Labo Chemische Engineering - Zandfiltratie v2

5/26/2018 Labo Chemische Engineering - Zandfiltratie v2

1/5

Labo Chemische Engineering v2- J. Hogie Pagina 1

ZANDFILTRATIE - ONTIJZEREN

DoelstellingDe bedoeling van dit practicum is om via een pilootexperiment enkele bedrijfsparameters tebepalen om met een snelle zandfilter grondwater te ontijzeren.

AchtergrondinformatieGrondwater dat gebruikt wordt als proceswater of drinkwater kan tot 50 ppm opgelost ijzerbevatten. De norm voor drinkwater bedraagt 0,2 ppm. Een veelgebruikte techniek voorontijzeren is zuurstof toevoegen via beluchten waardoor alle opgelost Fe2+wordt omgezet totonoplosbaar Fe3+:

4 Fe

2+

+ O2+ 8 HCO3-

+ 2 H2O 4 Fe(OH)3+ 8 CO2

Vervolgens wordt de pH bijgeregeld naar 8, gecoaguleerd en het gevormde Fe(OH)3verwijderd met behulp van een snelle zandfiltratie.

Fig.: enkelbed en duale zandfilter

Bij snelle zandfiltratie worden de deeltjes niet alleen aan het oppervlak maar ook in de dieptetegengehouden. Men spreekt hier van een dieptebed filtratie.

Optimalisatie van deze filtratie is een proces van trial & error waarbij pilootstudies eenbelangrijke rol kunnen spelen. De belangrijkste vooraf opgelegde voorwaarde is de kwaliteitvan het effluent.

Een overzicht van de belangrijkste bedrijfsparameters:

Filtratiesnelheid: enkel: 310 m/u, duaal: 815 m/u

Drukval: typisch maximaal 100 cm wk bovenop de kolom

Korreldiameter enkel : 0,44 mm met bijbehorende spoelsnelheid 2060 m/h. Het ishierbij ook zeer belangrijk dat er sprake is van een uniforme verdeling van de korrels.

Korreldiameter duaal (mm) met bijbehorende spoelwatersnelheid (mm/s),veelgebruikte combinaties voor Antraciet / Zand / Spoelsnelheid zijn:


2/5


o A: 1,6 - 2,5 / Z: 0,6 - 1,2 / S: 15 - 17o A: 0,81,6 / Z: 0,40,7 / S:10

Het is hierbij van belang dat de spoelsnelheid in het begin en op het einde rustig wordtopgevoerd resp. afgebouwd.

Spoeltijd: 15 min, 13% van totale watervolume gedurende de looptijd

Beddiepte: 0,53 m Looptijd typisch 24 uur

Drogestof belasting typisch 200 g DS/m2.uur.

Bij collodale suspensies moet vooraf een vlokmiddel worden toegevoegd wat extra teoptimaliseren parameters oplevert.

Uitwerking

Onderdelen:

Peristaltische pomp (1) zuigt de te filteren oplossing uit een voorraadvat met mixer

Met behulp van een slang wordt de te filteren oplossing bovenaan de filter gebracht

De drukval kan continu opgevolgd worden door het verschil te meten tussen de standvan de meetbuis en het waterniveau dat bovenop de filter blijft staan. Hiervoor is de

filterbuis uitgerust met een meetlint. Tijdens het spoelen moet de afvoer en de meetbuisworden afgesloten.

Opbouw filter: zand: 1m met daarop 20 cm antraciet

Van zowel effluent als van het waswater kan het debiet worden afgelezen

Proef : Ontwerp van een zandfilterDe te simuleren filter heeft een capaciteit van 5 m3/uur en moet de concentratie aan Fereduceren van 50 ppm Fe naar drinkwaterkwaliteit. Daar het in een kort tijdsbestekonbegonnen werk is om een parameterstudie te onderzoeken zal een eenmalige filtratie metvooraf opgegeven parameters worden uitgevoerd. De bedrijfsparameters zijn zo gekozen dat

de looptijd en behoorlijk wat korter is dan in realiteit

Pomp

waswater

effluent

Afvoerspoelwater

Drukval


3/5


Werkwijze

Bereid 50 ml 0,1% Polyelektrolyt oplossing. Hevig roeren op roerplaat met roermagneet.Het duurt minimaal 15 min voor alles is opgelost.

Breng 20 L kraanwater in het vat. Het kraanwater kan via een slang worden toegevoegd.

Bepaal de filtratiesnelheid door met zuiver water de pompsnelheid op te drijven tot een

5-tal cm water boven de korrels blijft staan: eerst kolom vullen door pomp op max tezetten en vervolgens bijregelen zodat ongeveer 5 ml blijft staan

Bereid per experiment een 20-tal L kunstmatig grondwater met 50 ppm Fe2+door debenodigde hoeveelheid Mohrs Zout toe te voegen aan het vat. Neem alvorens devoorbehandeling te starten een staal, verdun 25 x en meet de concentratie met defotospectrometer.

Voorbehandeling te filteren watero 10 min beluchteno Voeg 40 ml Polyelektrolytoplossing toe uit 0,1 % oplossing,o Haal de beluchting uit het vato Roer de oplossing, roerder op stand 7 zetten.o Voeg 5% kalkmelksuspensie toe tot pH = 8 9

o Start na 5 min roeren de pomp.o Traagblijven roeren (roersnelheid verminderen: flocculeren) ook tijdens het

verpompen van het water.

Pomp de te filteren oplossing met het eerder bepaalde debiet over de filter.

Neem om de 5 min een staal totdat de filter verstopt en dus de drukval over de filter tehoog wordt (bovenstaande waterkolom te hoog).

Nadien wordt de filter gespoeldo Stap 1: sluit de afvoer onderaan en ook de pijlbuis afo Stap 2: regel het spoelwaterdebiet op 5 L/min, gedurende 1 min en neem

stalen: 1ste: direct ; 2de:na 5 sec, 3dena 10 sec, 4dena 30 sec en 5dena 1 min.o Stap 3: verminder langzaam het terugspoeldebiet zodat de antraciet opnieuw

bovenaan de filter komt te liggen.

Meet het drogestofgehalte van een 5-tal verschillende effluentstalen verdeeld over devolledige filtratiecyclus. Dit kan met de Hach Spectrofotometer. Let wel de resultaten vande spectrofotometer worden gegeven in mg Fe/L terwijl de drogestof onder een anderevorm aanwezig is.

o Indien de effluentstalen troebel zijn, net voldoende HCl toevoegen tot alles isopgelost, stalen verwarmen om sneller op te lossen. Nadien de stalen 10 xverdunnen alvorens te meten.

o Indien de effluentstalen helder zijn kunnen ze direct zonder zuur toe tevoegen of te verdunnen, gemeten worden.

o Voeg aan de terugspoelstalen net voldoende HCl tot alles is opgelost,verwarm de stalen om sneller op te lossen, verdun nadien 250x en meet met

de Hach fotospectrometer.o Indien het te meten staal troebel wordt na toevoegen van ferrover reagens

betekent dit dat de pH te laag is en moet dit gecorrigeerd worden.

Het influentvat niet leeggieten maar leegpompen en daarna schoonvegen met vod.


4/5


Te rapporteren parameters:o De filtratiecurves: gehalte DS in het effluent en drukval in functie van de

hoeveelheid gefilterd watero De drogestof belasting (uitgedrukt in g DS/m2.uur): dit kan worden berekend

aan de hand van het filtratiedebiet, de filterdiameter en het verschil tussen hetgehalte aan droge stof in influent en effluent.

o Het spoelwaterverbruik en daaruit volgend het aantal keren dat het droge stofwerd ongeconcentreerd (is een maat voor het rendement van de filtratie).

Zet in een grafiek de concentratie aan DS uit in functie van dehoeveelheid toegevoegd spoelwater

Bepaal de terugspoeltijd: ga in de curve na wanneer ernauwelijks of geen DS meer in het spoelwater aanwezig is (ditis af te leiden aan de vorm van de grafiek, neem bvb. 50 mg/Lals eindconcentratie.

Bereken uit het influent en spoelwatervolume hoeveel maal erwordt opgeconcentreerd


5/5


Bepaal het totaal benodigd filteroppervlak voor de grote filter A met onderstaandeformule:

lin

v

v

qA met qv: de te leveren gemiddelde debiet van de grote filter (m

3/uur)

vlin: : filtratiesnelheid (m/uur) bepaald met de pilootproef:

Q: filtratiedebiet pilootproef

d: diameter pilootfilter

Rapporteer na practicum: de drogestofbelasting in g DS/m2.uur

linvdQ 2

4

Labo Chemische Engineering - Zandfiltratie v2

Documents

Transcript of Labo Chemische Engineering - Zandfiltratie v2