5. Обработка экспериментальных данных технологического моделирования

Очистка воды фильтрованием при заданных определенной крупности фильтрующего материала и скорости фильтрования состоит из следующих этапов:

• систематизации экспериментальных данных;

• построения графических зависимостей трех видов с использованием полученных при моделировании экспериментальных данных.

Таблица для регистрации экспериментальных данных приводится ниже (табл. 5).

Таблица 5

Время от начала фильтро- цикла	Мутность фильтрата по слоям загрузки, КОС* см–1					Потери напора в загрузке, см
	х1 = 30 см	х2 = 60 см	х3 = 90 см	х4 = 120 см	х5 = 150 см
1	2	3	4	5	6	7
0	–	–	–	–	–	h0**
1
2
3
4	…	…	…	…	…	…
5	…	…	…	…	…	…

*КОС –	коэффициент ослабления света на фотоэлектроколориметре, характеризующий концентрацию взвешенных веществ в воде;
**h0 –	потери напора в чистой загрузке (по мере фильтрования уровень воды в колонке будет расти (т. е. напор растет), и высота столба воды над загрузкой также растет). После первого часа отбирают пробы по слоям и определяют мутность (общая – на изливе из трубки, отводящей фильтрат).

Графическая обработка результатов эксперимента приводится на рис. 5.1.

КОС, см^–1

Р

T, ч

ис. 5.1. График выходных кривых по слоям загрузки

Экспериментальные данные:

КОС = 0,03 соответствует мутности 3 мг/л;

КОС = 0,05 соответствует мутности 5,5–6 мг/л.

Данные по ГОСТу 2874–82:

КОС = 0,02 соответствует мутности 1,5 мг/л.

То, что находится ниже линии с ординатой КОС = 0,02, соответствует ГОСТу 2874-82 по мутности, выше – не соответствует.

Вода стандартного качества:

I слой через ~ 2 часа (30 см);

II слой через ~ 3 часа (60 см);

III слой через ~ 3,5 часа (90 см);

IV слой через ~ 4,5 часа (120 см);

V слой через ~ 5,6 часа (150 см).

На основании графика выходных кривых изменения качества фильтрата по слоям загрузки строится график продолжительности защитного действия загрузки в зависимости от ее толщины (рис. 5.2).

Продолжительность фильтроцикла линейно зависит от толщины слоя загрузки. Чем больше мутность исходной воды, тем больше угол , тем короче фильтроцикл (рис. 5.3).

Чтобы не учитывать пристенную фильтрацию, должно выполняться сотношение , где – диаметр зерна; D – диаметр колонки.

Р

T, ч

ис. 5.2. График зависимости продолжительности

защитного действия загрузки от ее толщины:

х_о – слой загрузки, необходимый для того, чтобы обеспечить заданную степень очистки воды при t = 0 – первое мгновение (виртуальный отрезок времени), когда степень очистки соответствует заданной

Р

T, ч

ΔH, см

ис. 5.3. График прироста потери напора в загрузке:

Н₀ – потери напора в чистой загрузке, м; h – потери напора

во времени, м

Из графика продолжительности защитного действия загрузки (см. рис. 5.2) в зависимости от ее толщины определяются х_о и – тангенс угла наклона прямой к горизонтальной линии. Зная х_о, можно определить b: . Х_о находят из таблиц (в зависимости от степени осветления С_ф ≤ 1,5 мг/л; С₀ – концентрация взвеси в исходной воде).

= , где m = tg ; – эмпирический коэффициент, зависящий от степени осветления воды , определяется из таблицы; – гидравлический уклон в чистой загрузке, который находят из выражения = .

Функция предельной насыщенности загрузки загрязнениями:

,

где h –	суммарный прирост потери напора за фильтроцикл t = 5 ч (см. рис. 5.3);
–	темп прироста потери напора в фильтрующей загрузке, м/ч;
–	коэффициент неоднородности загрузки; ;
А –	предельная насыщенность порового пространства загрязнениями (см. рис. 4.1).

Опыты проводились при = 6 м/ч и диаметре зерен d = 1 мм.

При проектировании реальных очистных сооружений возможны другие значения и d, а значит, и другими будут численные значения параметров фильтрования. Полученные посредством технологического моделирования параметры фильтрования приводятся к эталонным, которые соответствуют = 10 м/ч и = 1 мм для воды определенного качества.

Эталонные значения параметров фильтрования, полученные на основании фактических (для воды конкретного качественного состава) определяются из выражений, предложенных Д. М. Минцем:

,

;

При = 1 мм = 10 м/ч – эталонные значения;

при и – реальные значения (фактические).

При расчете фильтрующих загрузок по результатам технологического моделирования могут быть три варианта соотношений между и :

,

где –	время защитного действия загрузки;
–	время достижения предельно возможной потери напора.

Первый вариант – неудовлетворительный, т. к. загрузка еще не насыщена, а предельно возможный напор уже исчерпан; второй вариант хуже первого; третий – самый хороший, но в нем есть элемент недостаточности санитарной надежности.

Оптимальное соотношение: = (1,1…1,2) . В данном случае санитарная надежность обеспечивается.

При расчете оптимального режима работы фильтровального сооружения встречаются три типа задач:

1 – по заданным скорости фильтрования и продолжительности фильтроцикла находят толщину слоя и крупность зерен фильтрующей загрузки;

2 – по заданным крупности зерен загрузки и продолжительности фильтроцикла определяют скорость фильтрования и толщину слоя загрузки;

3 – по заданным толщине слоя загрузки и скорости фильтрования находят крупность зерен фильтрующей загрузки и продолжительность фильтроцикла (наиболее распространенный случай в практике проектирования).

Пример (решение задачи третьего типа).

Для невской (реальной) воды для блока фильтров с толщиной слоя загрузки = 1,5 м и скоростью фильтрования = 6 м/ч определить потребную крупность зерен и продолжительность фильтроцикла при условии, что неблагоприятный период приходится на весенний паводок и зимний (декабрь–февраль).

З

t_з, t_н, час

адача решается методом подбора. = 1,2 . Для нескольких значений при известной скорости фильтрования 6 м/ч и находят и и строят график зависимостей: = ( ) и = ( ) (рис. 5.4).

Рис. 5.4. График зависимости = и =

По оси ординат откладывают продолжительность фильтроцикла, по оси абсцисс – эквивалентную крупность зерен фильтрующей загрузки. Находят точку пересечения (прямой зависимости) и – степенной (квадратичной).

Время достижения предельно возможной потери напора растет с увеличением крупности.

Время защитного действия загрузки уменьшается с увеличением крупности зерен фильтрующей загрузки (О – оптимум при крупности 1,08 мм). Оптимум для невской воды – 0,9…1…1,05.

Точка пересечения О графиков и и есть теоретический оптимум

фильтрационной очистки воды при заданных и и найденной крупности зерен . Далее проводят несколько сечений, параллельных оси ординат влево от точки О. Сечение, в котором выполняется условие = = 1,2 , позволяет определить фактически необходимую крупность зерен загрузки и соответствующую продолжительность фильтроцикла:

= 1 мм; = 11 ч.