Hydromechanika filtrowania wody / Czesław Grabarczyk

Hydromechanika filtrowania wody / Czesław Grabarczyk. – Warszawa, 2010
Spis treści
WYKAZ WAśNIEJSZYCH SYMBOLI
9
1.
WPROWADZENIE
13
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
2.4.4.
2.4.5.
2.4.6.
2.4.7.
2.4.8.
2.4.9.
2.4.10.
2.4.11.
2.4.12.
2.4.13.
2.4.14.
2.4.15.
2.5.
2.5.1.
2.5.2.
2.5.3.
2.6.
2.6.1.
2.6.2.
2.6.3.
2.6.4.
2.7.
2.8.
ZŁOśA FILTRACYJNE
Wprowadzenie
Definicje podstawowych pojęć
Podstawowe własności materiałów filtracyjnych
Przegląd minerałów i materiałów filtracyjnych
Antracyt
Bazalt
Chalcedonit
Diatomit
Dolomit
Glaukonit
Granaty
Granit
Granodioryt
Magnezyt
Piasek kwarcowy
Piroluzyt-braunsztyn
Tlenki wapnia
Węgiel aktywny
Lekkie kruszywa sztuczne
ZłoŜa wielowarstwowe
Wprowadzenie
Ogólne zasady budowy złóŜ wielowarstwowych
Dobór materiałów filtracyjnych dla złóŜ wielowarstwowych
ZłoŜa wielowarstwowe filtrów CULLIGAN
Wprowadzenie
Warianty budowy wielowarstwowych złóŜ filtracyjnych
Zakresy zastosowań złóŜ filtracyjnych
Opis procesów technologicznych w złoŜach
Ocena przydatności materiału filtracyjnego
Wnioski i uwagi końcowe
Bibliografia
22
22
23
24
27
27
33
36
37
37
39
41
41
42
43
43
44
47
47
53
55
55
56
56
58
58
58
59
61
63
64
65
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
OPORY HYDRAULICZNE CZYSTEGO ZŁOśA FILTRACYJNEGO
Wprowadzenie
Określenie filtracji. Idealne i fikcyjne ośrodki porowate
Geometryczna struktura ośrodka porowatego
Parametry hydrauliczne strumienia w złoŜu porowatym
Prawo Darcy'ego - podstawowe prawo filtracji
Czynniki wpływające na wartość współczynnika filtracji
Wyprowadzenie prawa Kozeny'ego
70
70
71
73
81
85
87
88
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
Granica liniowości prawa Darcy'ego i Kozeny'ego
Przejście od złoŜa fikcyjnego do naturalnego
Ogólne wzory dla oporów hydraulicznych
Wnioski i uwagi końcowe oraz przykład obliczeniowy
Bibliografia
96
98
106
109
112
4.
4.1.
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.
4.1.5.
4.2.
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
4.2.4.
4.2.5.
4.3.
4.3.1.
4.3.2.
4.3.3.
4.4.
4.4.1.
4.4.2.
4.4.3.
4.5.
4.5.1.
4.5.2.
4.6.
FILTROWANIE WODY
Model fizyczny procesu filtrowania
Podstawowe pojęcia procesu filtrowania wody
Procesy filtrowania w złoŜach porowatych
Mechanizmy procesu filtrowania
Ogólne sformułowanie zagadnienia filtrowania wody
Rodzaje wskaźników koncentracji zawiesin oraz związki pomiędzy nimi
Równania procesu filtrowania
Wybór metody opisu procesu filtrowania
Równania przepływu
Równania ciągłości (bilansu) dla procesu filtrowania
Równania kinetyki procesu
Ogólne uwagi końcowe. Analiza wymiarowa równań filtrowania
Metody obliczania procesu filtrowania
Formułowanie matematycznych zagadnień obliczeniowych
Klasyfikacja równań i ogólny przegląd metod obliczeniowych
Przegląd wybranych metod obliczania procesu filtrowania
Wzrost oporów hydraulicznych złoŜa
Ogólne określenie zagadnienia
Przegląd wybranych metod wyznaczania wzrostu oporów złoŜa
Rozkład ciśnienia wzdłuŜ złoŜa
Charakterystyki procesu filtrowania
Ogólne sformułowanie zagadnienia
Metody wyznaczania parametrów procesu filtrowania
Uwagi końcowe
Bibliografia
115
115
115
119
122
125
127
130
130
132
134
147
161
162
162
166
168
195
195
197
207
211
211
216
246
246
5.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.4.1.
5.4.2.
5.4.3.
5.5.
5.6.
5.6.1.
5.6.2.
5.6.3.
5.7.
5.8.
5.9.
PŁUKANIE ZŁÓś FILTRACYJNYCH
Wprowadzenie
Metody płukania złóŜ filtracyjnych
Ogólna charakterystyka i opis zjawiska fluidyzacji
Warunki przepływu przez złoŜe fluidalne
Warunek I - stała objętość ziaren w złoŜu
Warunek II - równowaga sił działających na ziarenka złoŜa
Warunek III - swobodna sedymentacja złoŜa fluidalnego
Własności złoŜa fluidalnego
Dolna prędkość krytyczna powstawania złoŜa fluidalnego
Przypadek przepływu laminarnego
Przypadek przepływu przejściowego i turbulentnego
Uwagi uzupełniające
Ogólne określenie górnej granicy złoŜa fluidalnego
Ogólne prawo ruchu ciała stałego w płynie
Opadanie ziaren w płynie
253
253
256
256
258
259
260
262
263
266
267
268
269
270
271
275
5.10.
5.11.
5.12.
5.12.1.
5.12.2.
5.12.3.
5.13.
5.14.
5.15.
5.16.
5.17.
5.18.
5.18.1.
5.18.2.
5.18.3.
5.18.4.
5.18.5.
5.19.
5.19.1.
5.19.2.
5.19.3.
6.
6.1.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
6.2.3.
6.3.
6.3.1.
6.3.2.
Zagadnienia obliczeniowe opadania ziaren w cieczy
Sedymentacyjny model maksymalnej prędkości fluidyzacji
Przepływ wody przez złoŜe fluidalne. Ekspansja złoŜa fluidalnego
Przypadek przepływu laminarnego
Przypadek przepływu nielaminarnego
Uwagi uzupełniające
Mechanizm regeneracji złóŜ filtracyjnych i sposoby jej intensyfikacji
Optymalna wielkość ekspansji złoŜa
Mechanizm ścinania hydrodynamicznego
Mechanizm zderzania się i ocierania ziaren
Warunki płukania wielowarstwowych złóŜ filtracyjnych
Płukanie złóŜ filtracyjnych wodą i powietrzem
Ogólny opis metod płukania
Fluidyzacja złoŜa mieszaniną wody i powietrza
PrzybliŜony model matematyczny
Eksperymentalna weryfikacja modelu
Uwagi i wnioski końcowe
Koncepcja optymalizacji procesu płukania złóŜ wodą i powietrzem
Przegląd czynników warunkujących proces
Sformułowanie zagadnień optymalizacji
Przykład obliczeniowy
Bibliografia
GRAWITACYJNE FILTRY DO UZDATNIANIA WODY
Przedmiot i zakres problematyki
Przegląd filtrów grawitacyjnych
Pojęcia podstawowe i klasyfikacja filtrów
Ogólny opis budowy, wyposaŜenie i zasady działania filtrów
Ogólna analiza prędkości filtrowania - 4 rodzaje filtrów
Analiza regulacji prędkości filtrowania
Zwyczajny układ filtra - bez regulacji
Układ filtra utrzymującego stałą przepustowość przy stałej
wysokości zwierciadła wody nad złoŜem
6.3.3.
Układ filtra utrzymującego stałą wysokość zwierciadła wody
nad złoŜem przy zmiennej przepustowości
6.3.4.
Układ filtrów bez indywidualnej regulacji z malejącą
przepustowością i wzrastającą wysokością zwierciadła wody
6.3.5.
Analiza porównawcza cech charakterystycznych filtrów
6.4.
Regulatory przepustowości przez złoŜe
6.4.1.
Wprowadzenie
6.4.2.
Hydrauliczny regulator syfonowy
6.4.3.
Tłokowy siłownik przepustnicy sterowany elektronicznie
6.5.
Sprawność technologiczna filtrów ze zmienną przepustowością
6.5.1.
Ocena działania filtrów ze zmienną przepustowością
6.5.2.
PrzybliŜony opis matematyczny dynamiki zmian prędkości filtrowania
6.6.
Wnioski i uwagi końcowe
Bibliografia
SKOROWIDZ
oprac. BPK
278
284
285
286
288
289
291
292
295
297
301
302
302
303
305
311
313
316
316
322
324
332
336
336
337
337
338
341
344
344
347
355
357
363
363
363
365
379
381
381
382
390
392
395