49.Основы теории фильтрования воды.

Фильтрация – процесс движения жидкости и газов через пористые грунты и в природных условиях. Фильтрование-процесс разделения суспензий и других неоднородных систем. Процессы, протекающие при движении воды через фильтрующие материалы сложены и по современным понятиям включают 4составляющих:

1)процеживание-застревание твёрдых чатиц в порах фильтрующей назрузки, 2)оседание,3) электрическое взаимодействие частиц взвеси и зёрен фильтрующей нагрузки, 4) межмолекулярное взаимодействие. Процеживание заключается в протекании воды через поры, образуемые зёрнами фильтрующей загрузки. Электрическое взаимодействие вызвано наличием электрического потенциала (ДП) на поверхности зёрен фильтрующей загрузки. И на поверхности частиц взвеси. Если зёрна загрузки и взвеси обладают ДП одного знака, то происходит электрическое отталкивание частиц. Если знаки разные, то это способствует притяжению частиц взвеси к зёрнам загрузки. Межмолекулярное взаимодействие основано на влиянии сил молекулярного притяжения Вандервальса-Лондона.

Кроме того, по теории Минца, процесс осветления воды на фильтрах – это суммарный процесс прилипания частиц взвеси к частицам загрузки (кальматация) и отрыва этих частиц от поверхности фильтрующей загрузки (суффозия). Рассмотрим процесс фильтрования воды сверху вниз через зернистую загрузку.

В этом случае вначале будут загрязняться верхние слои загрузки, а затем нижние. Время, в течении которого данная фильтрующая загрузка способна осветлять воду называется временем защитного действия нагрузки (Т_З). Следовательно, время процесса фильтрования (Т_Ф) между промывками загрузки должно Т_Ф ≤ Т_З

Это время (Т_З) для каждого конкретного случая опр-ют на основании экспериментальных исследований. Рассмотрим какой либо экспериментальный сой загрузки в фильтрующей колонке. Выделим его двумя сечениями I-І и ІІ-ІІ. Предположим, что сечение I-I находится на расстоянии Х от поверхности загрузки.В сечении І-І подходит вода с содержанием взвеси С₁. В сечении

II-II=> С₂. Уменьшение концентрации взвеси в элементарном слое ΔХ составит:

ΔС=С₁-С₂= - (С₁-С₂)= Производная называется градиентом концентрации взвеси, т.е. это изменение концентрации взвеси, приходящееся на единицу толщины фильтрующего слоя. Знак минус в уравнении показывает, что концентрация уменьшается с увеличением расстояния Х. Эффект осветления воды при фильтровании это суммарный результат двух процессов (кальматации и суффозии). Можно записать равенство

ΔС=ΔС₁- ΔС₂ , где ΔС₁ – уменьшение концентрации частиц за счёт их прилипания, ΔС₂ – увеличение концентрации частиц за счёт их отрыва.

где С- концентрация частиц в фильтруемой воде, в-параметр фильтрования, который определяет интенсивность прилипания частиц, зависит от условий фильтрования.

, где а –параметр фильтрования, который определяет интенсивность отрыва частиц, зависит от условий фильтрования, - количество взвешенных частиц, накопившихся к данному моменту в единице объёма.

- это уравнение Минца. В этом уравнении имеются безразмерные коэффициенты и . В процессе экспериментальных исследований определяют величины этих коэффициентов, подставляют в уравнение Минца в виде определённых цифр, в результате получается математическая модель процесса фильтрования через данную фильтрующую загрузку для данной воды.