Главная » Публицистика

0 ... 91 92 93 94 95 96 97 ... 159

§ 98. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ ВОДЫ НА СКОРЫХ ФИЛЬТРАХ

При проектировании фильтровальных установок заданными являются количество осветляемой воды, качество воды, поступающей на фильтры (в частности, содержание в ней взвешенных веществ, их физико-химические свойства, крупность частиц взвеси), и требуемая степень осветления. Величина располагаемого напора, обусловливающего движение воды через открытые фильтры, определяется в связи с компоновкой всей станции и обычно также задается при расчете фильтров.

При проектировании и расчете фильтров должны быть определены толщина фильтрующего слоя (при определенном фильтрующем материале), скорость фильтрования и оптимальная длительность периода работы фильтра между промывками Поэтому весьма важно установить зависимость между всеми основными параметрами работы фильтра и заданными расчетными величинами.

Правильный выбор этих параметров, находящихся во взаимосвязи, имеет большое экономическое значение, так как он должен обеспечить оптимальное соотношение затрат на строительство и эксплуатацию станции.

Период работы фильтра между промывками (длительность филь-троцикла) определяется из двух условий. Во-первых, загрязнение фильтрующего материала в процессе работы приводит к увеличению в нем потерь напора. Эти потери могут возрастать до тех пор, пока через определенный промежуток времени Гн они не превысят располагаемого напора. Во-вторых, при увеличении загрязнения частиц фильтрующего материала происходит увеличение скоростей движения воды в порах, что ведет к частичному выносу осевших в порах частиц взвеси, содержащейся в фильтруемой воде. В результате этого качество фильтрата начинает ухудшаться. Таким образом, вторым критерием назначения длительности фильтроцикла является период времени Гз, в течение которого гарантируется требуемое качество фильтрата (продолжительность «защитного действия» загрузки фильтра). Как значение Гн, так и значение зависит от качества воды, характеристик взвеси, загрузки фильтра и скорости фильтрования.

Очевидно, чти дтя наиболее экономично запроектированного фильтра должно соблюдаться равенство

Тз = Гн.

Однако в целях обеспечения определенных санитарных качеств фильтрата целесообразно, чтобы Гз было несколько больше Гн. Рекомендуется принимать

= 1,2-1.5.

Рассмотрим некоторые теоретические соображения о зависимости значений Гз и Гн от основных параметров процесса фильтрования воды и о взаимной связи этих параметров.

дится через желоба 4. Борт желобов должен быть расположен на такой высоте над поверхностью песка, чтобы при данной интенсивности промывки в желоб вместе с промывной водой не мог быть вынесен песок той крупности, которую имеет загрузка фильтра. Промывка длится 5-7 мин.

Количество воды, проходящей через фильтр (а следовательно, и скорость фильтрования), в открытых скорых фильтрах поддерживается, как правило, постоянным во все время работы фильтра при помощи специальных регулирующих устройств. Поэтому потери напора в самом фильтре зависят всецело от его гидравлического сопротивления. В процессе работы фильтра происходит отложение в его порах загрязнений, и, следовательно, гидравли-Pjj у 33 ческое сопротивление и потери напора

в фильтре h возрастают во времени. Предельно допустимые потери напора в фильтре Я лимитируются разностью уровней воды над фильтром и в резервуаре чистой воды. Очевидно, что значение Н равно разности указанных уровней за вычетом потерь напора в трубопроводах и арматуре, через которые отводится вода с фильтра.

Обозначим переменное значение потерь напора в фильтре через h (рис. V.33). По оси абсцисс будем откладывать время и примем (как это показывает опыт), что значение h возрастает во времени по линейному закону.

Начальное значение h==hQ будет соответствовать потерям напора Е чистом фильтре. В любой промежуточный момент работы фильтра

Л = Яо -ь ш,

где Ah-прирост потерь напора в единицу времени; t - время, прошедшее с начала фильтроцикла.

Очевидно, что когда значение h достигает своего предела Я - Лр, необходима промывка фильтра. Время Гн, прошедшее до этого момента от начала работы фильтра, составит длительность полезной работы фильтра.

Величины Яо, ftp и h -потери напора в регуляторе скорости фильтрования в разные периоды фильтроцикла (см. далее § 105).

Чем скорее идет нарастание потерь напора в фильтре, тем короче будет период Те- Если потери напора возрастают в единицу времени на А/г, то, очевидно, длительность периода Гн может быть определена по формуле

H - hQ-h

= -ZiT-•

где hp - потери напора в полностью открытом регуляторе.

В выражение для Гн входят две подлежащие исследованию величины; потери напора в чистом фильтре ho и интенсивность нарастания потерь напора в фильтре при отложении в нем загрязнений Л/г. Рассмотрим отдельно обе эти величины.

Потери напора в чистом фильтре. Потери Hanqpa в чистом фильтрующем слое зависят от толщины слоя L, крупности и формы зерен фильтрующего материала, его пористости т, а также от скорости и движения воды в порах и вязкости воды р,.

Рассматриваемая здесь формула для определения потерь напора

В ЧИСТОМ фильтрующем слое была выведена Д. М. Минцем при помощи методов теории подобия и размерностей на основании обработки большого числа опытных данных.

Из теории размерностей следует, что коэффициент сопротивления при движении воды через чистый фильтрующий слой

АР / L "pu2

должен зависеть от числа Рейнольдса

Re=p -.

Здесь АР - перепад давления в слое фильтрующего материала; р - плотность воды; / - характерный линейный размер пористой среды.

Скбрость и связана со скоростью фильтрования v простым соотношением

и = - .

где т - пористость.

В качестве характерного линейного размера пористой среды может быть принят гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения потока к смоченному периметру. Площадь живого сечения потока определяется суммарной площадью сечений поровых каналов, а смоченный периметр - суммой периметров поперечных сечений зерен материала. Суммарная площадь поперечных сечений поровых каналов пропорциональна пористости т. Сумма периметров поперечных сечений зерен пропорциональна удельной поверхности зерен, т. е. поверхности зерен со в единице объема фильтрующего материала. Тогда /=т/«). Для загрузки, состоящей из зерен с эквивалентным диаметром

6(1 -т) а

Здесь а - так называемый коэффициент формы, учитывающий отличие формы зерен песка от шарообразной.

Подставив полученные выражения для и, / и © в выражения для Г] и Re, получим

= /.-Г; Re =

Lpy2 6а (1 - m) 6Lia (1 -m)

Величина AP/L представляет собой перепад давления в фильтрующем слое на единицу его толщины. Потери напора на единицу толщины фильтрующего слоя будут, очевидно, равны:

к, следовательно.

где у - удельный вес воды.

Д. М. Минц, С. А. Шуберт. Гидравлика зернистых материалов. М., Изд-во МКХ РСФСР, 1955.

0 ... 91 92 93 94 95 96 97 ... 159