN

Composition and analysis of examination results for the influence of the bed height, average diameter of grains and the level of sewage pollution introduced on the filtrate value, referring to ChZT, generał suspension, organie carbon and ether extract.