Hidrológiai Közlöny 1980 (60. évfolyam)

6. szám - Dr. Öllős Géza–dr. Mészáros Gábor: A gyorsszűrés folyamatairól

238 Hidrológiai Közlöny 1980. 6. Sz:. br. öllős G.—dr. Mészáros G.: A gyorsszűrés folyamatairól 2. A gyorsszűrés mechanizmusa A szűrést három fő mechanizmus alakítja [8,20]: — a szállító (transzport), — a rögzítő (adszorpciós) és — a leválást (deszorpciót) előidéző mechanizmus. A szállító mechanizmus a kiszűrendő részecskéket a szűrő hézagterébe ill. azon keresztül mozgatja, miközben a részecskék a szűrőszemcse felületéhez, avagy a már előzőleg kiszűrődött részecskék felületéhez nagyon közel kerülnek. így a részecskék rögzülése lehetővé válik. A leválási mechanizmust a folyadékmozgás hidrodinamikai hatásai idézik elő, miáltal a gyengébben rögzült részecskék újra mozgásba kerülnek, a szűrő mélyebb részébe jutnak, vagy a szűrőrétegen átjutnak. 2.1. A szállító (transzport) mechanizmuson belül a befogás (I'), a diffúzió (P), az inercia (M), az ülepedés (G ) és a hidrodinamikai (Be) hatások különböztethetők meg (2. ábra). A szűrőrétegben a szűrendő anyagok áramvonal menti koncentrációjának változása (dC/dl), tehát a szűrés hatékonysága is elsősorban az előző hatásokat kifejező paraméterektől függ: d G Az dl =f(I',P, M, G', Re). (2) (3) 3 TI fievd vd fc'T D (4) a diffúzió- mechanizmust kifejező dimenziónélküli Peclet-szám. v az átlagos szűrési sebesség, k' a Boltzmann-féle állandó, T az abszolút hőmérséklet, D — kTf^nixe a diffúziós tényező. Ez a diffúzió mechanizmus elsősorban az e<l,um átmérőjű, Erós Gyenge 0,1 1 _ 10 Részecske átmérő [/um] vagyis a Brown mozgás uralma alatt álló, nagyon finom, szabálytalan pályán haladó részecskéket juttatja el a szűrőszemcse felületének közvetlen közelébe. Az Mq —,e

2vl9 fid (5) az inercia paraméter. Itt g

s a részecske sűrűsége. A hézagrendszerben a folyadékkal együtt haladóm tömegű anyagi részecske, ha mozgási sebessége nagy, az inercia erő miatt lehetőleg egyenesvonalú pályán igyekszik mozogni. így a részecske az áramvonalak metszése közben a szűrőszemcse felületéhez szállítódik. G' (Q»~e)ffe

2 18 fiv (6) az ülepedési paraméter. Itt p a víz sűrűsége. Ez esetben a nagyobb méretű mozgó részecskék elsősorban a gravitáció hatása alatt igyekeznek mozogni, közben metszik az áramvonalakat, végiilis a szűrőszemc.B" felületéhez ütközhetnek. A Be— dv (7) & befogási paraméter. Itt e a lebegőanyag részecske átmérője, d a mértékadó szűrőszemcse átmérője. A folyamatot egyszerűsítve, a paraméter azt fejezi ki, hogy a szűrőszemcse felületétől e/2 távolságban lévő áramvonalon haladó részecske az érintkezésnél megnyilvánuló adhézió következtében — várhatóan — a szemcsefelületen befogódik. A 3. ábra. A transzport hatékonysága és> a szuszpendált részecske átmérője közötti kapcsolat Puc. 3. Cen3b Mevcdy acJjrfieKmueiiocmbw mpaHcnopma u pa3MepaMU cycnendupyeMbix nacmui) Abb. 3. Zusammenhang zwischen Wirksamkeit des Transports und Durchmesser der suspendierten Partikel Reynolds-szám a hidrodinamikai hatásokat fejezi ki. Ez azt jelenti, hogy egyes, elsősorban a nagyobb méretű részecskék, a folyadéktérbeli sebesség-gradiens, alakjuk gömbtől való eltérése, esetleges deformálódásuk miatt forgó mozgást is végeznek, közben az áramvonalakat metszve a szemcse felületéhez jutnak. A Re-szám növekedése bizonyos határon túl, azonban már nem jelenti a szűrés hatékonyságának növekedését. Az előzőleg vázolt hatások természetesen nem külön-külön, hanem egyidejűleg jelentkeznek. Az, hogy melyik szállítási mechanizmus hatása az uralkodó és, hogy ez a szűrés hatékonyságát miként befolyásolja, az a részecskék méretétől és méreteloszlásától függ. Yao szerint [6, 23] a szűrő hatékonysága kb. az 1 ym szuszpendált részecske átmérőjénél minimális (3. ábra), mivel az ilyen nagyságrendű részecske a diffúzió szempontjából már nagy, de az ülepedés és a befogás szempontjából viszont még kicsiny. Az 1 //m-nél nagyobb szuszpendált részecskék az ülepedési és / vagy a befogási transzport mechanizmus, vagyis a gravitációs és tehetetlenségi erők uralkodó hatása alatt állnak. Az 1 /jm-nél kisebb szuszpendált részecske tartományban a szűrés hatékonysága a részecske átmérő csökkenésével nő, a diffúzió hatása egyre dominálóbbá válik. 2.2. A rögzítő mechanizmus. Amint a részecskék a szűrőszemcsék felületét, vagy az azokon előzőleg már rögzült részecskék felületét megközelítik, a rögzítő mechanizmus veszi át a fő szerepet, amelyet általában a fizikai-kémiai és molekuláris erőknek tulajdonítanak. A részecskék gyakran molekuláris hidak révén rögzülnek. A hatékony rögzülés érdekében az adagolt polimer optimális mennyiségének meghatározása nagyon fontos. Ha a homokszűrő hatékonysága elégtelen, jelentős javulás érhető el a szűrőanyag kémiai sajátosságainak változtatásával (optimális koaguláns adag biztosítá-