KÖRNYEZETTECHNIKA I. Szűrés és berendezései

Átírás

1 KÖRNYEZETTECHNIKA I. Szűrés és berendezései Környezetvédelem-vízgazdálkodás szakmacsoport

2 A szűrés Szuszpenzió, aeroszolok szétválasztása alkotórészeire (szilárd, folyékony, gáz fázisra) Méretkülönbségen alapuló eljárás Legelterjedtebb elválasztási művelet az ülepítés mellett Rácsok szennyvíz, víz Szöveten való szűrés zagyok, szuszpenziók, levegő 10 mm-nél kisebb részecskék elválasztására 2

3 Durva szűrés rácsokon (gerebeken) Víz- és szennyvíztisztításban használják Finom (5-20 mm) és durva ( mm) lebegőanyagok, uszadékok eltávolítására Méret szerint beszélünk rácsokról, gerebekről Visszaduzzasztást okoznak rács előtt felvíz (visszaduzzasztott) rács után alvíz szintkülönbség 5 cm, max cm lehet. 3

4 Rácsok A rácsok folyamatos üzemben dolgoznak. Feladatuk : - a rács utáni berendezések védelme a nagyméretű uszadékok esetleges mechanikai rongáló hatása ellen. - A rács utáni berendezések tehermentesítése A rácsszemét eltávolítása szakaszos és folyamatos gépi és kézi 4

5 Rácsok Elhelyezés szerint - függőleges vagy ferde (20-75 között) Kialakítás szerint - sík vagy íves A víz áramlási sebessége - rács előtt 0,5-0,8 m/s - a pálcák között: 0,7 1,0 m/s - maximum 1,2 1,6 m/s 5

6 Pálcás gereb - Folyóból történő vízkivételnél használják - Megfelelően elhelyezve öntisztító - Hideg időben (pl. most) lehetnek gondok 6

7 Durvarácsok Mire használják? 2-10 cm nagyságú úszó- és lebegőanyagok felfogására Hogyan helyezik el? Finomrács, homokfogó, átemelő előtt, a folyási irányba os dőlésszögben Tisztítása 20 m 3 / év alatt kézi, egyébként gépi 7

8 Durvarácsok Nagy mennyiségű rácsszemét esetén szállítószalagon juttatják présbe, majd adott esetben fertőtlenítik, konténerbe rakják. Síkrácsok alkalmazási köre - Ipari vízkivétel, vízkezelés m 3 / nap 8

9 Gépi tisztítású síkrács Durva és finom rácsoknál is alkalmazzák ezt a megoldást. 9

10 Finomrácsok Mire használják? 0,5 2 cm átmérőjű úszó- és lebegőanyag megfogására Miben tér el a durvarácsoktól? - kisebb pálcaköz (1-2 cm) - rácsszemét finomabb - számolni kell a rácsszemét szűrőhatásával is Kapacitás m 3 / nap 10

11 Finomrácsok íves rács Szennyvíztisztítás során használják Rácsszemét eltávolítása: forgó fésűs kotrószerkezet segítségével 11

12 Finomrácsok íves rács Szennyvíztisztítás során használják Rácsszemét eltávolítása: forgó fésűs kotrószerkezet segítségével 12

13 Finomszűrés Szitaszűrők (0,1 5 mm) Szövetszűrők (0,01-0,1 mm) Szűrőszövetek (0,001-0,01 mm) 13

14 Szitaszűrők Mire használják? Víz- és szennyvíztisztításra a rács után, derítés hatásfokát növeli Harmadik fokozatban, a lebegőanyagok eltávolítására, iszapok, zagyok víztelenítésére Felszíni vizek tisztítására - Csökkenő lebegőanyag-tartalom miatt visszaszorulnak a biológiai folyamatok - Önálló tiszítóberendezésként ipari vizeknél 14

15 Szitaszűrők 0,1-1,0 mm átmérőjű lebegőanyagok eltávolítására, elsősorban ipari szennyvizek kezelésére használják 15

16 Vibrációs szűrő Durva lebegőanyagok eltávolítására, fém szitaszövettel 0,5-5 mm lyukbőség, általában állattartó telepeken használják 16

17 Zárt uszadékfogó 1-3 mm szitaszövet, felszíni víz kezelésére, kismennyiségű lebegőanyag esetén 17

18 Dob- és szalagszűrők A szűrők anyaga fém vagy műanyagszövet, 0,3-5 mm-es lyukmérettel. A vízben élő plankton kiszűrésére mm átmérőjű mikroszűrő használatos. A szűrőt keretre feszítik, ezekből állítják össze a dob palástját (vagy csuklósan a szalagszűrőnél). Mire használják? Felszíni vizek, szennyvizek előtisztítására m 3 / nap vízhozam felett, nagy mennyiségű lebegőanyag-tartalom kiszűrésére, folyamatos üzemben, állandó vízszint esetén. Tisztítása vízzel vagy víztakarékosabb levegő-víz keverékkel történik. Vízzel történő tisztításának nagy vízigénye van (a szűrt víz mennyiségének 2-3 %-a). 18

19 Dobszűrő A szűrődobok 1,4-3,0 m átmérőjűek és szélességűek, de akár m-t is elérhetik. A dobszűrő 40%-a tekinthető hasznos felületnek, mivel a dob 2/3-a merül csak a vízszint alá. Hátrányuk: érzékenység a vízszintingadozásra, nagy építményigény. Nyersvíz-átemelő szivattyú után célszerű nyomás alatti zárt dobszűrőt alkalmazni, a szűrők itt kívülről befele szűrnek, teljesen vízbe merülnek, a tisztítás miatt működésük szakaszos. 19

20 Dobszűrő 20

21 Zárt dobszűrő 21

22 A dobszűrő dobja 22

23 Szalagszűrők Mire használják? Felszíni vízkivételnél, ahol a vízszintingadozás meghaladja a 1,5 m-t, szűrési teljesítmény kb m 3 / (m 2 h) A szita rozsdamentes fémből vagy műanyagból készült, lyukbősége 0,3 5 mm közötti. Csuklósan kapcsolódó szűrőkereteken helyezkedik el. 23

24 Szalagszűrők Hátrányai: Bonyolult felépítésű, a homokot is tartalmazó vízben, gyorsan kopnak az alkatrészei. A működő szitafelület és az összes felület aránya kicsi. 24

25 Szalagszűrők - általában belülről kifele szűrnek. - megvalósításuk költséges - Nagy vízszintingadozásnál is használhatók m 3 / m 2 h-es szűrési teljesítmény 25

26 Mire használják? Szövetes szűrők Víz- és szennyvíztisztításban, zagyok és iszapok víztelenítésére, a levegőtisztításnál a 10 mm-nél kisebb szemcseméretű porok kiszűrésére. Víztartalom csökkentésére Vákuumdobszűrők (előréteges, lefutóvásznas) Szűrőprések Nyomószűrők Szalagszűrőprések Porszűrésre Tömlős (zsákos) Táskás porszűrők (szívott vagy nyomás alatti működéssel) 26

27 Szövetes szűrők - vákuumdobszűrő 27

28 Szövetes szűrők - vákuumdobszűrő 75-80% víztartalmú iszap nyerhető 28

29 Szövetes szűrők - vákuumdobszűrő 29

30 Szövetes szűrők - vákuumdobszűrő 30

31 Vákuumdobszűrő 31

32 Vákuumdobszűrő 32

33 Szűrőprések, iszapprések Mire használják? Iszapok víztelenítésére alkalmazzák, szakaszos üzeműek. A kapott iszap 50-60%-os víztartalmú. Előny: nagy nyomással (10-20 bar) működtethetők, a prés üzeme nagy mértékben automatizálható Hátrány: szakaszos üzem, 3-8 óra ciklusidő és alacsonyabb szűrési teljesítmény: 5-15 kg / (m 2 h) 33

34 Szűrőprések, iszapprések 34

35 Szűrőprés működési elve 35

36 Szűrőprés 36

37 Keretes szűrőprés 37

38 Szűrőprések, iszapprések 38

39 A szalagszűrőprés Mire használják? Iszapok víztelenítésére alkalmazzák folyamatos üzeműek. A kapott iszap 75-80%-os víztartalmú. Előny: folyamatos üzem Hátrány: alacsony szűrési teljesítmény: 2-10 kg / (m 2 h), bonyolult felépítésű, precíz beállítást igényel A megfelelő hatékonysághoz az iszapot előbb kondicionálni kell (egyfajta derítés). Használt vegyszerek: Ca(OH) 2, FeSO 4, FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3, polielektrolitok. 39

40 A szalagszűrőprés 1. Gravitációs víztelenedés 2. Vákuum hatására bekövetkező víztelenedés 3. Elő préselési zóna 4. Második préselési zóna 5. Gyúrózóna A nyomóerő a szalagok feszességével szabályozható. 40

41 Szalagszűrőprés működési elv 41

42 Szalagszűrőprés 42

43 Szalagszűrőprés 43

44 A porszűrés Száraz gáztisztításra nagyon jó hatásfokkal alkalmazhatók a szövetes szűrők. A leválasztott porszemcsék átmérője: 0,1 10 mm A szűrőhatás több hatás eredményeként jön létre. Szűrőanyagok: Természetes és mesterséges anyagú szövetek, filcek Természetes szálak (gyapjú, gyapot): 100 C alatt Teflon-szálak, filcek: C-ig Szilikon és grafitréteg: C 44

45 Szűrőrétegvastagság Négyzetmétertömeg [kg/m 2 ] (tűzött filceknél) Porszűrés Szűrésre még nem használt pormentes szövetre adják meg és T=20 C-os, p=0,2 kpa nyomású levegőre Levegőáteresztő képesség Pórustérfogat annál nagyobb, minél több az elemi szál Fajlagos felületi terhelés (szűrési sebesség) Pórusméret [mm] m3 U f = V = A f m 2 h = m h Gázáramlás sebessége: m 3 / h Szűrési felület: m m / h között változik, a por minőségétől, koncentrációjától, eredetétől, jellemzőitől, szűrőanyagtól függően. 45

46 Porszűrés Hatékonyságuk: akár 99%, a megtisztított gázban 3-25 mg/m 3 portartalom! Nagyban meghatározza a szűrés hatásfokát a vivőgáz nedvességtartalma! A szűrőszövetek leválasztási hatékonyságát meghatározó tényezők Porszemcsék tulajdonságai Átmérő Alak Sűrűség Szemcseméret-eloszlás Szűrőréteg tulajdonságai Rostátmérő Porozitás Vastagság Vivőgáz tulajdonságai Hőmérséklet Nyomás Szűrési sebesség Nedvességtartalom 46

47 Porszűrés 47

48 Szűrés szemcsés anyagokon Olyan műveletek, melyekben lebegőanyag-tartalmú folyadékokat vagy portartalmú gázokat adott rétegvastagságú, szemcsés anyagból álló szűrőréteg(ek)en vezetjük keresztül. Cél: a lebegőanyag vagy a por elválasztása a folyadéktól/gáztól. Víztisztításban Szitaszűrés, homokfogás, ülepítés és derítés után Szennyvíztisztításban Biológiailag már tisztított szennyvizek utótisztítására Finom lebegőanyag-tartalmú, mechanikailag előkezelt vizeknél Ipari víz előkészítése során A csapadékos vízlágyítást követően Levegőtisztításban Magas hőmérsékletű ( C-os) portartalmú gázok tisztítására 48

49 Szűrés szemcsés anyagokon A kiszűrendő anyag tulajdonságainak megfelelően megfelelő szemcseméretű, anyagi tulajdonságú szemcsés szűrőanyagot kell kiválasztani. Mechnaikai, fizikai, fizikaikémiai szűrőhatás kavics, antracit (kiváló feketeszén) főképp mechanikai! aktív szén, homok kovaföld (SiO 2 ), perlit (vulkanikus kőzet) szilikagél (cipősdobozba szokták tenni, DO NOT EAT felirattal) Kémiai szűrőhatás magnezit (MgCO 3 ), mészkő (CaCO 3 ) FERMAGO (zsugorodásig égetett magnezit+kvarchomok) bedolgozott szűrőanyag (MnO 2 -vel bevont FERMAGO) ioncserélő műgyanta alkalmazásakor Biológiai szűrőhatás BAC-szűrő (biológiai aktív szénszűrő) komposztszűrő lassúszűrő 49

50 Szűrés szemcsés anyagokon Az áramló közegben a szemcsék hézagaiban a vízben lévő lebegőanyag, illetve a levegőben lévő porszemcsék fennakadhatnak, a szemcsék közötti üregekben (koaguláódnak, flokkulálódnak) leülepednek, a szemcsék felületén adszorbeálódhatnak. A már rögzült részecskék, illetve rétegek leválhatnak, a hézagrendszerben továbbvándorolhatnak. 50

51 Szűrés szemcsés anyagokon A szűrőanyag jellemzői Hatékony szemcseátmérő, d e Szűrőanyagok egy fő jellemzője A szemcseeloszlási görbe 10%-os értékéhez tartozó átmérő d e = d 10% mm Lassúszűrőknél: 0,25-0,35 mm Gyorsszűrőknél: 0,8-2,5 mm Egyenlőtlenségi tényező, U Minőségmutató Szemcseeloszlási görbe segítségével határozhatjuk meg A víztisztítási gyakorlatban az a jó szűrőanyag, amelynek a 90%-hoz (d 90% ) és a 10%-hoz (d 10% ) tartozó szemcseméret hányadosa kevesebb, mint 1,7. Tehát annál jobb a szűrőanyag, minél kisebb a legkisebb és legnagyobb szemcse átmérője közötti különbség. 51

52 Szűrés szemcsés anyagokon A szűrők és a szűrés jellemzői A szűrőréteg vastagsága, H sz A homokréteg (H h ) és támréteg (H t ) (pl. kavics) vastagságának összege. H sz = H h + H t A szűrőréteg hézagtérfogata, n Megmutatja a szűrőszemcsék közötti hézagok térfogatának és a szűrőanyag egységnyi térfogatára vonatkoztatott arányát ( 9-dikes gyakorlat, szemcsés anyagok vizsgálata, üveggyöngyözés!) n = V hézag V teljes = V teljes V anyag V teljes Szűrési sebesség, v sz nincs mértékegység Olyan fiktív (nem valós) sebesség, amelyet a szűrőt terhelő anyagáramra merőleges szűrőfelület hányadosaként kapunk. v sz = Q sz A sz mértékegysége m 3 m 2 h = m h Tényleges áramlási sebesség, v t A tényleges áramlási sebességet a tényleges átfolyási keresztmetszet ismeretében számolhatjuk ki. A szűrési sebességet le kell még osztani a szűrőréteg hézagtérfogatával (csak a hézagokon keresztül tud áramlani a közeg!) v t = v sz n = Q sz A sz n mértékegysége m 3 m 2 h = m h ugyanaz, mint a szűrési sebességnek. 52

53 Szűrés szemcsés anyagokon Nyomásveszteség a szűrőrétegekben és szűrőkben Szűrőellenállás: p 0 = g H 0 53

54 Szűrés szemcsés anyagokon Nyomásveszteség a szűrőrétegekben és szűrőkben A szűrőellenállás nagyobb Nagyobb a szűrési sebességnél Finomabb szemcséjű a szűrőanyag használatakor Vastagabb szűrőrétegnél Eltömődött szűrőnél Szűrőellenállás tiszta szűrőnél p 0 = g H 0 használt szűrőnél p t = g H 54

55 Szűrés szemcsés anyagokon Szűrésszabályozás Felvízszint emelkedik Felvízszint állandó A növekvő felvízszint hidrosztatikus nyomása biztosítja az állandó szűrési sebességet Elfolyási oldalon történik a szabályzás, szifonnal, tolózárral csökkentik az alvíz szintjét. Folyamatos üzemben célszerű állandó vízhozamú szűrést alkalmazni. A szűrés előrehaladtával a szűrési sebesség csökken, mivel a szűrés keresztmetszete az eltömődés miatt szűkül. Gondoljunk csak a laborban végzett szűréseinkre! Eleinte a szűrendő folyadék gyorsan folyik a főzőpohárba, a végén már sokkal lassabban! 55

56 Szűrés szemcsés anyagokon Szűrésszabályozás 56

57 Szűrés szemcsés anyagokon Szűrők üzeme A lebegőanyagok eltömik a szemcsés anyagú szűrőt, melyet víz- és levegőöblítéssel tisztítanak. Az öblítővíz mennyisége a szűrt víz 3-4%-a, a vízigény levegő alkalmazásával csökkenthető (lásd: dobszűrők). A tisztítást a lebegőanyag-koncentráció és a szűrési ellenállás H 0 ismeretében végzik el. H 0 Szűrőellenállás tiszta szűrőnél H határ Megengedett szűrőellenállás határ Áttörési pont, konc. t 1 Áttörési idő Eltömődési idő t 2 A t 1 csökkenthető, amennyiben a szűrésellenállást csökkentjük. (nehezebben jut át a szennyezés a szűrőn, kisebb nyomásnál)! A t 2 csökkenthető, amennyiben a szűrésellenállást növeljük. (gyorsabban eltömődik a szűrő) Gyakorlatban: t 1 < t 2 Optimális lenne: t 1 = t 2 57

58 Szűrés szemcsés anyagokon Szűrőberendezések rendszerezése Nyomásviszonyok alapján Szűrési sebesség alapján Kialakítás szerint Nyitott (gravitációs) Zárt (nyomás alatti) Lassúszűrők 0,05 1 m/h Gyorsszűrők nyitott: 1-10 m/h zárt: 5-15 m/h Szuper gyorsszűrők >15 m/h Egyszerű, egy- vagy többrétegű Előszűrős Kettős Nyitott gyorsszűrők Monolit vasbeton műtárgyak, m 2 vízszintes egyenkénti szűrőfelülettel. Zárt gyorsszűrők Henger alakú, álló vagy fekvő fémtartályok, átmérőjük 1-5 m, szűrőfelületük 1-20 m 2. Szűrőanyag szemcseátmérője lassúszűrőknél 0,3-0,6 mm, gyorsszűrőknél 1,0-2,5 mm. 58

59 Szűrés szemcsés anyagokon Lassúszűrő Nyitott és fedett kivitelben is készülnek, nagy felületű műtárgyak Előkezelt felszíni vizek utótisztítására használják. 0,80-1,20 m vastagságú szűrőhomok 1-3 cm-én biológiai hártya alakul ki, ami a szag- és ízrontó anyagokat, mikroszennyezőket hatékonyan kiszűri. A szűrő feletti vízréteg legalább 1 m, a szűrőellenállás 0,1 bar. A lassúszűrőt nem mossák. Az eltömődött felső szűrőréteget szívatják le, 0,6 m vastagságig, majd újra feltöltik. Szűrési periódus 1 év. 59

60 Szűrés szemcsés anyagokon Változó (emelkedő) szintű gyorsszűrő Nyitott kivitelű, nagy mélységű szűrők (a vízszintemelkedés miatt) Mosáskor nagy mennyiségű, már előkezelt vizet kell leengedni az öblítővályú szintjéig. Kis mennyiségű felszíni vizek tisztítására, valamint vas- és mangántalanításra használják. 60

61 Szűrés szemcsés anyagokon Állandó szintű gyorsszűrők Leggyakrabban használt gravitációs üzemű szűrő. Felszíni és felszín alatti vizek tisztítására egy-vagy kétrétegű szűrőréteg-kialakításban cm-es felső antracit réteg, 2-4 mm-es szemcseátmérővel Alsó réteg 1,3-1,8 mm szemcseátmérőjű homok (jóval kisebb átmérő, ezért mosatáskor ők kerülnek újra alulra) - Szűrőanyag szemcseátmérője: 0,8-1,2 mm, rétegvastagság: 1,0-1,5 m - Szűrőréteg feletti vízborítás: 0,15 m - Szabályozás: úszós vízszintérzékelővel, tolózáras szabályzással vagy szifonnal - Szűrési periódus: óra, mindenképpen mosatják, ha nem is tömődik el, mert a összetömődik a szűrőanyag, járatok keletkeznek, romlik a szűrlet minősége. 61

62 Szűrés szemcsés anyagokon Állandó szintű gyorsszűrők Öblítés vízzel és levegővel 1-2 perces vízzel történő szűrőanyag-fellazítás 5 perces levegővel történő rázatás, kevés öblítővízzel perces vizes öblítés Előszűrletvétel, üzembe állítás 62

63 Szűrés szemcsés anyagokon Zárt gyorsszűrő Az egyszerű egyrétegű szűrő A derített felszíni vizek továbbkezelésére szolgál, illetve a már lágyított víz utószűrésére, vas- és mangántalanításkor alkalmazzák. 63

64 Szűrés szemcsés anyagokon Zárt gyorsszűrő Előszűrős gyorsszűrő Elsősorban vas- és mangántalanításra használják, de alkalmazható kis lebegőanyag-tartalmú felszíni vizek kezelésére is, ebben az esetben a felső szűrőréteg a nagyméretű lebegőanyagok (előszűrés), az alsó szűrőréteg a finom lebegőanyag kiszűrésére szolgál. Vas- és mangántalanítás esetén Felső réteg: homok vagy fermágó, 2-3 mm-es szemcseátmérővel 1,6-1,8 m rétegvastagságban alkalmazva. A Fe(OH) 3 (vas(iii)-hidroxid) kiszűrésére szolgál. Alsó réteg: bedolgozott fermágó (MnO 2 -vel bevont), homok, 1-2 mm-es szemcseátmérővel 1,3-1,4 m rétegvastagságban alkalmazva. A mangán(ii)-ionok oxidációját és a keletkezett OH - csapadék kiszűrését végzi. A fermágó szűrőanyag a víz agresszív CO 2 -tartalmát is megköti. 64

65 Szűrés szemcsés anyagokon Fekvő gyorsszűrő Előnye: a fekvő pozíció alkalmazásával a szűrőfelületet lehet növelni, illetve az építmény magasságát csökkenteni. Megfelelő hőszigeteléssel csak a kezelőszerveket kell zárt építménybe helyezni, így biztosítva a 3-5 C-okot. Vas- és mangántalanításra és derített felszíni vizek szűrésére alkalmazzák. 65

66 Szűrés szemcsés anyagokon Levegőtisztítás Nyugvóágyas por homokszűrő A durvább porok kiszűrésére 1-10 mm ömlesztett, finomabb porok leválasztásához szitált 3-5 mm alatti szemcseméretű homokot választanak. A homokágy magassága 0,2 1,8 m, a szűrési sebesség m / h. Az eltömődött szűrő tisztítása ellenáramú levegővel történik, álló vagy bolygatott (felrázott) állapotban. 66