Filtru de nisip
Filtrul de nisip va servi ca pretratare pentru a îndepărta orice materie în suspensie care ar putea provoca colmatarea rapidă a membranelor de filtrare care constituie etapa principală a procesului preconizat. Mediul filtrant este format din particule de tip și dimensiune care trebuie determinate în funcție de obiectivul de filtrare.
Figura 1 - Diagrama unui filtru de nisip
Pe măsură ce filtrarea progresează, particulele reținute vor duce la înfundarea patului și, prin urmare, la o creștere a picăturilor de presiune și la o pierdere a eficienței filtrării. Dintr-o anumită pierdere de furaj, va fi necesară o fază de spălare înapoi.
Faza de spălare inversă constă în fluidizarea patului de nisip prin injectarea de apă și aer împotriva curentului. Fluidizarea are ca rezultat expansiunea mediului filtrant și, prin urmare, separarea particulelor și creșterea porozității mediului. Particulele mici reținute în mediul filtrant în timpul fazei de filtrare având o viteză de sedimentare (sau o viteză terminală de cădere liberă) mai mică decât cea a boburilor de nisip sunt transportate la suprafață. Apa de spălare încărcată cu aceste particule suspendate este colectată de un jgheab situat deasupra patului de nisip.
Metodologia utilizată pentru dimensionarea unității de filtrare lentă a nisipului:
1) Setați rata de producție dorită
2) Calculați suprafața patului necesară în funcție de viteza de filtrare (sau viteza într-un tambur gol) și debitul dorit conform următoarei formule:
3) Determinați regimul de curgere în mediul poros cu calculul numărului de particule Reynolds:
4) Calculați căderile de presiune generate de filtrul de nisip utilizând metoda adecvată regimului de curgere. Relația Ergun face posibilă calcularea căderii de presiune indiferent de regimul de debit:
Metodologia utilizată pentru a determina condițiile de spălare inversă:
1) Determinați viteza de sedimentare a mediului filtrant. Acest lucru poate fi calculat cu relația simplificată Haider și Levenspiel valabilă în condiții laminare și turbulente:
2) Determinați debitul de apă și aerul de spălat știind că viteza ascendentă a apei trebuie să fie egală cu aproximativ 10% din viteza de sedimentare a mediului filtrant (Hubert Cabana, 2013):
3) Determinați căderea de presiune generată de mediul filtrant. Aceasta este egală cu masa mass-media prezentă în pat:
$$ \ Delta P = L * g * (1- \ epsilon _) * (\ rho_p- \ rho_f) $$
4) Setați durata și frecvența fazelor de spălare inversă în funcție de calitatea apei de tratat
5) Determinați volumul de apă necesar pentru faza de spălare inversă:
Metodologia utilizată pentru dimensionarea pompelor:
Metodologia este dezvoltată aici.
Schema simplificată a procesului de filtrare a patului de nisip:
Figura 1 - Diagrama simplificată a etapei de filtrare lentă a nisipului
Caracteristicile mediului filtrant și condițiile de funcționare:
Mediul filtrant ales este compus din granule sferice de nisip cu o dimensiune omogenă a particulelor.
| Diametrul mediu al particulelor de nisip (dp) | 1 mm |
| Densitatea nisipului ($ \ rho $) | 2610 kg/m 3 |
| Factorul de formă al particulelor de nisip ($ \ phi $) | 1 |
| Porozitatea inițială a patului ($ \ epsilon $) | 0,4 |
| Viteza de filtrare (U) | 10 m/h |
| Rata de producție (Q) | 35 m 3/h |
În plus, va trebui să știți mai multe despre asta. Dimensiunea filtrului de nisip și condițiile de funcționare:
Viteza de producție dorită este de 35 m 3/h și viteza de filtrare a fost stabilită la 10 m/h. Suprafața necesară a patului este deci de 3,5 m 2. Sunt avute în vedere trei unități de filtrare cu nisip prezentate schematic mai jos (Figura 2). Prin urmare, fiecare trebuie să producă 12 m 3/h și să aibă o suprafață de filtrare de 1,2 m 2, adică un diametru de 1,24 m având în vedere secțiunea circulară.
Figura 2 - Dimensiunea unui filtru de nisip
Conform relației lui Ergun și în condițiile de funcționare stabilite, scăderea de presiune din filtrul de nisip este estimată la 0,036 bar pe metru de adâncime a patului de filtrare. Știind că o presiune de 1 bar corespunde forței exercitate de o coloană de apă de 10 metri, acestea vor fi compensate de o înălțime a apei de 36 cm deasupra patului de nisip.