Научный руководитель:
Кюберис Э.А., доцент, кандидат технических наук
Песок был основным фильтрующим материалом, используемым при быстрой гравитационной фильтрации с момента их появления в 19 веке. Это доминирование обусловлено его низкой стоимостью, доступностью и обширным опытом, который привел к надежной и предсказуемой производительности. В последние годы мультимедийные фильтры стали типичным устройством фильтрации. Песок по-прежнему остается предпочтительной фильтрующей средой в нижнем слое, а в верхнем слое обычно используется антрацит. Ограничением для соответствия предыдущей работе был акцент на общую производительность, но механистический анализ причин различий по сравнению с песком проводился редко. Фундаментальное влияние размера частиц и уплотнения на эффективность фильтрации и потери напора известно, но в отчетных исследованиях оно часто не учитывалось. При средних очистных сооружениях самые высокие затраты связаны с использованием химикатов (30 %) и электроэнергии (60 %), необходимой в основном для перекачки. Быстрые гравитационные фильтры являются одной из наименее энергозатратных ступеней в этой системе, требующей откачки только для обратной промывки и очистки воздуха, при условии, что в конструкцию была включена гравитационная подача. Энергоэффективность очистки воды становится все более важной, и было проведено исследование, чтобы определить, можно ли использовать новые среды для улучшения характеристик фильтров в отношении мутности и потери напора. Например, результат, представленный в этой статье, демонстрирует, что благодаря использованию угловых сред улучшена производительность, что способствует как мутности, так и потере высоты. Это было получено из сланца, имеющего сферичность 0,49 по сравнению с песком при 0,88. Кроме того, использование новых материалов с различными физическими свойствами позволило расширить анализ производительности с использованием фундаментальных механизмов фильтрации. Больший диапазон свойств, доступных у новых сред, используемых в этом тезисе, по сравнению с песком, предложил дополнения к этой теории. Использование поверхностно-активных материалов, включая известняк, показало удаление дополнительных загрязняющих веществ, таких как фосфор, железо, алюминий и марганец, которые обычно не связаны с быстрой гравитационной фильтрацией. Оценка влияния этих реакций на типичные критерии эффективности фильтров, например мутность, затухание и ожидаемый срок службы. Результаты показали удаление железа из известняка на 97% по сравнению с 13% для песка. Это было вызвано осаждением гидроксида, коагуляцией, изменением рН и последующим совместным осаждением. В случае удаления железа и алюминия это вызванное изменением рН как наиболее вероятная причина коагуляции в самом слое фильтра, приводящая к улучшению эффективности удаления мутности. Например, фильтралит обладает высокой площадью поверхности, известняк – более активной поверхностью, а сланец – пластинчатой формой частиц. Стекло имеет очень гладкую текстуру поверхности и, как переработанный материал, обладало большей экологичностью. Показатели мутности могут быть улучшены за счет изменений в спецификации среды. Размер частиц и угловатость среды была наиболее важным фактором, влияющим на мутность и производительность. Больший угол наклона приводит к улучшению времени работы фильтра, например, удвоению времени работы фильтра со сланцем по сравнению с песком для того же удаления мутности. Улучшение связано с различной насадкой фильтрующего слоя и связанными с этими изменениями пористости по всему фильтру. Цели исследования состоит в том, чтобы обеспечить понимание факторов масштабирования и скорректировать эти теории с учетом реальной переменной осветленной воды. Реальный химический состав воды слишком сложен для моделирования, и это позволило провести эксперименты, более типичные для вариаций, с которыми столкнулся бы быстрый гравитационный фильтр. Таким образом, общий вывод из работы заключается в том, что комплексный подход к проектированию фильтров, учитывающий тип осветлителя, вероятность переноса хлопьев и ожидаемую степень очищения воды, может быть дополнительно изучен.
Библиографический список
- Davies, Phillip D. (2012): Alternative filter media in rapid gravity filtration of potable water. Loughborough University. Thesis.