Kiedy Następuje Filtracja: Co To Jest i Jak Działa?
- Szczegóły
Filtracja, znana również jako sączenie, to proces separacji, który polega na oddzielaniu cząstek stałych od cieczy lub gazów przy użyciu porowatej przegrody - filtra. Proces filtracji polega na oddzieleniu cieczy lub gazu od filtrowanych części stałych.
Rodzaje Filtracji
Istnieje wiele rodzajów filtracji, a metoda filtrowania zależy od tego, co ma być przefiltrowane:
- Filtracja ogólna: Polega na oczyszczaniu zawiesiny przy wykorzystaniu grawitacji.
- Filtracja próżniowa: Polega na zasysaniu filtrowanego płynu przez specjalnie do tego przeznaczony filtr.
- Filtracja metodą na zimno: Ma za zadanie szybkie schłodzenie filtrowanej cieczy, na przykład w łaźni lodowej.
- Filtracja plackowa: Metoda separacji cząstek ciała stałego z cieczy, pozwalająca osiągać najniższe wartości resztkowej wilgotności substancji stałej.
Filtracja Plackowa: Szczegółowe Omówienie
Spośród wszystkich procesów mechanicznej separacji cząstek ciała stałego z cieczy, metodę filtracji plackowej wyróżnia szeroka gama oferowanych możliwości fizycznych i chemicznych. Dodatkowo, filtracja plackowa spośród rozwiązań wykorzystujących metody mechaniczne do rozdziału faz ciało stałe-ciecz jest metodą pozwalającą osiągać najniższe wartości resztkowej wilgotności substancji stałej.
Siłę napędową procesu filtracji plackowej mogą pełnić różne rodzaje ciśnień: hydrostatyczne, odśrodkowe, mechaniczne, hydrauliczne lub różnica ciśnień gazu. Po etapie uformowania, w ramach czynności kończących proces filtracji, placek filtracyjny może być przemyty lub osuszony.
Materiały Filtracyjne w Filtracji Plackowej
W przypadku filtracji plackowej, oddzielona substancja stała osadza się na całkowitym polu przekroju materiału filtracyjnego. Dopóki placek filtracyjny nie zostanie do końca uformowany, materiał filtracyjny spełnia bardzo istotną rolę. W początkowej fazie filtracyjnej ma on decydujący wpływ na zatrzymanie cząstek, narastanie placka i przepływ objętościowy filtratu. W dalszym etapie filtracji ważniejszą rolę przy separacji cząstek zaczyna pełnić placek filtracyjny, natomiast materiał filtracyjny jest tylko jego nośnikiem. W tej części procesu wpływ placka filtracyjnego na przepływ filtratu jest dominujący.
Przeczytaj także: Definicja filtracji w elektrotechnice
Oczekiwania stawiane procesowi separacji na tkaninie filtracyjnej znacznie różnią się między sobą, dlatego bardzo ważnym problemem staje się proces optymalizacji procesu. Należy rozważyć wymagania procesowe i własności materiałów filtracyjnych i starać się znaleźć między nimi pewną równowagę.
Tkaniny Filtracyjne
Tkaniny są stosowane przy rozdzielaniu cząstek o rozmiarach powyżej 1 μm. Tkaniny produkowane są przy wykorzystaniu różnych kombinacji splotów krzyżowych między nićmi wątku a nićmi osnowy. Wyróżnia się przędze z włókna pojedynczego i przędze wielowłókienkowe, jak również przędze z włókien odcinkowych. Tkaniny różnią się między sobą, głównie w zakresie własności dotyczących przepływu, separacji, usuwania placka i oczyszczania. Istnieją tak zwane metody udoskonalające do dalszej poprawy własności filtracyjnych tkanin.
Tkaniny z przędzy z pojedynczych włókien mają względnie gładką powierzchnię, która pozwala na łatwiejsze formowanie placka niż w przypadku zastosowania tkanin z przędzy wielowłókienkowej. Tkaniny wielowarstwowe są projektowane i dobierane w taki sposób, że najniższa warstwa (po stronie przepływu) pełni funkcję decyzyjną w kwestii transmisji energii (np. w filtrze taśmowym) oraz efektach odprowadzania cieczy podczas wypływu filtratu, podczas gdy pierwsza warstwa zasadniczo decyduje o przebiegu filtracji. Materiały są dostępne w postaci metalicznej (półki sitowe) oraz jako włókna sztuczne bądź naturalne.
Włókniny Filtracyjne
Włókniny produkowane są poprzez sklejanie lub sczepianie włókien tekstylnych. Są one zwykle wysoce porowate. Koszty produkcji są względnie niskie. Bardziej wytrzymałe włókniny mogą być uzyskane przez osadzenie dodatkowych nici lub tkanin (włókniny wzmocnione). Włókniny mogą być również retrospektywnie ulepszone. Zasadność stosowania filcu igłowego dla potrzeb filtracji plackowej została potwierdzona testami i uzyskana w trakcie badań. Membrany do mikrofiltracji rozdzielają cząstki o rozmiarach z zakresu 0.05 do 5 μm. W połączeniu z mechanicznym odwilżaniem placków filtracyjnych, ich stosowanie jest również polecane w procesach filtracji plackowej.
Parametry Materiałów Filtracyjnych
W celu scharakteryzowania materiału filtracyjnego określane są różne parametry. Tkaniny są charakteryzowane głównie przez cechy mierzalne, czyli gramaturę (g/m2), grubość tkaniny, przenikalność powietrza przy określonych różnicach ciśnień, największą siłę rozciągającą i odkształcenie, oraz objętość porów. Aby dane medium mogło zostać zastosowane jako materiał filtrujący, dodatkowo ustalone są parametry związane z filtracją, takie jak opór materiału, ciśnienie punktu wrzenia dla określenia maksymalnego rozmiaru porów oraz krzywej separacji cząstek.
Przeczytaj także: Jak rozpoznać twardą wodę?
Wpływ Właściwości Powierzchniowych
Dla odpowiednio cienkich porów, właściwości powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej mogą wpływać na zachowanie się materiału filtracyjnego podczas obciążania go cieczą. Materiał filtracyjny z powierzchnią hydrofobową oraz wąskimi porami jest początkowo poddawany perfuzji powyżej ciśnienia nawilżenia. W innych przypadkach, do początkowego przepłukiwania całkowicie nawilżonej tkaniny przez ciecz powyżej ciśnienia nasycenia może służyć powietrze. Wyróżnia się pojęcia: zachowania zwilżającego i niezwilżającego. Wiele polimerów ma niską zwilżalność wobec wody. Dodatkowa modyfikacja powierzchni może w bardzo dużym stopniu zmienić jej własności zwilżające.
Zastosowania Filtracji
Filtracja znajduje szerokie zastosowanie. W motoryzacji i przemyśle maszynowym filtruje się olej hydrauliczny, przekładniowy oraz paliwo. W systemach klimatyzacyjnych filtry powietrza zatrzymują kurz i alergeny. W akwarystyce? Przykładowo parzenie kawy to proces, który polega na przepuszczaniu wrzątku przez zmielone ziarna kawy w celu uzyskania filtratu. System filtracyjny to również system obecny w nerkach.
Przykłady Zastosowania Filtracji
- Motoryzacja i przemysł maszynowy: Filtracja oleju hydraulicznego, przekładniowego i paliwa.
- Systemy klimatyzacyjne: Filtry powietrza zatrzymujące kurz i alergeny.
- Akwarystyka: Utrzymanie czystości wody.
- Przemysł spożywczy: Parzenie kawy.
- Medycyna: Filtracja krwi w nerkach (i dializy).
Oddzielanie Osadu od Roztworu
Otrzymujemy osad wodorotlenku miedzi(II), więc następnym krokiem będzie oddzielenie go od roztworu.
- Sączenie (Filtracja): Metoda fizycznego oddzielenia osadu od roztworu z użyciem porowatego materiału.
- Dekantacja: Zlanie cieczy znad osadu po jego opadnięciu na dno.
- Wirowanie: Rozdzielenie zawiesiny przy użyciu wirówki laboratoryjnej.
Porównanie Metod Rozdziału Osadu
| Metoda rozdziału | Właściwości osadu | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Sączenie | Substancje, które różnią się stanem skupienia i wielkością cząstek. | Oczyszczanie wody w miejskich wodociągach. |
| Dekantacja | Substancje, które różnią się stanem skupienia i gęstością - łatwo opadające na dno. | Oddzielanie osadów w miejskich wodociągach, który zazwyczaj poprzedza proces sączenia. |
| Wirowanie | Substancje, które różnią się stanem skupienia, trudno opadające na dno - nieróżniące się gęstością. | Analiza małych ilości próbek w laboratorium chemicznym, biochemicznym. |
Automatyzacja Filtracji
Automatyzacja rewolucjonizuje technologie filtracyjne. Ważną funkcję pełnią sterowniki PLC (Programmable Logic Controllers), które monitorują i regulują parametry procesu w czasie rzeczywistym. Zautomatyzowane systemy filtracji stały się standardem w wielu gałęziach przemysłu, gdzie zapewniają niezawodność i ciągłość procesów.
Filtracja Wody w Oczkach Wodnych
W naturalnych stawach i jeziorach najważniejsze funkcje oczyszczające pełnią głównie rośliny strefy bagiennej. W przydomowych oczkach wodnych najczęściej występuje brak równowagi biologicznej, spowodowany zbyt dużą liczbą ryb i zbyt małą ilością roślin lub ich nieodpowiednim doborem gatunkowym. Konieczne będzie zainstalowanie pompy oraz filtra biologicznego, w którym zachodzą procesy oczyszczania identyczne jak w naturalnym zbiorniku, tzn. rozkład związków azotu przez bakterie na złożu biologicznym.
Przeczytaj także: Wpływ wody gazowanej na dzieci
Wybór Filtra do Oczka Wodnego
Filtr powinien mieć przepustowość co najmniej taką, by w ciągu doby cała woda z sadzawki przepłynęła przez niego 3-4 razy. Wstępne oczyszczanie mechaniczne wody ze stawu w takim filtrze następuje na dwóch warstwach różnej gęstości specjalnej gąbki filtracyjnej. Właściwe oczyszczanie biologiczne odbywa się podczas przepływu wody przez zespół złóż aktywnych.
- węgiel aktywny
- zeolit
- lawa wulkaniczna i spieki ceramiczne
- biojeżyki
Jeszcze skuteczniejsze efekty w walce z zaglonieniem daje połączenie filtra biologicznego z lampą UV-C, zapewniające pełen proces oczyszczania biologicznego i mechanicznego wody. Filtry roślinne - to małe plastikowe zbiorniczki (wypraski), które wkopuje się obok stawu i obsadza roślinami.
Co Jest Potrzebne Do Funkcjonowania Filtra?
Filtry nie są urządzeniami działającymi samodzielnie; powinny być podłączone do pompy, która tłoczy do nich wodę. Wydajność pompy (wyrażana w litrach tłoczonej wody na godzinę) nie może być większa od dopuszczalnej przepustowości filtra. Dla zachowania równowagi biologicznej w stawie bardzo istotne jest niedopuszczenie do opadania na dno stawu liści, igliwia i innych zanieczyszczeń.
Ryby w Stawie
Liczba ryb w każdym oczku wodnym powinna być kontrolowana. Przyczyną zanieczyszczenia jeziorka często bywa niewłaściwy sposób dokarmiania ryb. Pamiętajmy, że należy zaprzestać dokarmiać ryby, gdy temperatura wody spadnie poniżej 10°C.
Zbawienny Wpływ Roślin
Najważniejszym elementem równowagi biologicznej ekosystemu wodnego są rośliny wodne. Bardzo ważne jest utworzenie odpowiednio dużej strefy bagiennej z właściwym doborem gatunkowym roślin. Istotne są również rośliny strefy głębokiej.
Gdy Powyższe Metody Nie Wystarczają?
W takim przypadku konieczne będzie zasięgnięcie po chemię do oczek wodnych:
- TORF
- Antyglon
- ALGICIDE
- BIO PH MINUS
tags: #kiedy #następuje #filtracja #co #to #jest
