Analiza wybranych parametrów kolmatacji w procesie filtracji grawitacyjnej

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.

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