5. Víztisztítás szűréssel

Az emberi élet szempontjából leginkább limitáló tényezőnek a tiszta ivóvizet tekinthetjük. A diákok a tanulmányaik során több tantárgy keretében megismerkednek a víz élettani folyamatokban betöltött szerepével, a víz földi körforgásának jelentőségével és az ezt megzavaró tényezőkkel. A mindennapi életük során szembesülhetnek az ivóvíz minőségi problémákkal (pl.: Dél-alföldi arzénos ivóvíz), illetve a nem érintett településen lévők egyre többet hallhatnak a médiában a vízszennyezésekről és a szennyvízkezelés problémáiról.

Az utóbbi évtizedekben, a középiskolában több tantárgy oktatása során, különböző aspektusokból és mélységben, a diákok kapnak információkat a vízszennyező anyagokról és ezek hatásairól. A víztisztítási eljárások, és ezen belül a szűrési eljárás vizsgálata során, elsősorban az eddigi fizikai és kémiai ismeretekre alapozva, a diákok egy olyan aktuális környezetvédelmi probléma megoldásán dolgozhatnak, amellyel szinte minden ágazatban dolgozó mérnökök szembesülnek napi tevékenységük során. A virtuális szakkör során a kísérlet eredménye jól nyomon követhető, a víz szennyezőanyagoktól való megtisztulása „látványos” eredménnyel jár.

Gyakorlat célja

A megadott koncentrációjú szuszpenzió szűrési indexének meghatározása, a szűrés optimalizálása az szűrési index alapján.

A gyakorlat elméleti háttere

A mélységi szűrők LINK apró, szemcsés anyaggal töltött oszlopok. Jellemző tulajdonságuk, hogy a szűrőközeg részecskéi (LINK  között kialakuló „csatornák” átmérője általában nagyobb a vízből eltávolítandó lebegő és kolloidális szennyezőanyag méreténél. A töltet legtöbbször többrétegű, amelyben eltérő nagyságú és sűrűségű szűrőanyagokat helyezhetnek el. A töltet anyaga antracit, homok, kőzúzalék, kavics vagy nagy fajlagos felületű zeolit is lehet. A részecske kötődése a szűrőágyhoz a következő folyamatok során megy végbe: a részecske transzportja a kötődés helyéhez, majd a részecske és a szűrőanyag közötti kötőerők létrejötte. A szűrők üzemét jellemző két legfontosabb paraméter az eltömődés következtében fellépő hidraulikai nyomásesés () és az elfolyó vízben lévő szennyezőanyagok koncentrációja. Mindkét paraméter erősen időfüggő. A legegyszerűbb üzemvitelben a két paraméter adott idő elteltével beálló értékeit tekintjük optimumnak tisztítási és üzemviteli szempontból is. Megjegyzendő, hogy ez nem feltétlenül azonos a gazdaságilag legkedvezőbb paraméterekkel, azonban a szennyvíztisztítás során a szűrést megelőző és döntő jelentőségű művelet a víz vegyszeres előkezelése (koagulálás LINK, flokkulálás), illetve ennek optimalizálása. Ez egyszerűen megoldható az ún. szűrési (vagy szűrhetőségi) index mérésével.
Egy szuszpenzió akkor szűrhető jól, ha gyorsan áthalad a porózus közegen, miközben a szűrőközegen csak kismértékű eltömődést okoz. A közeg eltömődése a permeabilitás (áteresztőképesség) csökkenésében mutatkozik meg, ekkor nő a nyomásesés.  Abban az esetben, ha a szűrőágy állandó felülettel rendelkezik a szűrési index a következő képlettel határozható meg:

ahol a szűrlet (átlag), pedig a kiindulási szuszpenzióra jellemző mennyiség, (koncentráció, zavarosság érték, stb), v a lineáris áramlási sebesség [m/s], a szűrési idő [s], a szűrési nyomásesés [Pa]

A szűrhetőség jó, ha a szűrési index kicsi, tehát kicsi a nyomásesés (a szűrő ellenállása, azaz eltömődöttsége), kicsi a szűrlet koncentrációja, és nagy a térfogatáram.

Próbáljon válaszolni az ellenőrző kérdésekre. Amennyiben nem tud, vagy nem biztos a válaszban olvassa el a leírást, illetve nézze meg újra a kisfilmet.

  • • Milyen típusú szennyezőanyagok fordulhatnak elő a vizekben?
  • • Mi a célja a szűrési eljárásoknak?
  • • A víz melyik fizikai jellemzői és hogyan hatnak a szűrési folyamatra?
  • • A szűrőközegek mely paraméterei gyakorolnak hatást a tisztítási hatásfokra?
  • • Milyen egyszerű módszerekkel jellemezhetjük a vizek tisztaságát és a szűrőberendezések tisztítási hatásfokát?