Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води

Виконано моделювання і розрахунок втрат напору на двошарових фільтрах при знезалізненні води. Сформульована і обґрунтована математична модель втрат напору у двошарових фільтрах при знезалізненні води. Наведені рекомендації для розрахунку....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автор:	Садчиков, О.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України 2013
Назва видання:	Екологічна безпека та природокористування
Теми:	Екологічна безпека
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57593
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води / О.О. Садчиков // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 13. — С. 18-23. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-57593
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-575932014-03-13T03:01:18Z Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води Садчиков, О.О. Екологічна безпека Виконано моделювання і розрахунок втрат напору на двошарових фільтрах при знезалізненні води. Сформульована і обґрунтована математична модель втрат напору у двошарових фільтрах при знезалізненні води. Наведені рекомендації для розрахунку. Выполнено моделирование и расчеты потерь напора в двухслойных фильтрах при обезжелезивании воды. Сформулирована и обоснована математическая модель потерь напора в двухслойном фильтре при обезжелезивании воды. Приведены рекомендации для расчета. Simulation model and calculations of pressure loss inside two-layer filter during iron removing from water. Formulation and substantiation of mathematic model of pressure loss inside two-layer filter during iron removing from water. Providing recommendation for engineering calculation. 2013 Article Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води / О.О. Садчиков // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 13. — С. 18-23. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. XXXX-0062 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57593 628.515 uk Екологічна безпека та природокористування Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Екологічна безпека Екологічна безпека
spellingShingle	Екологічна безпека Екологічна безпека Садчиков, О.О. Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води Екологічна безпека та природокористування
description	Виконано моделювання і розрахунок втрат напору на двошарових фільтрах при знезалізненні води. Сформульована і обґрунтована математична модель втрат напору у двошарових фільтрах при знезалізненні води. Наведені рекомендації для розрахунку.
format	Article
author	Садчиков, О.О.
author_facet	Садчиков, О.О.
author_sort	Садчиков, О.О.
title	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
title_short	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
title_full	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
title_fullStr	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
title_full_unstemmed	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
title_sort	моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води
publisher	Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Екологічна безпека
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57593
citation_txt	Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води / О.О. Садчиков // Екологічна безпека та природокористування: Зб. наук. пр. — К., 2013. — Вип. 13. — С. 18-23. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
series	Екологічна безпека та природокористування
work_keys_str_mv	AT sadčikovoo modelûvannâírozrahunkivtratnaporuudvošarovomufílʹtrípriznezalíznennívodi
first_indexed	2025-07-05T08:54:53Z
last_indexed	2025-07-05T08:54:53Z
_version_	1836796550105268224
fulltext	Екологічна безпека та природокористування____________________________ 18 УДК 628.515 © О.О. Садчиков, аспірант Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ МОДЕЛЮВАННЯ І РОЗРАХУНКИ ВТРАТ НАПОРУ У ДВОШАРОВОМУ ФІЛЬТРІ ПРИ ЗНЕЗАЛІЗНЕННІ ВОДИ Виконано моделювання і розрахунок втрат напору на двошарових фільтрах при знеза- лізненні води. Сформульована і обґрунтована математична модель втрат напору у двоша- рових фільтрах при знезалізненні води. Наведені рекомендації для розрахунку. Ключові слова: знезалізнення води, двошарові очисні фільтри, втрати напору У межах фільтроциклу зростання втрат напору по висоті завантаження очисного фільт- ра, як правило, відбувається нерівномірно. Внаслідок каталітичної реакції відбувається окис- лення двохвалентного заліза Fe 2+ , яке надходить з підземною водою на фільтр, і утворюють- ся сполуки заліза у вигляді осаду гідроксиду заліза, який накопичується в порах завантажен- ня. При цьому в разі однорідного фільтра більша частина осаду затримується у верхній час- тині фільтра і зовсім недостатньо — в нижній частині. Таким чином, вилучення заліза і на- копичення осаду, а також втрати напору по висоті фільтра відбуваються нерівномірно при значному завантаженні його роботи у верхній частині. Все це в цілому призводить до зни- ження ефективності роботи очисних фільтрів з однорідним завантаженням. Однією з основних технологічних характеристик очисного фільтра, яку необхідно ви- значити, є втрата напору Δh при вилученні забруднень різного походження. Внаслідок нако- пичення осаду в завантаженні фільтра зменшується його коефіцієнт фільтрації і щільність, збільшується гідравлічний опір фільтра, що призводить до збільшення втрат напору і, в зага- льному випадку, до зменшення швидкості фільтрації. Теоретичні дослідження втрат напору були широко вивчені О.Я Олійником, А.М. Туга- єм, С.К. Кисельовим, В.И Станкявичус та іншими, але вони стосувались тільки однорідних очисних фільтрів. Дослідження втрат напорів на двошарових фільтрах вивчались тільки екс- периментальним шляхом, для окремих випадків. За основу була прийнята загальна модель О.Я. Олійника, А.М. Тугая [4]. Основним базовим рівнянням для рішення цієї гідродинамічної задачі (моделі), як ві- домо, будуть рівняння фільтраційного потоку і рівняння нерозривності [1]. В умовах руху забруднених вод у фільтрах коефіцієнт фільтрації за рахунок утвореного осаду в завантаженні шарів фільтра буде змінюватись, внаслідок чого відоме рівняння фільт- рації в цьому випадку матиме такий вигляд (закон Дарсі): _ Розділ 1. Екологічна безпека 19       x txh txktxV    , ,,,  , (1) а рівняння нерозривності, яке при постійній густині рідини ρр=const, площі фільтра S=const, початковій пористості завантаження n0=const, буде мати вигляд [1,2]: 0 ~       x V t  , (2) де    ~ , δ – густина твердого осаду масової концентрації в одиниці об’єму осаду; σ – масо- ва концентрація (кількість) осаду гідроксиду заліза в твердій (нерухомій) фазі в одиниці об’єму фільтра. Відомо [1,2], що найбільш ефективним технологічним режимом буде робота фільтра в умовах підтримання постійної швидкості фільтрування в шарах фільтра. При такому режимі роботи фільтра необхідно збільшувати напір на вході у фільтр на величину отримання втрат напору. В результаті проведеного нами аналізу існуючих лабораторних дослідів процесу знеза- лізнення у фільтрах з різними типами завантаження залежність коефіцієнта фільтрації очис- ного фільтра при кольматації його осадом гідроксиду заліза можна представити у слідуючо- му безрозмірному вигляді з врахуванням відомих технологічних і інших параметрів A, n0 i σmax        txA txA exktxk ,1 , 0 0 ,,     , max    ; (3)   A A5,01max 0     при 5,0 ; (4)   A A  1max 0   при 5,0 (5) n0 – початкова пористість чистого фільтра; α – дослідний параметр, який залежить від матеріалу завантаження і має розмірність, зворотну розмірності σ; 0 max n A    – коефіцієнт граничного накопичення осаду, тобто відношення граничного питомого об’єму осаду до початкової пористості чистого завантаження, σmax – гранична кон- центрація осаду в одиниці об’єму фільтра. Тоді для визначення втрат напору у двошаровому фільтрі маємо рівняння Екологічна безпека та природокористування____________________________ 20            de K V de K V txk d V txk d Vhhtxh L l W l W L l l     21 02 0 001 0 22 0 0 11 021 ,,,, , (6) де    tA tA W ii iii i ,1 ,0     Відповідно [4] це рівняння можна також записати у формі:     , 1 220 110     l l k d k d h h     (7) L    200 HHh  – початкові втрати напору у фільтрі; 2HHh  – розрахункові втрати напору у фільтрі; Н, Н0 – відповідно розрахунковий і початковий напір на верхній границі фільтра; Н2 – постійний напір на нижній границі фільтра; c i i k k K  , 0 0 h LV kc   – ефективний коефіцієнт фільтрації чистого завантаження фільтра. З рівняння (6) слідує, що загальні втрати напору у двошаровому фільтрі будуть склада- тися із суми втрат напору у кожному шарі Δh1 і Δh2 відповідно на ділянках l i L-l. Для визна- чення цих втрат можна скористатись рішенням при відповідних граничних умовах наведених рівнянь в умовах жорсткого режиму фільтрації. Для випадку однорідного фільтру це рішен- ня, яке буде використано в подальшому аналізі, наведено в роботах [1]. В якості прикладу розрахунку наведемо результати розрахунку загальних втрат напору у верхньому шарі філь- тра Δh1 за запропонованою точною методикою. Ці результати показані на графіках  1 0 011 , Stf lV kh   , які наведені на рис. 3 в роботі [1] при 5,001 01  nC C C , 0,75, 1,0, А1=0,5, α01=5, Ср01=0. Аналіз цих графіків показує, що із збільшенням параметру 1 1max1 1 K S   втрати напору будуть збільшуватись, а через деякий час t n K t 01 1 зростання втрат напору майже не від- бувається. Нагадаємо, що при визначенні втрат напору у нижньому шарі можна також скориста- тись рішенням задачі для однорідного фільтра, приймаючи в ньому замість граничних кон- центрацій С10 і С0р1 їх значення на границі x=l, C1(l)=Cp1(l), при цьому треба також врахову- вати технологічні характеристики нижнього шару А2, α02, σmax2. _ Розділ 1. Екологічна безпека 21 На підставі аналізу загального рішення задачі можна визначити такі окремі випадки і висновки: 1. Рівняння (6) і запропоноване його рішення дозволяє визначити втрати напору як в окремих шарах фільтру, так і в цілому у двошаровому фільтрі. 2. Якщо після промивки в шарах фільтра залишився невилучений осад середньою концентрацією в шарах σ 0 С1 і σ 0 С2, то при подальшій експлуатації фільтра залишкові втрати напору в шарах потрібно збільшити загальний початковий опір на величину Δhн.       020010 WlLhWlhLhн  (8) де cii ciii A A i eW     1 0 0 ,   l k V lh 01 0 0  і    lL k V lLh  02 0 — відповідно втрати напору в шарах чистого філь- тра (σ 0 і = 0 ). При відомих втратах напору Δhі в шарах фільтра згідно з рівнянням (8) можна визначи- ти кількість невилученого осаду після промивки в цих шарах σ 0 Сі. 3. При граничному наповненні осадом об’єму шарів фільтра (σі=σmaxі), маємо       2 202 1 101 1 02 1 0max AA AA elLhelhLh    (9) 4. В результаті проведеного аналізу в подальшому з метою спрощення розрахунку загальних втрат напору у двошаровому фільтрі пропонується залежність     2211 ~~~ , ~ CC WlLWltLh   , (10) де    icii iciii tA tA Сi eW     1 0 , i Ci Ci max    – осереднене значення концентрацій осаду в шарах фільтра, рекомендації з визначення яких наведені в роботі [1], βі – поправочний коефіцієнт, методику визначення якого наведено нижче. Для визначення поправочного коефіцієнта βі скористаймося порівняльним аналізом чи- сленних розрахунків, які наведені в роботі [1], для однорідного фільтра за точною формулою і наближеною формулою з поправочним коефіцієнтом β (10). На рис. 3,4, які наведені в робо- ті [1], для різних значень довжини верхнього шару l ~ наведені приклади графіків  tlh , ,  tlC ,1 , побудовані при S1=0,6, S2=0,5, S3=0,5, S4=0,97, 5,001 С , A1=0,5, a01=5, 1,00 1  , nc=0,4 [1]. Внаслідок проведеного порівняльного аналізу для визначення коефіцієнта βі пропону- ються такі практичні рекомендації. У всіх випадках кожного шару фільтра з різною довжиною при 4500t можна прийма- Екологічна безпека та природокористування____________________________ 22 ти βі =1, тобто наближена і точна формула з визначення загальних втрат напору ih дають майже однакові результати. Так, якщо вважати t n K t Ci i i  , а Кі – змінюється залежно від типу завантаження, частини якого повністю покриті залізистою плівкою з гідроксиду заліза в ме- жах Кі = 20...45 м год -1 , а значення розрахункової пористості   35,0...25,05,010  iiCi Ann , то період роботи фільтра, коли можна приймати βі =1, становить десь до t=15…30 годин. 5. При 10000t , як показав виконаний аналіз, накопичення осаду в шарах фільтра майже припиняється. Коефіцієнт βі буде залежати від довжини шару фільтра il ~ і параметра iS1 ~ . Визначення коефіцієнта βі в цьому випадку здійснюється за графіком  iii Sl 1, ~  , який наведено в роботі [1], де 1 0 1 ~ K V l l i , 2 0 1 2 ~~ ~ K V lL l   , * 1 iii KKK  . 6. Таким чином, в межах 100004500  it коефіцієнт βі буде залежати від парамет- рів iii Slt 1, ~ , , тобто змінюватись    iiiii SlSlt 11 , ~ , ~ ,   . Тому в цьому випадку можна прийняти наближену формулу для визначення   iii Slt 1, ~ , у вигляді      ii ii iiiiiii tt tt SlSlt 12 1 11 ~ , ~ , ~ ,     , (11) де відповідно it1 і it 2 відповідають значенням i і  ii Sl 1, ~  , тобто 45001 it і 100002 it . Як уже зазначалось вище, інтенсивність вилучення заліза, а в зв’язку з цим накопичен- ня осаду і темп зростання втрат напору по висоті фільтра будуть неоднорідними. Спочатку більш інтенсивно втрати напору зростають у верхній частині фільтра, де накопичується бі- льше осаду, і зменшуються в нижній частині, де накопичення осаду зменшується за рахунок зниження інтенсивності вилучення заліза. В цьому випадку величина втрат напору зростає дуже повільно і при деяких значеннях t настає стабілізація, і втрати напору за рахунок ущі- льнення і відриву часток, а також зниження сорбційно-окислювальних процесів не збільшу- ються, а навіть зменшуються. Це фізично пояснений факт досить переконливо підтверджується експериментальними дослідженнями. Проте час стабілізації і відповідна йому величина Δh будуть значно більші тих, які рекомендується приймати технологією. У зв’язку з тим, що в нижній частині інтенсивність вилучення заліза різко падає, то для одержання нормативної концентрації заліза у фільтраті в разі однорідного фільтра потрібно збільшувати його висоту, тому виникає необхідність влаштування двошарового фільтра, ни- жній шар якого забезпечить більш ефективне і економічне вилучення заліза. _ Розділ 1. Екологічна безпека 23 Список використаної літератури 1. Олійник О.Я., Кисельов С.К. Теоретичні дослідження втрат напору на очисних фільтрах при знезалізненні води // Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки. – На- ук. тех. збірник. – вип. 1. – 2003 с. 3 – 12. 2. Киселев С.К. Моделирование и расчеты обезжелезивания воды на очистных фильтрах с учетом изменения гидравлических свойств загрузки // Дис. канд. техн. наук, 05.23.04. – К. – 2000. – 158 с. 3. Тугай А.М., Оліник О.Я., Тугай Я.А. Продуктивність свердловин в умовах кольматажу / посібник. – Харків, ХНАМГ, - 2004. – 240 с. 4. Поляков В.Л. Расчет осветления суспензий в двухслойной загрузке // Вісник Одес. держ. академії буд. і арх., - вип. 19 – с. 194 – 202. Стаття надійшла до редакції 25.04.13 українською мовою © О.О. Садчиков МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ ПОТЕРЬ НАПОРА В ДВУХСЛОЙНЫХ ФИЛЬТРАХ ПРИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИИ ВОДЫ Выполнено моделирование и расчеты потерь напора в двухслойных фильтрах при обез- железивании воды. Сформулирована и обоснована математическая модель потерь напора в двухслойном фильтре при обезжелезивании воды. Приведены рекомендации для расчета. © O.O. Sadchykov SIMULATION MODEL AND CALCULATIONS OF PRESSURE LOSS INSIDE TWO-LAYER FILTER DURING IRON REMOVING FROM WATER Simulation model and calculations of pressure loss inside two-layer filter during iron removing from water. Formulation and substantiation of mathematic model of pressure loss inside two-layer filter during iron removing from water. Providing recommendation for engineering calculation.

Моделювання і розрахунки втрат напору у двошаровому фільтрі при знезалізненні води

Репозитарії

Схожі ресурси