SZŰRÉS Szuszpenziók szétválasztására szolgáló művelet, amelyben a folyadékból a szilárd részecskéket lyukacsos test (vagy porózus halmaz) a szűrőközeg segítségével választjuk el. Az átfolyó (megtisztított) folyadék a szűrlet, a szűrőn fennmaradó anyag a szüredék vagy iszaplepény. 1. Szitahatás: a szűrőközeg nyílásméreténél nagyobb méretű részecskék a szűrőközegen nem tudnak átjutni. 2. A szemcsék a szűrőközeg zeg-zugos járataiban, holt tereiben is megkötődhetnek. 3. A szűrendő szemcsék a szűrőanyaghoz tapadva kötődnek meg.

A szűrés megoldási lehetőségei: rácsok sziták Felületi szűrők Mélységi szűrők Prés- típusú szűrők Membránt alkalmazó szűrők – membrán eljárások

ε ε0 Δp τSZŰRÉS τSZŰRÉS Felületi szűrők Mélységi szűrők Szuszpenzió homokréteg iszaplepény Szűrlet(filtrát) Szűrlet(filtrát) τSZŰRÉS ε τSZŰRÉS ε0

iszaplepény Δp Felületi szűrők A folyadék a gravitáció, vagy centrifugális erőtér hatására áramlik ( „hajtóerő” ) A kiszűrt iszap folyamatosan növekedő iszapréteget alkot Szűrőanyag (megtámasztás)

ε0 ετ Mélységi szűrők Szuszpenzió homokréteg filtrát szüredék A szűrőréteg, ( szemcsés halmaz ) folyadék számára átjárható pórusaiban, „hézagterében” kiváló szüredék az eredeti porozitást ε0 folyamatosan csökkenti ετ .

D[%] A szűrés „kéttermékes” művelet D (dSZEMCSE) = P (dSZEMCSE >dSZŰRŐ NYÍLÁSMÉRETE ) D[%] feladás szürlet iszap dSZEMCSE 100 dNYÍLÁS

Felületi szűrés Szemcsés halmazon történő fluidum átáramlás leírása – a már megismert – Carman-Kozeny összefüggéssel: vSZ : a szűrés sebessége, (szűrési sebesség) li : az iszaplepény vastagsága Δp : szűrési nyomás ( különbség )

A vsz Szűrendő közeg (szuszpenzió) iszaplepény Δp li iszaplepény Szűrőanyag (szűrőszövet) szűrőfelület A vsz szűrlet V: a „ô” szűrési idő alatt keletkező filtrát térfogat

K[m2] : permeabilitás D’Arcy-féle összefüggés (1856):

vSZ K[m2] : permeabilitás meghatározható méréssel: elméleti li, η : állandó elméleti vSZ gyakorlat K => tgα nem független Δp – től, mert az iszap a növekvő szűrési nyomás hatására: összenyomódik, tömörödik (szemcsealak!) => áteresztőképessége csökken a szemcsék bemosódnak, átrendeződnek a tapadó nedvesség csökken

Ha nem nőne,(állandó lenne) az iszaplepény vastagsága és a szűrési nyomás; tiszta folyadék átáramlása esetén a „szűrési” (átáramlási) sebesség is állandó lenne: A szűrési teljesítmény: is állandó.

Felületi szűrés => növekvő , változó iszaplelepény => csökkenő szűrési teljesítmény => a szűrés differenciálegyenlete:

A szűrés során változhatnak ( η=áll.) Az összefüggés felhasználható, megoldható, ha: Δp, és K állandó és K állandó K változó (csökken) – mélységi szűrés

A szűrés során a szűrési nyomást Δp állandó értéken tartjuk, (a permeabilitást is állandónak tekinjük: K = áll , ) : Δp Δp állandó A jelenség oka:

állandó A szűrés során változik! Bevezetjük a szűrési ellenállást „R”

? ? R = RISZAP + RSZŰRŐANYAG RI = a.li (1) RISZAP = f ( li ) ! Növekvő iszaplepény vastagság! RI = a.li a : egységnyi, 1m magasságú iszapréteg ellenállása li = f (τ) ! ?

? li = f (τ) ! Anyagmérleg a kivált iszap térfogatára: li . A = V. x0 x0 : 1m3 szűrlethez tartozó kiszűrt iszaptérfogat Behelyettesítés (1) RI = a.li összefüggésbe; az iszapellenállás:

Hasonló gondolatmenettel a szűrőanyagra:(2) RSZŰRŐANYAG = a.lEGYENÉRTÉKŰ VE : egyenértékű filtráttérfogat,melynek átszűrésekor keletkező iszapréteg ellenállása azonos a szűrőanyag ellenállásával. A szűrőanyag ellenállása:

R = RISZAP + RSZŰRŐANYAG A szűrési ellenállás ( R ) : „R” értékét a differenciálegyenletbe behelyettesítve:

A differenciálegyenlet: Behelyettesítve:

A differenciálegyenlet megoldása :

Az összefüggés: V = f (τ ) Felhasználható pl. Vm3 filtrát előállításához szükséges szűrési idő kiszámításához. Szűrési állandó: C [1/m2]

Az összefüggés csak akkor használható, ha VE ,és C értékét méréssel határozzuk meg. (Lásd Praktikum –II.)

2. Szűrés állandó szűrési teljesítmény ( ) esetén Szűrés vége Δp Szűrés kezdete

A differenciálegyenlet ebben az esetben:

A szűrési idő: Összehasonlítva a Δp állandó esettel, a szűrési idő, ~kétszeresére növekedik.

τMELLÉKIDŐ : a szűrő tisztítása; szét- összeszerelés, regenerálás Az optimális szűrési idő meghatározása Δp = állandó esetén: A szűrlet időbeli változása V[m3] V τ τM τOPTIMÁLIS τMELLÉKIDŐ : a szűrő tisztítása; szét- összeszerelés, regenerálás

Szűrőanyagok segédanyagok szűrők -Kovaföld (diatómaföld): Tisztaság, egyenletes szemcseeloszlás, semleges kémhatás -perlit (AL-szilikátok), bentonit (pórusos) -szűrőszén (adsz.!), celulóz, faliszt, azbeszt? -koaguláló és flokkulálószerek -szövetek: -nemezelt anyagok -porózus merev anyagok -szemcsés halmazok -szűrőmasszák

szűrők -szövetek: a szűrési tulajdonságait meghatározzák Anyaga: pamut, gyapjú, műszál, üveg, fém, azbeszt? Szálfinomság [m/g] A szövés típusa:

A szövés módjának befolyása a szűrésre:

Előréteg Bekeverés

Δp Δp állandó

Δp állandó Δp Közvetlen szivattyúról üzemeltetett szűrő

a a0 Az iszaplepény összenyomhatósága: Iszapellenállás ( „a” ) - ? - szűrési nyomás (Δp) Δp a a0 Összenyomható iszaplepény Ideális, „összenyomhatatlan iszap” Ha „a” növekedik, „C” is nő, => τSZ is nő, a szűrés esetleg – gyakorlatilag - lehetetlenné válik.<= adalékok (ráiszapolás)

n a a0 Összenyomhatósági tényező kovaföld 0,1 ferrihidroxid 0,8 Δp a a0 Összenyomható iszaplepény Közelítő függvény: Összenyomhatósági tényező n kovaföld 0,1 ferrihidroxid 0,8

Szakaszos üzemű szűrők 1. Szűrőkádak (Nuccsok) Szűrlet Vákuum iszap

szűrőgyertya 2. Gyertyás szűrők Anyaguk pl: -lyukacsos kerámia -szinterfém -fémsziták -műanyagok -stb Szűrés „kívülről befelé” Tisztítás ellenáramban

Gyertyás szűrő: SZŰRŐGYERTYÁK szuszpenzió iszap Tisztítás: ellenáramú mosás szűrlet

A ráiszapoló szűrés jellegzetes üzemi folyamatai: Tisztítás Ráiszapolás, szűrőanyag képzés (pl. kovaföld )

3. Táskás szűrők (nyomószűrők) : Kis iszaptartalmú folyadékok szűrésére „táska szerű” szűrőelemek ( párhuzamos kapcsolás, nagy szűrőfelület kis térfogatban) Nyomásálló ház A nedves iszapeltávolítás lehetséges beépített fúvókasorral is

Szűrletgyűjtő csatorna szitaszövet Alátámasztó drótháló iszaplepény szűrlet

-Vízszintes szűrőelemek -”félfolyamatos „ üzem -könnyen automatizálható

4. Szűrőprések: (lásd praktikum) Párhuzamosan kapcsolt szűrőelemek, szakaszos üzem. Az iszaptér kialakításától függően Keretes ~ : Nagyobb iszaptér Nagyobb szárazanyag tartalmú szuszpenzióra Kamrás ~ : Kis iszaptér Híg szuszpenziókra

Kamrás szűrőprések: szűrőlapok iszap szűrőkendő szuszpenzió szűrlet

Szűrőlap:

Kertes szűrőprések: Keret szűrőlap iszap szűrőkendő szuszpenzió szűrlet

Keretes szűrőprés

Legelterjedtebbek: forgódobos cellás vákuumdobszűrők

Folyamatos szűrők: Dobszűrők