Определение коэффициента фильтрации песка: Коэффициент фильтрации грунтов и песка таблица гост

определение для дорожного строительства, ПГС ГОСТ 25584 средней крупности, таблица грунтов

Песок является в какой-то степени уникальным материалом, который используется во многих отраслях, включая строительство, сельское хозяйство и т.д. Он повсеместно используется для приготовления цементных и бетонных растворов, для строительства дорог, зданий и насыпей. Приобретая песок, нужно уделять внимание некоторым его характеристикам, среди которых можно отметить модуль крупности, наличие примесей и глины в песке, а также коэффициент уплотнения и  фильтрации. О последнем параметре и пойдет речь в данной статье.

Что это такое – коэффициент фильтрации песка по ГОСТу и почему его используют в строительстве, ремонтно-дорожных работах и др.

Люди, которые весьма отдаленно знакомы со спецификой такого материала, как песок, задаются вопросом – что такое коэффициент фильтрации песка? Если говорить понятным языком, без лишней терминологии, то этот показатель свидетельствует о прохождении жидкости через слой песка.

Иными словами, речь идет о водонепроницаемости данного материала. Определение скорости просачивания воды через песок определяется под влиянием гидравлического градиента. Как правило, его значение равно единице. Данный показатель измеряется в м/сут (метрах в сутки).

Коэффициент фильтрации

Получается, что конечная величина говорит о том расстоянии, которое проходит вода сквозь слой песка за 24 часа. Если показатель оказывается меньше 1, то такой песок считается недостаточно высокого качества.

Сыпучий материал не подойдет для использования в строительстве фундаментов и несущих конструкций. Для остальных же целей он вполне пригоден.

От чего зависит данный показатель

Коэффициент фильтрации песка очень важен для оценки его качественных характеристик, а также проникающей способности.

Знание данного показателя позволяет определить область применения песка, ведь для каждой отрасли и цели есть свои определенные требования.

Если показатель оказывается максимальным, то это говорит о том, что в таком песке практически отсутствуют различные примеси и глина. Соответственно, если песчинки крупные, а состав более чистый, то такой песок обладает меньшей прочностью, что является преимуществом.

Если порода обладает такими характеристиками, то жидкость проходит через нее без препятствий. Данное обстоятельство позволяет использовать цементный раствор при масштабном строительстве, производстве, заливке фундаментов, стяжки пола и для кладки.

Заливка фундамента

Если у песка низкое значение коэффициента, то это говорит о присутствии в составе песка глины и крупных песчинок. Это ведет к увеличению водонепроницаемости материала, ведь вода практически не проходит через глину.

Да, такой песок будет обладать высокой прочностью, но его можно будет использовать только в весьма узких и специфических работах. Это неудивительно, ведь при приготовлении любых растворов используется вода, а такой песок затрудняет данные процессы.

Характеристики

Песчинки карьерного песка характеризуются коэффициентом, находящимся в диапазоне от 0,5 до 7 метров за сутки. Данный коэффициент в таблице достаточно средний, поэтому такой песок не может использоваться для масштабных строительств.

Карьерный

Намытый песок представляет больший интерес в этом плане, ведь материал проходит тщательную обработку и очистку с помощью воды. Это позволяет вымыть из состава примеси и глину, а сам коэффициент фильтрации песка средней крупности составляет от 5 до 20 метров за 24 часа.

Намытый

При этом, размер песчинки составляет не более 2,5 мм. Такой песок используется в тех видах работы, где присутствие глиняных примесей строго запрещено.

Размер фракций песка равный 1-2 мм характеризуется тем, что его пропускная способность составляет от 1 до 10 метров за 24 часа. Такой вид песка считается наиболее предпочтительным, поэтому его используют в ремонтных и отделочных работах.

Естественно, все это сказывается и на его стоимости.

Определение коэффициента пылеватого песка, средней крупности и др. – испытание метода

Определение коэффициента фильтрации карьерного, кварцевого песка происходит с помощью специального опыта с использованием простейших предметов. Данное испытание позволяет узнать глубину, на которую вода просачивается сквозь слой песка за 24 часа.

Согласно ГОСТ 8736, данный метод должен проводиться с использованием следующих инструментов:

  • прибор КФ-00М;
  • лабораторные весы;

Лабораторные весы

  • электрический термометр;

Электрический термометр

Секундомер

Прибор КФ-00М представляет собой конструкцию, состоящую из:

  • фильтрационная трубка высотой не менее 10 см и диаметром 56,5 мм;
  • перфорированное дно с отверстиями;
  • муфта с латунными сетками.
  • мерный стеклянный баллон.

Определение коэффициента фильтрации песка, согласно ГОСТ, проходит следующим образом:

  • мерная трубка прибора заполняется песчаным материалом;
  • перфорированное дно и латунную сетку прикрепляем к фильтрационной трубке. На сетку необходимо предварительно надеть смоченную в воде марлю. Сам же прибор устанавливается на стол или любую другую ровную поверхность;
  • насыпаем песок в мерную трубку, после чего утрамбовать материал. Помните, что песок нужно засыпать партиями, поэтому можно разделить общее количество на три части. Перед загрузкой следующей партии, верхний слой песка в трубке слегка разрыхлить с помощью ножа или любого другого острого предмета;
  • далее нужно измерить расстояние от крайней точки мерной трубки и поверхности песка в ней. Уровень песка не всегда может быть одинаковым, поэтому измерение лучше проводить в нескольких точках, после чего определять средний показатель;
  • если расстояние оказывается более десяти сантиметров, то нужно еще немного утрамбовать песок.


На этом предварительный этап подготовки к испытанию можно считать завершенным. Далее можно переходить непосредственно к самому опыту, позволяющему определить коэффициент фильтрации песка:
  • в мерную трубку нужно налить жидкость до уровня в 5 мм выше нулевой отметки;
  • когда вода начнет просачиваться через перфорированное дно, нужно засечь время с помощью секундомера.

Эти манипуляции позволяют определить временной промежуток, за который жидкость опускается ниже уровня 5 см. Повторять это нужно не менее четырех раз, каждый раз наливая воду на 5 миллиметров выше.

Чтобы показатель был наиболее точным, нужно взять усредненное значение из всех совершенных манипуляций.

Помните, что категорически запрещено допускать падения жидкости в трубке ниже уровня песка. В противном случае, весь опыт окажется бесполезным.

При использовании полусухой стяжки пола можно быстро сформировать основу напольного покрытия. Полусухая стяжка пола – это качество, быстрота и эффективность.

При проведении ремонтных работ в обязательном порядке производят штукатурку стен. Тут узнаете, сколько сохнет штукатурка на стенах.

Цемент является главным строительным материалом при строительстве любого сооружения. Здесь ознакомитесь как развести и какие пропорции песка и цемента.

ГОСТ 25584 содержит информацию об определенном коэффициенте песка для каждого из видов данного материала. В частности, коэффициент фильтрации песка пылеватого составляет от 0,1 до 2 метров в сутки. Это очень небольшой показатель, поэтому сфера применения такого материала крайне ограничена.

Установленный ГОСТ позволяет значительно упростить определение сферы использования конкретного вида песка. Так, карьерный песок обладает низким показателем фильтрации, поэтому он может использоваться лишь для штукатурных работ, где особо не важны данные показатели.

Более подробно о определении коэффициента фильтрации песка смотрите на видео:

Заключение

Для более фундаментальных отраслей строительства можно также использовать карьерный песок, но прошедший определенную очистку водой. Он может использоваться в кирпичном и бетонном производстве, укладке бордюр и т. д.

Для более серьезных целей, таких как строительство дорог и зданий, лучше всего использоваться морской песок. В среднем, коэффициент фильтрации такого песка составляет от 10 до 20 метров в сутки, что вполне пригодно для дорожного строительства.

Естественно, данный коэффициент фильтрации песка напрямую зависит от модуля крупности, поэтому нужно учитывать это обстоятельство до проведения непосредственных работ.

ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)

ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

Обзорная статья

Мурузина Е.В.*

ORCID: 0000-0001-6663-344X,

Набережночелнинский институт (филиал) Казанского (Приволжского) Федерального Университета,

Набережные Челны, Россия

* Корреспондирующий автор (sds-m7lab[at]mail.ru)

Аннотация

Рассмотрено определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов лабораторными испытаниями. Существующая стандартная методика вызывает некоторые затруднения расчета в виду неточных формулировок испытания, что приводит к их различной интерпретации. Также требуется выполнение промежуточных расчетов, построения аппроксимированного графика, что является трудоемкой процедурой, особенно для сотрудников производственных лабораторий. Выявлено, что на коэффициент фильтрации песчаной смеси влияет, в том числе ее гравийная составляющая, которая в стандартной методике не учитывается.

Установлено, что перед началом испытаний отсутствуют рекомендации выбора режима фильтрации и, соответственно, прибора. Отмечены два режима фильтрования и связанные с ним показатели градиента напора и начальной высоты уровня воды в приборе, оказывающие влияние на расчет.

Показана возможность упрощения промежуточных расчетов, в том числе без построения графика. Доказана эффективность введения в расчет раздела по учету гравийной составляющей песчаного грунта.

Ключевые слова: коэффициент фильтрации, песчаный грунт, градиент напора, лабораторные испытания.

ON CALCULATING THE FILTRATION COEFFICIENT OF SANDY SOILS

Review article

Murzina E.V.*

ORCID: 0000-0001-6663-344X,

Kazan Federal University – Naberezhnye Chelny Institute, Naberezhnye Chelny, Russia

* Corresponding author (sds-m7lab[at]mail.ru)

Abstract

The current study examines the calculation of the filtration coefficient of sandy soils through laboratory tests. The existing standard methodology causes some difficulties in the calculation due to the inaccurate wording of the test, which leads to different interpretations. It also requires performing intermediate calculations, constructing an approximate schedule, which is a time-consuming procedure, especially for employees of production laboratories. The study demonstrates that the filtration coefficient of the sand mixture is affected, among others, by the gravel component, which is not taken into account in the standard method.

It is also established that before the start of the tests, there are no recommendations for selecting the mode and the device of the filtration. The study notes two filtering modes and the associated pressure gradient and the initial height of the water level in the device that affect the calculation as well as shows the possibility of simplifying intermediate calculations, including those without plotting. The research proves the efficiency of introducing the section on accounting for the gravel component of sandy soil into the calculation.

Keywords: filtration coefficient, hydraulic conductivity, sandy soil, the gradient of pressure, laboratory tests.

Введение

Определение коэффициента фильтрации, главным образом, песчаных грунтов, а также песчано-гравийных смесей, природного песка является актуальной практической задачей. Определение его значения важно при выборе рациональной схемы подземного контура, расчета конструкций водоупорного элемента, а также при фильтрационных утечках, скорости консолидации грунта в основании [1]. Этот показатель является определяющим для морозозащитного, дренирующего слоя дорожной одежды при строительстве и реконструкции автомобильных дорог [2].

В связи с обеспечением требуемых показателей СП 34.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и требований контракта (договора строительного подряда) данный показатель грунта (песка), как и другие характеристики, определяется с конкретного строительного объекта в лабораторных условиях. После отбора проб по ГОСТ 12071-2014 «Грунты. Отбор упаковка, транспортирование и хранение образцов», доставки в лабораторию, грунтовый материал подготавливают, а затем осуществляют его лабораторные исследования, включая определение показателя коэффициента фильтрации грунта. Регулярность испытания грунта на данный показатель определяется сменой партии или поставщика материала, а также по требованию Подрядного договора, Заказчика или строительного контроля. Далее возникают вопросы по методике испытания и расчета данного показателя песчаного грунта.

Анализ публикаций показывает разнообразие методик и приборов по определению коэффициента фильтрации грунтов.

В связи с внедрением современных зондов с датчиками порового давления появилась возможность оценить фильтрационные характеристики грунтов проведением статического зондирования [3], [4]. Однако расчет по этим методикам носит преимущественно эмпирический характер с привязкой к определенным разновидностям грунта и климатических зон. Российскими учеными [5] предложена методика оценки коэффициента фильтрации грунта по данным статического зондирования, используя численное моделирование при помощи программного комплекса Plaxis 2D c применением модели упрочняющегося грунта (Hardening Soil) [6], [7].

В работе [8] вводится понятие «неопределенность», заменяя понятие «погрешность» при определении коэффициента фильтрации исследуемого грунта. В статье [9] приводится методика определения коэффициента фильтрации водоносных грунтов, позволяющая подбирать оптимальное фильтровальное оборудование для скважин. Даны формулы по расчету коэффициентов фильтрации грунтов для разнообразных видов скважин, находящихся в различных гидрологических и гидрогеологических условиях. Определение коэффициента фильтрации в слабопроницаемых грунтах предложено в [10].

Появляются работы по определению данного показателя с помощью математического моделирования и расчетных схем [11], [12], [13]. Исследователи [14] оценивают масштабный эффект, используя коэффициенты фильтрации, определенные различными методами. В работе [15] рассматривается модель двухмерной фильтрации частиц грунта с трехмерными порами, что позволяет проследить эволюцию процесса фильтрации.

Фильтрационные испытания грунтов осуществляются по действующему ГОСТ 25584-2016 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации». Сравнительно недавно он был актуализирован, однако данная методика лабораторных испытаний и соответственно расчет, вызывают вопросы.

Таким образом, публикации и стандартная методика показывают разноплановость подходов методик определения, приборов и способов проведения испытания песчаных грунтов на коэффициент фильтрации. Цель данной работы – выявление недостатков существующего стандарта (нормативного документа) по лабораторному определению коэффициента фильтрации песчаных грунтов и разработки рекомендаций по их изменению и упрощению.

Методы и принципы исследования

Стандартные методики определения коэффициента фильтрации грунтов

В ГОСТе 25584-2016 обозначены три методики определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов: при постоянном градиенте напора (стационарный режим фильтрации), при переменном градиенте напора (нестационарный режим фильтрации) и методики, применяемой в дорожном и аэродромном строительстве. Для первой методики рекомендуется использовать прибор, изображенный на рисунке 1.

Рис. 1 – Схема фильтрационного прибора для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов
при постоянном градиенте напора:

1 – цилиндр; 2 – муфта; 3 – перфорированное дно; 4 – латунная сетка; 5 – подставка;

6 – корпус; 7 – крышка; 8 – подъемный винт; 9 – стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующей жидкости;

10 – планка со шкалой градиента напора; 11 –испытуемый образец грунта

 

Для расчета вторым и третьим способом предлагается прибор фильтрации, называемый производителями ПКФ (прибор для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов) Союздорнии (см. рисунок 2).

Рис. 2 – Схема прибора Союздорнии ПКФ для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов:

1 – образец грунта; 2 – пьезометр; 3 – фильтрационная трубка; 4 – стакан; 5 – латунная сетка;
6 – съемное перфорированное дно; 7 – подставка; 8 – поддон

 

К сожалению, ГОСТ 25584-2016 не указывается по какому принципу перед началом испытаний должен выбираться прибор и соответственно, режим фильтрации. Подобный вопрос встает и при оснащении лаборатории оборудованием.

О трудностях, связанных с определением коэффициента фильтрации стандартным прибором Союздорнии ПФК также указывают в [16].

Методика определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов при переменном градиенте напора, а также грунтов, используемых в дорожном и аэродромном строительстве, применяется, как было сказано выше, фильтрационный прибор, изображенный на рис. 2.

В начале испытания согласно п.4.5.3.2 ГОСТ 25584-2016 требуется рассчитать значение объема воды (см3) для увлажнения пробы грунта по формуле (1):

где m – масса пробы грунта, г;

 ωо – оптимальная влажность грунта, доли единицы;

 ωq – гигроскопическая влажность грунта, доли единицы;

 ρω – плотность воды, равная 1 г/см3.

Однако, данная формула пригодна лишь в случае, когда гигроскопическая влажность грунта меньше оптимальной. Но так бывает не всегда. Если же , то грунт не требуется увлажнять, и для дальнейшего расчета плотности сухого грунта в трубке  учитывается фактическая влажность грунта.

При испытании грунта согласно п.4.5.3.5 ГОСТ 25584-2016 указывается, что фильтрационную трубку 3 с грунтом на подставке помещают в стакан 4, который постепенно наполняют водой до верха. Затем этот стакан с прибором помещают в емкость для воды (ведерко) и заполняют водой до уровня выше слоя гравия на 10-15 мм. После появления воды в трубке над слоем гравия воду доливают примерно на ⅓ ее высоты. Далее извлекают стакан с прибором из емкости (ведерка) (п.4.5.3.6) ГОСТ 25584-2016 и устанавливают на поддон. В этом случае градиент напора будет равен 1 (i=1).

С этого момента начинается сам процесс испытания, или как говорят специалисты, «материал начинает фильтровать».

Обсуждение

ГОСТ 25584-2016 п.4.3.4.2 рекомендует в процессе фильтрации (указанной выше) при времени падения уровня воды в пьезометре от отметки 0 до 50 мм более 10 минут фильтрационную трубку с подставкой извлекать из стакана и устанавливать на поддон. При этом указывается, что градиент напора увеличивается, без указания величин.

Но такие «пробные» испытания отнимают много времени у испытателей, включая продолжительную подготовительную работу. Поэтому было бы удобнее прибор (трубку) выставлять сразу, в начале испытания на поддон и размытое понятие «градиент напора увеличивается» замениться конкретным значением: i=2.

Далее в процессе расчета по результатам испытаний должен строиться график в координатах  где  – начальная высота уровня воды в пьезометре, см; S – снижение уровня воды в пьезометре, см; t – время, за которое произошло снижение уровня воды на значение S, сек.

К сожалению, в ГОСТе 25584-2016 не указано, каким образом значение градиента напора i связано с показателем «начальная высота уровня воды в пьезометре» – H0. В связи с этим, возникает разная интерпретация расчетов исследователей. В случае, когда градиент напора равен 1 (i=1) и прибор (трубка) фильтрует на поддоне в стакане с водой, тогда принимается H0=10см. В случае, когда фильтрационная трубка с песчаным грунтом фильтрует непосредственно на поддоне, то при расчете градиент напора следует брать i=2, а соответственно, H0=20см.

Показатель S характеризует снижение уровня воды в пьезометре (п. 4.3.5.1 ГОСТ 25584-2016) и имеет, как правило, следующие значения: 0, 10; 20; 30; 40 и 50 мм. Замер времени этого снижения осуществляется на каждой точке, т.е. через каждые 10 мм пьезометра.

Для построения графика по оси Y должны откладываться значения . Как говорилось выше, в случае градиента напора воды i=1, значения по оси Y составят: 0,10; 0,22; 0,36; 0,51; 0,69. Если используется случай с градиентом напора i=2, то значения для оси Y будут следующими: 0,05; 0,10; 0,17; 0,22; 0,29. Нанесенные на ось Y цифровые значения были бы наиболее удобны при расчете, чем нахождение логарифмической дроби.

Значения координат по оси Х должны соответствовать C , где С рассчитывается по формуле (2):

где  и   – площади поперечного сечения образца грунта и фильтрационной трубки над образцом грунта.

Значение  будет равно  при условии равных значений этих параметров, подставленных в формулу (2). Таким образом, данные показатели можно сократить и формула соответственно, упроститься.  – это высота образца грунта (см), который засыпается в начале испытаний в трубку прибора  и должна составлять 10 см. Поэтому C будет равно 0,1, а t включает в себя пять показаний времени, соответствующих значениям S в секундах. Тогда ось Х будет именоваться , см·сек. По полученным значениям в координатных осях строится график в виде аппроксимированной прямой (см. рисунок 3).

Рис. 3 – График для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов

 

Из построенного графика (по пяти значениям пьезометра) в произвольной точке определяется предварительный коэффициент фильтрации K в см/сек по формуле (3):

     (3)

Опыт лабораторных испытаний показывает, что все эти пять значений ложатся в прямую без аппроксимирования, поэтому можно для расчетов принимать или среднее значение среди пяти, или значение, соответствующее пятой точке. Таким образом, необходимость в построении графика отсутствует и его можно заменить расчетом.

Далее согласно п.4.3.5.3 ГОСТ 25584-2016 определяется коэффициент фильтрации К10, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 оС (м/сут) по формуле (4):

      (4)

где  

Тф – фактическая температура воды при испытании, °С.

Согласно ГОСТ 25584-2016 расчеты по определению коэффициента фильтрации на этом заканчиваются. Однако, это не совсем так.

Практический опыт показывает, что испытываемый песчаный материал редко бывает однородным по гранулометрическому составу и поэтому при расчете коэффициента фильтрации необходимо учитывать содержание в нем гравия (частицы размером 2-10 мм), который, как правило, в составе песчаной смеси увеличивает значение коэффициента фильтрации. При условии, что эти частицы не являются глиной или органическими примесями.

Данная методика имеется в ГОСТ 25607-2009, которую желательно применять при определении коэффициента фильтрации песчаных грунтов. Согласно п.5.11 СП 34.13330.2012 сначала определяется эффективный размер частиц представленной песчаной смеси ДЭ.С., которому соответствует такой номинальный размер отверстий сита, полный остаток (%) на котором, определяют по формуле (5):

     (5)

где  – содержание песка в смеси, % по массе (данный показатель может также называться «Проход на сите № 2,5, %», который берется из зернового состава песчаного грунта).

ДЭ.С. – «виртуальный» размер сита, соответствующий «Проходу» Х; определяется пропорцией, используя промежуточные значения «размер сита, мм – Проход, %» из данных зернового состава.

Для последующего расчета необходим эффективный размер частиц песка ДЭ.П., которому соответствует номинальный размер отверстий сита, полный остаток на котором Х=90%. Этот показатель также определяется пропорцией.

Заканчивают расчет следующей формулой (6):

    (6)

подставив полученные значения ДЭ.С. и ДЭ. П.

Полученное значение  имеет размерность м/сут.

Заключение

Выявлены недостатки стандартной методики расчета коэффициента фильтрации песка в лабораторных условиях. Предложены рекомендации по их изменению:

  1. Перед началом испытаний рекомендуется обозначать режим фильтрации и применяемый фильтрационный прибор.
  2. При лабораторных испытаниях принимать во внимание фактическую влажность песчаного грунта и сопоставлять ее с оптимальной.
  3. Значение градиента напора i необходимо согласовывать с процессом фильтрования грунта и с показателем «начальная высота уровня воды в пьезометре» – Ho.
  4. При построении графика коэффициента фильтрации предлагается нанесение числовых значений по оси Y, а на оси X – показатель 0,1·t (см·сек).
  5. Возможность замены построения графика аппроксимированной прямой на расчет.
  6. Предложено ввести в методику расчета раздел по учету гравийной составляющей песчаного грунта.
Благодарности

Автор выражает признательность экс-начальнику Испытательной лаборатории ЗАО «Трест Транспроект» (г. Казань) – Позняковой Тамаре Николаевне при подготовке материала.

Acknowledgement

The author expresses his gratitude to Tamara Nikolaevna Poznyakova, ex-head of the Testing Laboratory of JSC “Trest Transproekt” (Kazan), when preparing the material.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Касперов Г. И. Методика лабораторных исследований по определению коэффициента фильтрации песчаных грунтов для оценки безопасности при эксплуатации шламохранилищ / Г. И. Касперов, В. Е. Левкевич, С. М. Пастухов и др. // Вестник Командно-инжененерного института МЧС Респ. Беларусь. – 2015.- № 2 (22). – С. 68-72.
  2. Цупиков С. Г. Строительство дорожных одежд и материально-техническое обеспечение дорожного строительства / С. Г. Цупиков, Н. С. Казачек, Л.С. Цупикова: учеб. пособие, Москва : Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. 380с. [Электронный ресурс] URL: http://znanium.com/catalog/product/1053291 (дата обращения 20.11.2020).
  3. Fellenius H. Basics of foundation design / H. Fellenius. Sidney, Canada. – 2014. – 413p.
  4. Togliani G. CPT / CPTupilecapacity prediction methods–questiontime / G. Togliani, G .R Reuter. // 3rd Symp. Cone Penetration Testing. LasVegas, Nevada, USA. – 2014. – P. 993–1002.
  5. Пономарев А. Б. Определение коэффициента фильтрации глинистого грунта по данным статического зондирования с измерением порового давления / А. Б. Пономарев, М. А. Безгодов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. – 2017. – Т. 8. – № 4. – С. 43–53.
  6. Строкова Л.С. Определение параметров для численного моделирования поведения грунтов / Л.С. Строкова // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – № 1. – С.69–74.
  7. Vermeer P. The hardening soil model :f ormulation and verification / P. A. Vermeer, T. Schanz, P.G. Bonnier // Beyond 2000 in Computational Geotechnics – 10 Yearsof Plaxis. Balkema, Rotterdam. – 1999. – Vol.2. – P. 281–297.
  8. Русанова А. Д. Методика оценки расширенной неопределенности при определении коэффициента фильтрации песчаных грунтов / А. Д. Русанова, Л. Д. Малая, Р. Н. Иванов и др. // Международная НТК «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, КАЧЕСТВО: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА»: сборник материалов. – Омск: ГТУ, 2017. – С. 247-251.
  9. Мищенко Т.А. Определение коэффициента фильтрации водоносных грунтов / Т.А. Мищенко // Наука молодых – будущее России: сборник научных статей 3-й Межд. Науч. Конф. перспек-х разработок молодых ученых. – Юго-Западный государственный университет. Курск, 2018. – Т. 4. – С. 227-230.
  10. Лехов В.А. Экспериментальное определение коэффициента фильтрации и коэффициента диффузии в слабопроницаемых отложениях / В.А. Лехов, В. Н. Соколов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2017. – №3. – С. 67-75.
  11. Букова М.И. Определение коэффициента фильтрации методом педотрансферных функций / М.И. Букова, А.С. Бондал, К.Т. Моиссев // Неделя науки 2017: сборник форума с междун. участием С.-Петербург, 2017. – С.245-247.
  12. Strzelecki T. Relation Between filtration and Soil Consolidation Theories / T. Strzelecki, M. Strzelecki // Studia Geotechnica et Mechanica. – 2015. Vol. 37. – No. 1. – P. 105-114.
  13. Terleev A. V. Estimating some hydrophysical properties of soil using mathematical modeling / A. V. Terleev, W. Mirschel, A. Nikonorov et al. // MATEC Web of Conf.«International Scientific Conference Environmental Science for Conctruction Industry». Ho Chi Minh City, VietNam, 2018. – № 020352018.
  14. Rozine T. N. Effect of filtration Coefficient Determination Method on the Scale Effect in Water-Saturated Fine-Grained Soils / T. N. Rozine, T. Toma Sabbagh // Soil Mechanics and Foundation Engineering. – 2017. – Vol. 53(6). – P. 376-380.
  15. Kuzmina L. I. Calculation of two-size particles filtration in a porous medium / L. I. Kuzmina, Y. V. Osipov // VII Intern. Symp. on Actual Problems of Computational Simulation in Civil Engineering (APCSCE): IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. Novosibirsk, Russia, 2018. – Vol. 456. – №012052.
  16. Земляной В.В. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов прибором Создорнии ПКФ / В.В. Земляной, Л.В. Кучерова, З.В. Мизенко // Вологдинские чтения. – 2009. – №76. – С.127-128.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Kаsperov G. I. Mеtоdikа lаbоrаtоrnykh isslеdоvаnii pо оprеdеlеniyu koeffitsienta filtratsii pеschаnykh gruntоv dlya otsеnki bеzоpаsnоsti pri ekspluаtаtsii shlаmоkhrаnilishch [Laboratory research methodology for determining the filtration coefficient of sandy soils for assessing the safety of sludge storage facilities] / G. I. Kаsperov, V. Е. Lеvkеvich, S. М. Pаstukhоvidr. ets // Vеstnik Коmаndnо-inzhеn. ins-tа MCHS Rеsp. Bеlаrus’ [Herald of the Command and engineering Institute of the Ministry of emergency situations of the Republic of Belarus]. – 2015. – Vol. 22. – No. 2. – Pp. 68-72. [in Russian]
  2. Tsupikov S. G. Strоitеl’stvo dоrоzhnykh odеzhd i mаtеrial’no-tеkhnichеskое оbеspеchеniе dоrоzhnоgо stroitеl’stva [Construction of road coverings and material and technical support of road construction] / G. Tsupikov, N. S. Каzаchеk, L.S. Tsupikоvа. Moscow:Vologda, Infra-Engineering, 2019. 380 p. [Electronic resource] URL: http://znanium.com/catalog/product/1053291. (accessed 20.11.2020) [in Russian]
  3. Fellenius H. Basics of foundation design / H. Fellenius. Sidney, Canada. – 2014. – 413p.
  4. Togliani G. CPT / CPTupilecapacity prediction methods–questiontime / G. Togliani, G .R Reuter. // 3rd Symp. Cone Penetration Testing. LasVegas, Nevada, USA. – 2014. – P. 993–1002.
  5. Pоnоmаrеv А. B. Оprеdеlеniе koeffitsienta filtratsii glinistogo gruntа pо dаnnym stаtichеskоgо zоndirоvаniya s izmеrеniеm pоrоvоgо dаvlеniya [Determination of the filtration coefficient of clay soil according to static sounding data with measurement of pore pressure] / А. B. Pоnоmаrеv, М. А. Bеzgоdоv //Vеstnik PNIPU. Strоitеl’stvo i arkhitektura [Herald Construction and architecture]. – 2017. – Vol. 8. – No. 4. – P. 43–53. [in Russian]
  6. Strokova L.S. Opredelenie parametrov dlya chislennogo modelirovaniya povedeniya gruntov [Determination of parameters for numerical modeling of soil behavior] / L.S. Strokova // Izv. Tomsk. polytechnicheskogo universitheta [Proceedings of Tomsk Polytechnic University]. – 2008. – No. 1. – Pp. 69–74. [in Russian]
  7. Vermeer P. The hardening soil model :f ormulation and verification / P. A. Vermeer, T. Schanz, P.G. Bonnier // Beyond 2000 in Computational Geotechnics – 10 Yearsof Plaxis. Balkema, Rotterdam. – 1999. – Vol.2. – P. 281–297.
  8. Rusаnоvа А. D. Mеtоdikа otsеnki rаsshirеnnоy nеоprеdеlеnnоsti pri оprеdеlеnii koeffitsienta filtratsii pеschаnykh gruntov [Methodology for assessing expanded uncertainty in determining the filtration coefficient of sandy soils] / А. D. Rusаnоvа, L. D. Mаlаya, R. N. Ivаnоvidr // Меzhdunar. NТК «МЕTRОLОGIYA, SТАNDАRTIZАTSIYA, КАCHЕSТVО: ТЕОRIYAI PRАКTIКА»: sb. Mаtеr [collection of materials Intern. Scient. and Technic. Conf. “METROLOGY, STANDARDIZATION, QUALITY: THEORY AND PRACTICE”]. – Оmsk:GТU, 2017. – P. 247-251. [in Russian]
  9. Mishchеnkо Т. А. Оprеdеlеniе koeffitsienta filtratsii vоdоnоsnykh gruntоv [Determination of the filtration coefficient of aquifers] / Т. А. Mishchеnkо // Nаukа mоlоdykh – budushchее Rоssii: sb. nаuchn. Trud. 3-I Меzhd. Nаuch. Коnf. pеrspеk-kh rаzrаbоtоk mоlоd. Uchеnykh [Proc. Scien. Conf. «Science of the young is the future of Russia»]. Kursk, 2018. – Vol. 4. – P. 227-230. [in Russian]
  10. Lеkhоv V. А. Ekspеrimеntal’noe оprеdеlеnie koeffitsienta filtratsii I koeffitsienta diffusii v slаbоprоnitsаеmykh оtlоzhеniyakh [Experimental determination of the filtration coefficient and diffusion coefficient in low-permeability sediments] / V. А. Lеkhоv, V. А. Sоkоlоv // Gеоekоlоgiya. Inzhеnеrnаya gеоlоgiya, gidrоgеоlоgiya, gеоkriоlоgiya [Geoecology. Engineering geology, hydrogeology, geocryology]. – 2017. – No.3. – Pp. 67-75. [in Russian]
  11. Bukova M. I. Opredelenie koeffitsienta filtratsii metodom pedotransfernykh functsii [Determination of the filtration coefficient by the method of pedotransfer functions] / M. I. Bukova, A.S. Bondal, K. T. Moiseev // Nedelya nauki 2017: sb. trudov s mezhd. uch. S.-Pеtеrburg [Proc. Forum with intern. Partic. «Science Week 2017»]. St. Petersburg, 2017. – Pp. 245-247. [in Russian]
  12. Strzelecki T. Relation Between filtration and Soil Consolidation Theories / T. Strzelecki, M. Strzelecki // Studia Geotechnica et Mechanica. – 2015. Vol. 37. – No. 1. – P. 105-114.
  13. Terleev A. V. Estimating some hydrophysical properties of soil using mathematical modeling / A. V. Terleev, W. Mirschel, A. Nikonorov et al. // MATEC Web of Conf.«International Scientific Conference Environmental Science for Conctruction Industry». Ho Chi Minh City, VietNam, 2018. – № 020352018.
  14. Rozine T. N. Effect of filtration Coefficient Determination Method on the Scale Effect in Water-Saturated Fine-Grained Soils / T. N. Rozine, T. Toma Sabbagh // Soil Mechanics and Foundation Engineering. – 2017. – Vol. 53(6). – P. 376-380.
  15. Kuzmina L. I. Calculation of two-size particles filtration in a porous medium / L. I. Kuzmina, Y. V. Osipov // VII Intern. Symp. on Actual Problems of Computational Simulation in Civil Engineering (APCSCE): IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. Novosibirsk, Russia, 2018. – Vol. 456. – №012052.
  16. Zеmlyanоi V. V. Оprеdеlеniе koeffitsienta filtratsii pеschаnykh gruntov priborom Sоyuzdornii PКF [Determination of the filtration coefficient of sandy soils by the device of The creation of the PKF] / V. V. Zеmlyanоi, L.V. Кuchеrоvа, Z. V. Мizеnkо // Vоlоgdinskiе chtеniya [Vologda Readings]. – 2009. – No.76. – Pp. 127-128. [in Russian]

ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГОСТ 25584-2016 ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

С 1 мая 2017 года введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации ГОСТ 25584 «Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации» в редакции 2016 года. Накопленный на протяжении уже более года опыт его практического применения позволяет говорить о необходимости его дальнейшего совершенствования.

В настоящее время в ГОСТ существует ряд моментов, который может вызвать двоякость толкований, что, в свою очередь, может привести к ошибкам и неверной оценке соответствия требованиям нормативной и проектной документации и, соответственно, неправильной работе конструкции в будущем.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

Например, в соответствии с ГОСТ 25584-2016 (4.1.3), коэффициент фильтрации песчаных грунтов, применяемых в дорожном и аэродромном строительстве для устройства дренирующих и морозозащитных слоев дорожной и аэродромной одежды и защитного слоя под балластной призмой железнодорожного пути, определяют согласно указаниям п. 4.5 на образцах грунта нарушенного сложения при максимальной плотности и оптимальной влажности. В тексте ГОСТ не даётся никаких разъяснений, распространяются ли данные условия на дополнительные слои оснований, имеющие проектные требования по коэффициенту фильтрации, но не обозначенные в проектно-технической документации как дренирующие или морозозащитные. То есть – «во всех остальных случаях», для определения коэффициента фильтрации в таких конструкциях следует применять образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния.

При этом, согласно СП 34.13330.2012 «Автомобильные дороги» Таблица 7.3 для II климатической зоны, при производстве работ по устройству земляного полотна минимальный коэффициент уплотнения грунтов: в рабочем слое – 0,98, в неподтопляемой части насыпи 0,95 или 0,98 (в зависимости от расположения слоя от поверхности покрытия). А согласно СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» Таблица М.2, при производстве земляных работ коэффициент уплотнения грунтов может достигать значения 0,98.

ГОСТ 25584-2016 (4.2.3.3) предписывает наполнять цилиндр грунтом заданной плотности слоями толщиной 1 — 2 см, «уплотняя трамбованием», при том, что грунт в воздушно-сухом состоянии уплотнить трамбованием до описанных выше значений, чрезвычайно сложно.

Таким образом, выявилась достаточно острая потребность актуализации методики определения коэффициента фильтрации песчаного грунта при требуемом коэффициенте уплотнения и оптимальной влажности.

Кроме того, для расчета требуемой для проведения испытаний навески грунта:

(1)

ГОСТ требует определять плотность частиц грунта (ρs).

Однако, если в данную формулу подставить формулу для определения коэффициента пористости (е):

(2)

значения (ρs) сокращается.

А значит, при определении коэффициента фильтрации грунтов было бы допустимо ввести возможность расчета массы навески по конечной плотности грунта.

Так же, с точки зрения строительного контроля, требование ГОСТ 25584 сопровождать результаты определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов, применяемых в дорожном строительстве данными о гранулометрическом составе по ГОСТ 12536 желательно расширить для возможности классификации по ГОСТ 8736, так как своды правил (строительные нормы) и, соответственно, проектно-техническая документация выдвигают требования, в первую очередь, к строительным пескам, а не к грунтам.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

При испытаниях песчаного грунта с относительно низкими фильтрационными характеристиками (менее 0,1 м/сут) время определения коэффициента фильтрации может составлять свыше десяти часов (насыщение водой трубок прибора, снятие пяти отсчетов по мензурке). При этом, для устройства дополнительных слоев основания дорожных одежд, согласно СП 34.13330 коэффициент фильтрации должен быть не менее 1 м/сут.

Таким образом, определение заведомо низкого результата, при повышенных трудозатратах, является малоэффективным и низкорентабельным.

ГОСТ 25584-90, Приложение 5, п. 4.1, допускал возможность снижения уровня падения воды в пьезометре (мензурке), в актуализированной версии ГОСТ эту возможность заменили возможностью увеличения градиента напора, однако, приборы, приведенные ГОСТ, не позволяют увеличить значение градиента напора выше 2.

Возвращение возможности снижения уровня падения воды за счет увеличения числа частных измерений позволило бы существенно сократить трудозатраты испытательных лабораторий без снижения достоверности результатов.

Также, для производства оценки соответствия коэффициента фильтрации грунтов при требованиях Проекта свыше 0,5 м/сут, было бы целесообразным ввести понятие «грунтов с заведомо низкими фильтрационными характеристиками», при времени насыщения трубок фильтрационных приборов или времени проведения испытания свыше 8 часов.

Так как значение коэффициента фильтрации грунтов сильно зависит от степени их уплотнения, то при определении максимальной плотности и оптимальной влажности существует допустимое расхождение между результатами параллельных определений (1,5% величины). А при подготовке к испытаниям по ГОСТ 25584 имеется допуск для величины плотности в трубке (0,02 г/см3). Такая разница в плотности грунта может внести существенные изменения в скорость фильтрации.

ГОСТ 25584-90 для дорожного и аэродромного строительства (Приложение 5) регламентировал проведение не менее трех параллельных испытаний, однако, в актуализированной версии данный пункт убран, таким образом, ГОСТ 25584-2016 никак не регламентирует количество параллельных испытаний для определения конечного значения коэффициента фильтрации грунтов, что по данным внутрилабораторных исследований, негативно сказывается на точности проведенных испытаний.

Помимо этого, в ГОСТ отсутствуют данные о проверке возобновляемости испытаний, а также о неопределенностях полученных значений которые требуются ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий».

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

К сожалению, некоторые новые разделы в актуализированной версии стандарта отличаются недоработанностью и разночтениями.

Например в п.4.3.5. не ко всем составляющим формул даются пояснения (С, 0):

4.3.5.1 По результатам испытания следует построить график в координатах

(рисунок 4),

где Н0 — начальная высота уровня воды в пьезометре, см; отсчитывается от уровня слива воды;

S — снижение уровня воды в пьезометре, см;

t — время, за которое произошло снижение уровня воды на значение S, с.

,0*

здесь Fk — площадь поперечного сечения образца грунта, см;

Fn — площадь фильтрационной трубки над образцом грунта, см;

lk- высота образца грунта, см.

_______________

* Формула соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных

4.3.5.2 Коэффициент фильтрации K, см/с, при температуре проведения испытания, равный угловому коэффициенту построенной прямой линии, вычисляют по формуле

(5)

где и Ct — координаты произвольной точки на построенной прямой линии.

Рисунок 4 — График для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов при проведении испытаний в нестационарном режиме фильтрации

А некоторые из приводимых к этим формулам пояснения противоречат пояснениям в Приложении Б:

п. 4.3.5.1

Приложение Б

F — площадь поперечного сечения образца грунта

F— площадь поперечного сечения кольца

F — площадь фильтрационной трубки над образцом грунта

F— площадь поперечного сечения пьезометра

— высота образца грунта

— высота кольца

При этом, в действующем ГОСТ 25584-2016 определение кольца нет, но есть в недействующем ГОСТ 25584-90.

Определение кольца нет в ГОСТ 25584-2016, есть в недействующем ГОСТ 25584-90.

При анализе формулы

, 0 (3)

можно убедиться, что Fn — скорее не площадь фильтрационной трубки над образцом грунта, а площадь поперечного сечения пьезометра. Иначе сама формула теряет смысл, так как площадь фильтрационной трубки над образцом грунта по логике должна быть равна площади поперечного сечения образца грунтаF, и тогда эти значения в формуле сокращаются.

Для нормативно-технического документа, обязательного для применения, приведённые примеры необходимости самостоятельного толкования разночтений в его тексте, видится причиной возможных ошибок в оценках соответствия требованиям нормативной и проектной документации.

Что, в свою очередь, может привести к нештатной работе или разрушению обследованных конструкций.

АВТОР СТАТЬИ:

Ведущий инженер ЛИКСДОиГ П.М. Мамаев

Начальник лаборатории О.И. Куцевич

Руководитель ИЛЦ М.С. Риваненко

Заместитель директора Ю.М. Дурасов

ГБУ «ЦЭИИС»

Формула расчета коэффициента фильтрации песчаных, глинистых грунтов и супеси

Видео — метод определения коэффициента фильтрации грунтов

Грунт – обобщенное наименование пород, которые преимущественно располагаются в области выветривания Земли и играют роль объекта инженерной и строительной деятельности людей. Согласно Строительным нормам и грунты делятся на нескальные и скальные. К скальным относят изверженные, осадочные и метаморфические породы, залегающие как  трещиноватый или монолитный массив. К рыхлым нескальным породам относят несцементированные крупноблочные (гравийные, валунные, щебенистые, галечниковые, древесные) глинистые (суглинки, глины), песчаные грунты и супеси.


 

Какими бывают грунты

По своим физическим и механическим свойствам грунты бывают сыпучие, плывунные и монолитные. Их свойства выражаются в виде показателей, среди которые наиболее важными являются следующие:

  • плотность. Представляют собой отношение массы твердых частиц к их объему;
  • объемная масса породы. Показатель зависит от количества содержания в породе воды и пористости, учитывается при определении давления грунтов на крепление котлованов, горного давления и пр.;
  • пористость. Показатель равен суммарному объему пор, который приходится на 1 единицу объема породы. Данный показатель применяется при определение степени водопроницаемости грунтов.
  • влажность. Для нахождения значения данного показателя массу воды, содержащуюся в грунте, делят на массу сухой породы в процентном выражении.
  • сжимаемость. Характеризует способность грунта к уменьшению в случае воздействия на него определенной нагрузки.
  • коэффициент фильтрации  — основная характеристика проницаемости грунтов вычисляется по довольно простой формуле.

Значение данного показателя равняется скорости движения воды через породу. Для разных грунтов эта характеристика имеет разное значение (м/сут):

  • супесь – в пределах 0,10-1;
  • суглинки – в диапазоне  0,01-0,1;
  • гравий – 50-150;
  • галечник – 100-150.

Следует учитывать, что коэффициент фильтрации для песка может быть разный, в зависимости от типа грунта:

  • мелкозернистый – 1-5;
  • пылеватый – 0,01-1;
  • крупнозернистый – 20-50;
  • среднезернистый – 5-20.

 

Самой низкой пропускной способностью обладает глина, ее показатель практически равен 0. Такие данные свидетельствует о том, что в грунте количество глинистых примесей довольно велико. Самой высокой степенью фильтрации обладает крупнозернистный песок, потому как между песчинками есть воздух, позволяющий влаге свободно перемещаться.

Основная суть показателя заключается в демонстрации степени водопроницаемости песка, его способности пропускать влагу. Цифра показывает, сколько метров проходит вода через грунт в течение 24 часов, поэтому единицей измерения являются метры/сутки.

В таблицах ГОСТов прописаны коэффициенты фильтрации для разных видов песка. При этом поднять качество данного типа грунта можно только за счет специальной очистки, в результате которой происходит отделение глинистых частиц.

Без коэффициента фильтрации практически невозможно правильно рассчитать дебит скважины. Определяют данный показатель в условиях оптимальной влажности при наибольшей плотности грунта. Если влажность повышена, показатель будет ниже, чем в нормальных условиях. При пониженной влажности этот  коэффициент будет выше.

Однако для более точных данных в расчет следует принимать и такие свойства пород, как твердость, прочность, вязкость, упругость, разрыхляемость, пластичность.

Определение коэффициента фильтрации песка | Бюро «Строительные исследования»

Коэффициент фильтрации обозначает скорость, с которой жидкость проходит через почву; он равен скорости прохождения жидкости при единичном напоре, а измеряется в метрах за сутки. Обычно при расчетах применяют пометку К10, то есть КФ жидкости при десяти градусах по Цельсию.

Чаще всего рассчитывают коэффициент фильтрации при работах в области дорожного и аэродромного строительства, при установке дренажа, ведь КФ должен составлять минимум один или два метра в сутки.

Итоговая величина покажет расстояние, которое жидкость пройдет сквозь определенный слой песка за день. Если показатель будет меньше единицы, значит, песок не очень качественный.

ГОСТ, регламентирующий расчет коэффициента фильтрации песка

Для определения коэффициента фильтрации применяют методы, описанные в ГОСТ 25584-2016. Думаю, об основных моментах проведения этой процедуры стоит рассказать подробнее.

От чего зависит показатель фильтрации

Коэффициент фильтрации песка является одним из решающих факторов при оценке его качества и проникающей способности. В зависимости от отрасли и цели выбирают вид песка, поэтому данный показатель очень важен.

Если он будет максимальным, значит, песок почти идеально чистый, то есть без примесей и глины: если песчинки будут большими, а в составе не будет примесей, то он будет не таким прочным, что, бесспорно, является значительным преимуществом. Если песок относится к такому типу, то жидкость будет проходить без каких-либо трудностей. Благодаря этому можно использовать цементный раствор при масштабной стройке.

Если этот коэффициент будет слишком низким, то есть материал содержит глину и большие песчинки, то водонепроницаемость повышается, и вода будет плохо проходить через глину. Такой песок является прочным, в связи с чем используется лишь в узких сферах. Это связано именно с водой, так как она применяется для создания всех растворов, а из-за глины и прочих частичек она плохо проходит.

Характеристики

Коэффициент проникновения воды за сутки у карьерного песка может колебаться в пределах от полуметра до семи метров за сутки, но этот коэффициент средний, в связи с чем подобный песок непригоден для крупного строительства.

Большую ценность представляет намытый песок, который очищают под напором воды. Таким нехитрым способом из него вымывают всю глину и примеси. Коэффициент фильтрации может колебаться в пределах от пяти до двадцати метров в сутки.

Размер песчинок обычно не превышает два с половиной миллиметра. Этот песок обычно используют в работе, когда наличие глины строго противопоказано.

Для ремонта и отделочных работ стоит выбирать песок размером до двух миллиметров. Он пропускает от одного до десяти метров за двадцать четыре часа.

Конечно же, эти факторы отражаются на цене песка.

Оборудование для определения коэффициента фильтрации песка в лаборатории

Стоит взять четыреста пятьдесят граммов песка, который просеяли через сито с пятимиллиметровыми отверстиями. Потом песок увлажняют и держат в эликсаторе как минимум два часа. Количество жидкости, которое нужно для увлажнения почвы до нормальной влажности, высчитывают по формуле:

После из пробы, которая была подготовлена для определения коэффициента фильтрации песка влажного грунта, необходимо отобрать навеску массой m1. Для величины навески так же необходимо использовать формулу:

Навеску необходимо разделить на три части и последовательно уложить в трубку фильтрационного прибора. Каждую часть необходимо тщательно уплотнить с помощью трамбовки. Для этого делают сорок ударов груза с высоты в тридцать сантиметров. При укладке новой порции старую необходимо разрыхлить ножом на пару сантиметров. Расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта обычно измеряют линейкой как минимум в четырех точках.

Обычно расстояние составляет десять сантиметров плюс-минус один миллиметр. На поверхность грунта необходимо уложить слой гравия с границей до пяти миллиметров. Этот слой должен быть до десяти миллиметров. Трубку с грунтом нужно установить на подставку и поместить это все в стакан, который впоследствии необходимо доверху наполнить водой. Стакан помещают в емкость для воды, слой который должен быть выше гравия на полтора миллиметра. Как только вода в трубке появится над гравием, необходимо добить жидкость в верхнюю часть трубки приблизительно на треть. После этого стакан с трубкой необходимо достать и поставить на поддон. В подобной ситуации градиент напора воды будет равен одному.

Метод определения коэффициента фильтрации песка

В трубку необходимо налить воды на пять миллиметров выше нулевого деления. Когда вода будет вытекать сквозь перфорированное дно, необходимо зафиксировать уровень воды в пьезометре на отметке пятьдесят миллиметров. Повторить это действие необходимо как минимум четыре раза, постоянно доливая воду на пять миллиметров выше отметки нулевого падения. Также необходимо, используя секундомер, учитывать среднее время падения уровня жидкости. Если время падения будет превышать десять минут, то испытания можно проводить даже при начальном градиенте напора, который будет равен двум. При этом действии трубку с подставкой необходимо вынуть из стакана и поставить на поддон. Главное, чтобы во время испытания уровень воды в трубке не оказался ниже гравия.

Важно, чтобы разность между плотностью сухого грунта и максимальной плотностью не была выше 0,02 грамма на кубический сантиметр. В ином случае это испытание придется повторить.

Расчет коэффициента фильтрации песка

Песок в виде смесей — независимо от того, сухими они будут или мокрыми — используют в разных отраслях строительства. С его помощью возводят жилье, стратегические конструкции, используют в дорожном строительстве, делают фундаменты и прочее. При выборе обращают внимание на его фракцию, степень очистки, модуль крупности, глинистые примеси, объемную массу и коэффициент фильтрации. У каждого вида песка коэффициент фильтрации отличается.

Это позволит оценить его водопроницаемость. При этом скорость прохождения воды сквозь песок определяют благодаря гидравлическому градиенту со значением в 1. В результате изменений видно расстояние, которое жидкость прошла за сутки, то есть плотность песка.

КФ определяет не только проникающую способность песка, но и его качество. Минимальная пропускная способность коэффициента фильтрации равна нулю. По его значению определяют объем примесей глины и то, в каких отраслях можно использовать этот песок. Именно от качества песка будет зависеть прочность бетона или цементно-песчаной конструкции. Самый большой коэффициент у крупнозернистого, так как в нем много воздуха, и вода очень быстро, без каких-либо проблем проходит сквозь песок.

В карьерном песке много глины, пыли и прочих примесей, поэтому вода проходит максимум на семь метров за сутки. Так как примеси слишком сильно задерживают скорость прохождения жидкости, такой песок очень редко используют для приготовления цемента или растворов на основе цемента.

После очищения его с помощью воды коэффициент фильтрации значительно возрастает, а размер средних фракций составит полтора миллиметра. Такой уже определенно можно использовать для приготовления бетона и песчано-цементных смесей.

Совсем мелкий песок с пропускной способность до десяти метров в сутки подходит для создания сухих строительных смесей, вроде штукатурных. Если в мелкофракционном будут какие-либо примеси, то его КФ заметно снизится.

Достаточно высокий КФ у крупнозернистого песка. У него максимальная водопроницаемость, ведь между крупными песчинками очень много воздуха, и сквозь него вода протекает почти свободно.

Кф помогает определить основные параметры песка. Высокая водопроницаемость говорит о том, что песок чистый и его смело можно использовать в строительстве, ведь именно от качества песка зависит надежность всей будущей конструкции и срок эксплуатации объекта.

Для расчета КФ необходим секундомер или хронометр, электронные весы и прибор Кф-00М, в состав которого входит:

  • стеклянный резервуар;
  • муфта и стальные сетки для фильтрации жидкости;
  • фильтрационная трубка более десяти сантиметров в высоту и диаметром минимум 5,65 см. Там обязательно должно быть дно с перфорационными отверстиями для жидкости.

Коэффициент фильтрации песка для дорожного строительства

Как было сказано ранее, коэффициент фильтрации — это показатель прохождения жидкости через его слой. Измеряют этот показатель в метрах в сутки. Если показатель будет меньше одного, то песок будет недостаточно хорошего качества, поэтому для строительства он непригоден, но вполне подойдет для дорожных работ и выполнения других задач.

Чаще всего используют речной или карьерный песок. Тем не менее свойства песка могут меняться в зависимости от условий, поэтому во время строительства дорог на подобные нюансы всегда обращают внимание.

Песок для частей дорог выбирают в зависимости от особенностей сооружения. Песок засыпают в песчано-гравийную подушку дорожного полотна, чтобы повысить амортизацию и дренаж. Нередко накладывают и дополнительный слой песка, чтобы компенсировать механические нагрузки при смене температур и отводить влагу в нижние слои. Часто его засыпают и в боковые дренажные каналы для отвода воды. Также его применяют для создания асфальто-бетонного основания.

Модуль крупности и чистота песка

Модуль крупности песка для дороги — очень важный показатель, так как именно от него будут зависеть основные свойства дренажа и подушки. Обычно используют речной песок с размером зерен до двух целых двух десятых миллиметров, его обычно относят к среднему классу. Мелкие фракции принято использовать для растворов с бетоном, а крупные — при отсыпке оснований. Песок второго класса идеально подходят для дорожного строительства.

Использование песка для фильтрации

Песок часто используют для фильтрации жидкостей, так как это один из самых лучших природных фильтров. В зависимости от ситуации, песок может очищать источник от нежелательных включений и улучшить их органолептические свойства или загрязнить жидкость примесями, которые находятся в пласте. На результат влияет множество факторов.

Для фильтрации используют много видов песка: кварцевые, стеклянные, синтетические, которые получают при обработке пемзы, и так далее. Песчаные засыпки используют не только для технических и питьевых целей. Благодаря песку очищаются стоки, нередко даже от нефтепродуктов.

Преимущества и недостатки фильтров на основе песка

Фильтры, в которых используют песчаную засыпку, предельно простые, совершенно неприхотливые и недорогие. Преимуществ у них довольно много. Грязеемкость на высшем уровне, а скорость фильтрации достаточно быстрая. Песок можно использовать снова после регенерации обратной промывки. Этот метод подходит для очистки большого количества воды. Использовать песчаную засыпку можно на протяжении 3-х лет. Фильтрация происходит равномерно, к тому же нет тоннельного эффекта. Материал для засыпания стоит очень мало.

Но не все так гладко, даже у этого метода есть свои недостатки. И вот основной из них: частая регенерация засыпки, в связи с чем увеличивается расход воды и время.

Чтобы эффективность работы была как можно выше, обычно используют песок разной зернистости. Если использовать легкие искусственные материалы, для взрыхления которых требуется меньшее давление, то регенерация будет происходить намного быстрее. У кварцевого плотность больше, чем у остальных видов, поэтому чаще всего его используют как подложку в насыпных фильтрах, чтобы более легкий фильтрующий материал не выносился.

Заключение

Чаще всего используют озерный или карьерный песок. При этом если он будет только с карьера, то область его применения будет не слишком широка, но после очистки она значительно возрастает, как и КФ.Песок используют фактически во всех отраслях строительства, хотя его применение будет зависеть от вида. Одни подходят для строительства, другие для бетонных конструкций, штукатурки и растворов.

Также различные виды песка используют в фильтрах и других очистных сооружениях.

Ссылка на статью https://burosi.ru/opredelenie-koefficzienta-filtraczii-peska

Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте burosi.ru

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 — главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) — отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

4. А также в комментариях к публикации.

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.

#геология #грунт #песок #фильтрация песка #строительная лаборатория

Определение коэффициента фильтрации песков по эмпирическим зависимостям

Для определения коэффициента фильтрации к песчаных, отно­сительно однородных пород существуют различные эмпирические формулы (Хазена, Крюгера, Милихикера, Замарина, Слихтера, Козени и др.), в которых используются данные о гранулометрическом составе породы, ее пористости, вязкости воды и другие показа­тели. Все эти формулы дают приближенные результаты. К числу наиболее используемых эмпирических формул относится формула Хазена:

где С — эмпирический коэффициент, который зависит от степени однородности и пористости породы, изменяется от 400 до 1200 и может определяться по формуле

где n — пористость породы; dэф — эффективный или действующий диаметр частиц, определяемый графически по кривой грануломет­рического состава песка; t — температура воды в градусах Цельсия, определяющая ее вязкость.

Для метода Хазена под действующим или эффективным диа­метром частиц dэф понимается такой диаметр, меньше которого имеются частицы, составляющие в породе 10% (dэф = d10).

При построении кривой гранулометрического состава по оси абсцисс откладываются логарифмы значений диаметров частиц, а по оси ординат — суммарное процентное содержание фракций в породе частиц от самых мелких значений до данного диаметра (рис. ниже).

Чтобы по кривой найти диаметр частиц, соответствующий их определенному содержанию в грунте, из точки, находящейся на вер­тикальной оси и отвечающей заданному процентному содержанию, например 10%, проводят горизонтальную линию до пересечения с кривой и из точки пересечения опускают перпендикуляр на гори­зонтальную ось, найдя таким образом искомый диаметр частиц.

Для характеристики степени неоднородности пород необходимо учитывать и коэффициент неоднородности Кн — отношение диа­метра зерен, содержание которых по кривой гранулометрического состава соответствует 60% (d60), к действующему диаметру (dэф = d10):

Кривая гранулометрического состава

Формулу Хазена можно применять только при условии, что Кн< 5.

Рассмотренный эмпирический метод Хазена не требует про­верки по размерности параметров, входящих в состав формулы. Диаметр взят в мм, температура — в °С, а результат имеет размер­ность м/сут — это особенность эмпирических методов.

Коэффициент фильтрации песка — что это?

 

«Жизнь уходит, как вода в песок», «Уходит время, как вода в песок», «Деньги просочились, как вода в песок» – фразеологизмами на эту тему изобилует поэзия и проза, их зачастую используют в повседневной речи. И неудивительно, ведь механизм этого явления понятен и прост – даже карапуз в песочнице знает, что вода легко просачивается через песок!

Именно это общеизвестное свойство песка позволяет успешно применять его в различных отраслях народного хозяйства. В строительстве – это сооружение дорог, производство бетона и прочих строительных материалов, штукатурные и отделочные работы, домостроение и устройство дренажных систем. В коммунальном хозяйстве – обустройство территорий, фильтрационные системы и ландшафтный дизайн. В сельском хозяйстве – отведение излишков влаги с участка: в правильных пропорциях песок обеспечивает быстрое прохождение воды через грунт.

Но песок имеет множество разновидностей, различных по своим эксплуатационным характеристикам. Какой же именно песок выбрать для работ, при которых чрезвычайно важна степень его водонепроницаемости? Как определяется этот показатель?

Коэффициент фильтрации – вот качественная характеристика того или иного вида песка, которая точно «скажет» нам с какой скоростью проходит через него вода. Благодаря использованию коэффициента фильтрации у нас есть возможность определить чистоту песка от примесей, причем сделать это достаточно быстро и точно. Также по значению этого коэффициента можно судить о крупности песка.

Возьмем более точное, но понятное определение коэффициента фильтрации: скорость фильтрационного потока при градиенте напора (отношение напора воды к длине пути фильтрации) равном единице. Измеряется эта величина в метрах за сутки. 

Еще проще: коэффициент фильтрации песка показывает на какое расстояние, масса воды пройдет сквозь массу песка за 24 часа при нормальных условиях. 

 

От чего же зависит этот показатель?

 

Любой песок состоит из мельчайших гранул, между которыми имеются зазоры – вот через них-то и просачивается вода. Понятно, что чем крупнее песчинки, тем больше будут эти каналы и, следовательно, тем быстрее через такой песок будет проходить вода. Стало быть, и объем воды, прошедший через слой песка в единицу времени будет больше.

Различные виды песка содержат определенное количество посторонних примесей – от глинистых включений до мелких камешков и древесных фрагментов. К примеру, в простом необработанном карьерном песке довольно много глины (которая, как известно плохо пропускает воду), а речной или мытый песок почти не содержит инородных включений. Кварцевый же песок по своей природе практически свободен от различных загрязнений, потому и находит широкое применение в различных фильтрационных системах.

В зависимости от требуемой степени очистки воды в фильтрационных системах используют песок с различным размером гранул.

Для того, чтобы определить область применения того или иного вида песка в строительстве, обязательно учитывают коэффициент фильтрации. По этому показателю определяют проникающую способность строительного материала и оценивают его эксплуатационные характеристики. От этой же характеристики зависят и прочностные показатели материала, либо готовой конструкции.

 

(PDF) Система определения коэффициента фильтрации грунта и скальных структур

28

• Дополнительным преимуществом является разработка базового программного обеспечения, такого как многозадачная операционная система

в реальном времени, драйверы, протоколы связи и так

по;

• для большого количества приложений, особенно для данных о естественной окружающей среде

, полученных с помощью мобильных устройств или разбросанных интеллектуальных датчиков, расстояния не

, что позволяет реализовать беспроводные протоколы, такие как Bluetooth, ZigBee и т. Д.

Общий вывод заключается в том, что при разработке компьютерной системы

для оценки фильтрующих характеристик типов почв, благодаря возможностям

, предоставляемым современным ИТ, можно автоматизировать измерения, данные

и хранение результатов и обработка данных, а также отчеты и другие информационные документы

. Это является основой для разработки критериев и методов

оценки различных характеристик типов почв.Это улучшит рациональное использование

и сохранение плодородия почв, экосистем и биологических ресурсов

прироста.

Ссылки

1. М а р и н о в, Д., С. Р а д о с л а в о в, З. Д и ан к о в, Г. В е л к о в с к и. Численное моделирование загрязнения подземных вод азотом

на испытательном поле пашни в Болгарии. — В: Учеб. из

Семинар ESF / GPOLL «Загрязнение подземных вод в зонах чрезмерной эксплуатации подземных вод

».Санкт-Петербург, Москва Офис ESF-EERO, Россия, 10-13 сентября 2000 г.,

44-45.

2. Буш, Л. Геогидраулик. Лейпциг, VEB Deutscher Verlag Fur Grundstoffindustrie, 1972.

3. Дин ков, З., Г. Велько в с к и, С. Радо з л а в о в, В. М а р и н о в, О. Н и ч е в а. Нитраты

в подземных водах «Разработка инструментов, необходимых для анализа воздействия на подземные воды

Качество в связи с изменением использования сельскохозяйственных земель». — В: Избранные доклады Европейского собрания

Международной ассоциации гидрогеологов, Висла, Польша, 4-7 июня 2002 г.

4. www.allenbradley.com

5. Atmel Corporation. 8-битный микроконтроллер AVR с 8 Кбайт внутрисистемной программируемой флеш-памятью

AT90S8535, Rev.1041H-11/01, 2001.

6. Карастоянов, Д.Н. ДЕКА — Программируемые контроллеры с расширяемой периферией

Предназначены для малых и средних задач в управлении процессами. — Автоматика и информатика,

Vol. 11-12, 1993, 41-42 (на болгарском языке).

7. Заманов, В. Б., Д. Н. Кар а с т о й а н о в, З.М. С о т и р о в. Механика и управление роботами.

София, Lettera Print, 1993 (на болгарском языке).

8. Разработка приложений в реальном времени с использованием FreeRTOS в небольших встроенных системах. — Справочное руководство

9. CMX-RTX версии 5.30. Руководство пользователя.

10. Сконфигурируйте и соберите встроенную ОСРВ Nucleus PLUS с помощью Xilinx EDK. Справочное руководство.

11. К а р а с т о а н о в, Д. Н. Управление мехатронными системами. София, Академическое издательство

«Проф.Марин Дринов », 2006 г. (на болгарском языке).

12. Dаllas Semiconductor, ЗАМЕЧАНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ 83: Основы последовательной связи RS-232

; 2001.

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/83

13. Dаllas Semiconductor, ПРИМЕНЕНИЕ 1833: Использование трансиверов RS-485 / RS-422 в сетях

Fieldbus, 2004

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/1833

14. Atmel Corporation, Blootooth General Information, 2000.

http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=2205

15. Ericsson Microelectronics AB, модуль Bluetooth Ericsson: ROK 10 008, Datasheet, 2000, 1-12.

Справочник по воде — Фильтрация | SUEZ

Фильтрация используется в дополнение к регулярной коагуляции и осаждению для удаления твердых частиц из поверхностных или сточных вод. Это подготавливает воду для использования в качестве подпитки для питья, бойлера или охлаждения. Фильтрация сточных вод помогает пользователям соответствовать более строгим требованиям разрешений на сброс сточных вод.

Фильтрация, обычно рассматриваемая как простой механический процесс, на самом деле включает механизмы адсорбции (физической и химической), деформации, осаждения, улавливания, диффузии и инерционного уплотнения.

Фильтрация не удаляет растворенные твердые частицы, но может использоваться вместе с процессом умягчения, который снижает концентрацию растворенных твердых частиц. Например, фильтрация антрацитом используется для удаления остаточных осажденных солей жесткости, оставшихся после осветления при осадком смягчении.

В большинстве процессов осветления или умягчения воды, где происходят коагуляция и осаждение, по крайней мере, часть осветленной воды фильтруется. Стоки осветлителя с 2-10 NTU могут быть улучшены до 0,1-1,0 NTU с помощью обычной фильтрации через песок. Фильтрация обеспечивает приемлемые концентрации взвешенных твердых частиц в готовой воде даже при нарушениях в процессах очистки.

ТИПОВОЕ КОНСТРУКЦИЯ

Обычные фильтры быстрого действия силы тяжести и давления работают с нисходящим потоком.Фильтрующий материал обычно представляет собой песчаный или антрацитовый слой глубиной 15-30 дюймов. Могут использоваться один или несколько сортов песка или антрацита.

Большой слой твердых частиц поддерживает фильтрующий материал, предотвращая попадание мелкого песка или антрацита в дренажную систему. Опорная платформа также служит для распределения воды для обратной промывки. Типичные опорные пласты состоят из гравия или антрацита размером 18–1 дюймов в ступенчатых слоях до глубины 12–16 дюймов.

ВИДЫ СМИ

Кварцевый песок, кварцевый песок, антрацитовый уголь, гранат, магнетит и другие материалы могут использоваться в качестве фильтрующих материалов.Наиболее часто используются кварцевый песок и антрацит. Когда диоксид кремния не подходит (например, в фильтрах после горячего умягчителя, где очищенная вода предназначена для питания котла), обычно используется антрацит.

Размер и форма фильтрующего материала влияют на эффективность удаления твердых частиц. Острые, угловатые носители образуют большие пустоты и удаляют меньше мелкого материала, чем закругленные носители аналогичного размера. Среда должна быть достаточно крупной, чтобы твердые частицы могли проникать в слой на 2–4 дюйма.Хотя большинство взвешенных твердых частиц улавливается на поверхности или на первых 1-2 дюймах глубины пласта, некоторое проникновение необходимо для предотвращения быстрого увеличения перепада давления.

Песок и антрацит для фильтров оцениваются по эффективному размеру и однородности частиц. Эффективный размер таков, что приблизительно 10% от общего веса зерен меньше, а 90% больше. Следовательно, эффективный размер — это минимальный размер большинства частиц. Однородность измеряется путем сравнения эффективного размера с размером, при котором 60% зерен по весу меньше, а 40% больше.Этот последний размер, разделенный на эффективный размер, называется коэффициентом однородности — чем меньше коэффициент однородности, тем более однородны размеры частиц среды.

Более мелкий песок приводит к более мелким зонам удержания взвешенных веществ. Наиболее желаемый размер среды зависит от характеристик взвешенных твердых частиц, а также требований к качеству сточных вод и конкретной конструкции фильтра. Как правило, в быстрых песочных фильтрах используется песок с эффективным размером 0,35-0,60 мм (0,014-0,5 мм).024 дюйма) и максимальный коэффициент однородности 1,7. Грубая среда, часто 0,6–1,0 мм (0,024–0,04 дюйма), используется для строго контролируемой коагуляции и седиментации.

ФИЛЬТРЫ СМЕШАННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Термины «многослойный», «глубокий» и «смешанная среда» относятся к типу фильтрующего слоя, который сортируется по размеру и плотности. Крупные менее плотные частицы находятся вверху фильтрующего слоя, а более мелкие более плотные частицы находятся внизу. Фильтрация с нисходящим потоком обеспечивает глубокое и равномерное проникновение твердых частиц и обеспечивает высокую скорость фильтрации и длительный срок службы.Поскольку мелкие частицы внизу также более плотные (меньше пространства между частицами), они остаются внизу. Даже после высокоскоростной обратной промывки слои остаются на своих местах в фильтрующем слое со смешанной средой.

В таблице 6-1 перечислены четыре среды, которые используются в многослойной фильтрации. Несколько других комбинаций смешанной среды также были протестированы и эффективно использовались. Использование слишком большого количества различных слоев носителя может вызвать серьезные трудности при обратной промывке. Например, если все четыре материала, перечисленные в таблице 6-1, использовались в одном фильтре, скорость промывки, достаточно высокая для расширения слоя магнетита, могла бы вымыть антрацит из фильтра.Это также приведет к высоким требованиям к промывочной воде.

Таблица 6-1. Среда, используемая в многослойной фильтрации.
Медиа Эффективный размер, мм (дюймы) Удельный вес
антрацит 0,7-1,7 (0,03-0,07) 1,4
Песок 0,3-0,7 (0,01-0,03) 2.6
Гранат 0,4-0,6 (0,016-0,024) 3,8
Магнетит 0,3-0,5 (0,01-0,02) 4,9

Фильтрующие слои антрацит / песок обычно обеспечивают все преимущества фильтрации с одной средой, но требуют меньше воды для обратной промывки, чем только песок или антрацит. Аналогичные утверждения были сделаны для смесей антрацита / песка / граната. Основными преимуществами фильтрации с двумя средами являются более высокие скорости и более длительные интервалы.Слои антрацита / песка / граната работали при нормальных расходах примерно 5 галлонов в минуту / фут² и пиковых расходах до 8 галлонов в минуту / фут² без потери качества сточных вод.

УПАКОВКА ПЕСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ

Песочные фильтры Rapid можно переоборудовать для работы в смешанной среде для увеличения производительности на 100%. Стоимость такой переоборудования намного ниже, чем установка дополнительных скоростных песочных фильтров.

Покрытие — замена части песка антрацитом.В этом преобразовании слой песка толщиной 2–6 дюймов толщиной 0,4–0,6 мм (0,016–0,024 дюйма) удаляется с поверхности слоя и заменяется антрацитом толщиной 4–8 дюймов толщиной 0,9 мм (0,035 дюйма). Если желательно увеличение емкости, заменяется большее количество песка. Следует провести пилотные испытания, чтобы убедиться, что уменьшение глубины более мелкого песка не снижает качество сточных вод.

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Гравитационные фильтры (см. Рисунок 6-1) — это открытые емкости, работа которых зависит от гравитационного напора системы.Помимо фильтрующего материала, основными компонентами гравитационного фильтра являются:

  • Корпус фильтра — бетонный или стальной, квадратный, прямоугольный или круглый. Наибольшее распространение получили прямоугольные железобетонные блоки.
  • Опорный слой, предотвращающий потерю мелкого песка или антрацита через дренажную систему. Опорная платформа, обычно глубиной 1-2 фута, также распределяет воду для обратной промывки.
  • Система нижнего дренажа, обеспечивающая равномерный сбор фильтрованной воды и равномерное распределение воды для обратной промывки.Система может состоять из коллектора и боковых сторон с соответствующими отверстиями или фильтрами. Фальшивые днища резервуаров с правильно расположенными сетчатыми фильтрами также используются для систем нижнего дренажа.
  • Желоба для промывки, достаточно большие для сбора промывочной воды без затопления. Желоба расположены так, чтобы горизонтальный ход воды для обратной промывки не превышал 3–3 футов. В обычных установках с песчаным слоем промывочные желоба размещаются примерно на 2 фута над поверхностью фильтра. Должен быть предусмотрен достаточный надводный борт, чтобы предотвратить потерю части фильтрующего материала во время работы при максимальной скорости обратной промывки.
  • Устройства управления, повышающие эффективность работы фильтра. Контроллеры расхода, управляемые трубками Вентури в линии сточных вод, автоматически поддерживают равномерную подачу фильтрованной воды. Также используются регуляторы скорости потока обратной промывки. Датчики расхода и потери напора необходимы для эффективной работы.

ФИЛЬТРЫ ДАВЛЕНИЯ

Напорные фильтры обычно используются с горячими умягчителями для обеспечения работы при высоких температурах и предотвращения потерь тепла.Использование напорных фильтров исключает необходимость перекачки фильтрованной воды. Напорные фильтры подобны гравитационным фильтрам в том, что они включают фильтрующий материал, поддерживающий слой, систему нижнего дренажа и устройство управления; однако на корпусе фильтра нет желобов для промывочной воды.

Напорные фильтры, выполненные вертикально или горизонтально, имеют стальные цилиндрические кожухи и выпуклые головки. Вертикальные напорные фильтры (см. Рис. 6-2) имеют диаметр от 1 до 10 футов с производительностью до 300 галлонов в минуту при скорости фильтрации 3 галлона в минуту / фут².Горизонтальные напорные фильтры, обычно диаметром 8 футов, имеют длину 10-25 футов и пропускную способность от 200 до 600 галлонов в минуту. Эти фильтры разделены на отсеки, чтобы обеспечить индивидуальную обратную промывку. Вода для обратной промывки может быть возвращена в осветлитель или умягчитель для восстановления.

Напорные фильтры обычно работают при рабочем расходе 3 галлонов в минуту / фут². Двойные или мультимедийные фильтры рассчитаны на 6-8 галлонов в минуту / фут². При температуре окружающей среды рекомендуемая скорость обратной промывки фильтра составляет 6-8 галлонов в минуту / фут² для антрацита и 13-15 галлонов в минуту / фут² для песка.Антрацитовые фильтры, связанные с горячими умягчителями, требуют скорости обратной промывки 12-15 галлонов в минуту / фут², поскольку вода менее плотная при повышенных рабочих температурах. Не используйте холодную воду для обратной промывки горячего технологического фильтра. Это вызовет расширение и сжатие системы металлургии, что приведет к усталости металла. Кроме того, насыщенная кислородом холодная вода ускорит коррозию.

ФИЛЬТРЫ UPFLOW

Установки с восходящим потоком содержат одну фильтрующую среду — обычно зернистый песок.Самый мелкий песок находится в верхней части пласта, а самый крупный — внизу. Гравий удерживается решетками в фиксированном положении в нижней части агрегата. Функция гравия заключается в обеспечении надлежащего распределения воды во время рабочего цикла. Другая сетка над отсортированным песком предотвращает псевдоожижение среды. Нагнетание воздуха во время очистки (не считается обратной промывкой, поскольку направление потока такое же, как и во время эксплуатации) способствует удалению твердых частиц и реклассификации фильтрующего материала.Во время работы более крупные и крупные твердые частицы удаляются на дне слоя, в то время как более мелкие твердые частицы могут проникать дальше в среду. Типичный рабочий расход составляет 5–10 галлонов в минуту / фут². Пример этого устройства показан на рисунке 6-3.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Несколько производителей разработали гравитационные фильтры с автоматической обратной промывкой при заранее заданной потере напора. Потеря напора (уровень воды над средой) приводит в действие сифон обратной промывки и забирает промывочную воду из хранилища вверх через слой и через сифонную трубу в отходы.Низкий уровень в секции накопителя обратной промывки приводит к поломке сифона, и фильтр возвращается в работу.

Автоматические гравитационные фильтры доступны в диаметрах до 15 футов. При оснащении высокопроизводительной многослойной средой один блок большого диаметра может фильтровать до 1000 галлонов в минуту. Пример показан на рисунке 6-4.

ФИЛЬТРЫ НЕПРЕРЫВНОЙ ОЧИСТКИ

Системы фильтров непрерывной очистки исключают периоды обратной промывки в автономном режиме за счет непрерывной обратной промывки секций фильтра или частей фильтрующего материала в оперативном режиме.Были представлены различные дизайны. Пример показан на рисунке 6-5.

ФИЛЬТР ПРОМЫВКИ-ГРАВИТАЦИОННЫЕ ФИЛЬТРЫ

Периодическая промывка фильтров необходима для удаления накопившихся твердых частиц. Неадекватная очистка приводит к образованию постоянных комков, постепенно снижающих фильтрующую способность. При сильном загрязнении носитель необходимо очистить химическим способом или заменить.

Для очистки фильтров с нисходящим потоком, чистая вода принудительно возвращается вверх и проходит через среду.В обычных гравитационных установках вода обратной промывки поднимает твердые частицы со слоя в промывные желоба и уносит их в отходы. Может использоваться любой из двух методов обратной промывки, в зависимости от конструкции опорной конструкции для среды и доступного дополнительного оборудования:

  • Высокопроизводительная обратная промывка, которая расширяет среду как минимум на 10%. Скорость обратной промывки 12-15 галлонов в минуту / фут² или выше обычно для песка, а скорость для антрацита может варьироваться от 8 до 12 галлонов в минуту / фут².
  • Низкая скорость обратной промывки, без видимого расширения слоя, в сочетании с продувкой воздухом.

Если для обратной промывки используется только вода, обратной промывке может предшествовать промывка поверхности. При мойке поверхностей сильные струи воды под высоким давлением из неподвижных или вращающихся форсунок способствуют разрушению корки поверхности фильтра. После мытья поверхностей (если есть условия для мытья поверхностей), устройство подвергается обратной промывке в течение примерно 5-10 мин. После обратной промывки небольшое количество промывочной воды отфильтровывается в отходы, и фильтр возвращается в эксплуатацию.

Высокая скорость обратной промывки может вызвать образование комков бурового раствора внутри фильтрующего слоя.Высокая скорость обратной промывки и результирующее расширение слоя могут создавать случайные токи, при которых определенные зоны расширенного слоя перемещаются вверх или вниз. Покрытые коркой твердые частицы с поверхности могут уноситься вниз, образуя шарики грязи. Эффективная мойка поверхностей помогает предотвратить это состояние.

Очистка воздухом с низкой скоростью обратной промывки может разрушить поверхностную корку без образования случайных токов, если дренажная система спроектирована для равномерного распределения воздуха. Твердые частицы, удаленные из среды, собираются в слое воды между поверхностью среды и промывочными каналами.После прекращения подачи воздуха эта грязная вода обычно вымывается за счет увеличения скорости потока воды для обратной промывки или за счет поверхностного слива. Потребление промывочной воды примерно одинаково, независимо от того, используется ли обратная промывка только вода или воздух / вода.

ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЕ РАЗЪЯСНЕНИЕ

Проточная очистка — это удаление взвешенных твердых частиц путем добавления поточного коагулянта с последующей быстрой фильтрацией. Этот процесс также называют поточной фильтрацией или контактной фильтрацией.В процессе удаляются взвешенные твердые частицы без использования отстойников. Коагуляция может быть достигнута при поточном осветлении одним из двух методов:

  • неорганическая соль алюминия или железа, используемая отдельно или с высокомолекулярным полимерным коагулянтом
  • сильно катионный органический полиэлектролит

Поскольку гидроксиды металлов образуют осадки, с программами для неорганических коагулянтов следует использовать только двухкомпонентные фильтры. Частицы хлопьев должны обрабатываться в фильтрах с крупными и мелкими фракциями, чтобы предотвратить быстрое засорение фильтра и устранить трудности с обратной промывкой.Если используется высокомолекулярный полимерный коагулянт, скорость подачи менее 0,1 ppm максимизирует удаление твердых частиц за счет увеличения размера хлопьев и содействия абсорбции частиц внутри фильтра. Этот метод фильтрации позволяет легко получить мутность сточных вод менее 0,5 NTU. Рисунок 6-6.

Второй метод предварительной обработки коагулянта включает использование одного химического вещества — сильно заряженного катионного полиэлектролита. При такой обработке не образуются осаждающиеся хлопьевидные частицы, и обычно образование хлопьев во входящем потоке фильтра не наблюдается.Твердые частицы удаляются в слое путем адсорбции и флокуляции коллоидного вещества непосредственно на поверхности песка или антрацита. Процесс можно представить как заполнение поверхностей фильтрующего слоя положительными катионными зарядами для создания сильного притяжения отрицательно заряженных частиц. Поскольку гелеобразные осадки гидроксида не присутствуют в этом процессе, для очистки полиэлектролитов подходят однослойные фильтры или фильтры с восходящим потоком.

Встроенное осветление — отличный способ повысить эффективность удаления твердых частиц из мутных поверхностных вод.Уровни мутности сточных вод менее 1 NTU являются обычными для этого метода.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ

Предварительная фильтрация используется для удаления из воды очень мелких твердых частиц, частиц масла и даже бактерий. Этот метод применим только для относительно небольшого количества воды с низкой концентрацией загрязняющих веществ.

Предварительная фильтрация может использоваться после обычных процессов осветления для получения воды с очень низким содержанием взвешенных твердых частиц для конкретных требований применения.Например, фильтры предварительной очистки часто используются для удаления масла из загрязненного конденсата.

При предварительной фильтрации среда предварительного покрытия, обычно диатомовая земля, действует как фильтрующая среда и образует корку на проницаемой основе или перегородке. Основание должно предотвращать прохождение среды предварительного покрытия, не ограничивая поток отфильтрованной воды, и должно выдерживать высокие перепады давления. В качестве основных материалов используются фильтровальные ткани, пористые каменные трубки, пористая бумага, проволочные сетки и проволочные трубы.

Несущий основной материал сначала покрывается суспензией среды для предварительного покрытия. Дополнительная суспензия (основная масса) обычно добавляется во время работы фильтра. Когда скопление вещества, удаленного фильтрацией, вызывает высокий перепад давления на фильтре, покрытие фильтра удаляется обратной промывкой. Затем на фильтрующий слой наносится предварительное покрытие и он возвращается в эксплуатацию. Химические коагулянты обычно не нужны, но используются там, где требуется сверхчистый сток.

Рисунок 6-1.Типовая установка гравитационного фильтра. (С любезного разрешения Roberts Filter Manufacturing Co.)

Икс

Рисунок 6-2. Напорный песочный фильтр вертикального типа. (Предоставлено Permutit Company, Inc.)

Икс

Рисунок 6-3. Встроенный фильтр с восходящим потоком. (Любезно предоставлено L’Eau Claire Systems, Inc.)

Икс

Рисунок 6-4. Моноклапанный гравитационный фильтр. (Предоставлено Graver Div., Ecodyne Corporation.)

Икс

Рисунок 6-5. Фильтр непрерывной очистки DynaSand.(С любезного разрешения Parkson Corp.)

Икс

Рисунок 6-6. Принципы фильтрации диатомита. (С любезного разрешения Johns-Manville Corp.)

Икс

Анализ размера песка для местных систем очистки сточных вод

Во многих районах Огайо естественная почва недостаточно глубокая, чтобы полностью очистить сточные воды. В сельских домах и на предприятиях может потребоваться установка системы очистки сточных вод, если система септик-выщелачивающая линия не может быть использована. Один из вариантов — песочные биореакторы.Чтобы узнать больше, обратитесь к бюллетеню 876, «Биореакторы песка и среды для очистки сточных вод для сообществ Огайо», , доступному на setll.osu.edu или estore.osu-extension.org.

Рис. 1. Примеры песка с разным коэффициентом однородности.

Распределение по размерам — одна из наиболее важных характеристик обрабатывающих сред. Засорение песчаного биореактора обычно является результатом использования слишком мелкого песка, слишком большого количества мелких частиц, слабой или пластинчатой ​​структуры.Самая важная особенность песка — это не зерна, а поры, которые он создает. Очистка сточных вод происходит на песчаных поверхностях, где задерживаются взвешенные твердые частицы, растут микроорганизмы, а через них проходят воздух и вода. Определение гранулометрического состава песчаных частиц является прямым измерением структуры песчаной среды. Обычно его измеряют как эффективный размер и коэффициент однородности.

Эффективный размер данного образца песка — это размер частиц, при котором 10% частиц в этом образце (по весу) меньше, а 90% больше.Обычно это обозначается как D10. Распределение по размерам представлено коэффициентом однородности, который позволяет вам увидеть, насколько хорошо сортируется ваш образец песка. Для этого нужно взять D60 и разделить на D10. На рисунке 1, например, представлены два типичных состояния. Верхнее изображение со всеми песчинками одинакового размера имеет коэффициент однородности, равным 1. Нижнее изображение с песком разного размера имеет коэффициент однородности больше 1.

Агентство по охране окружающей среды штата Огайо требует, чтобы владельцы и операторы песчаных биореакторов использовали сертифицированный песок, который прошел ситовый анализ и удовлетворял критериям одного из следующих стандартов:

  1. ASTM C136, «Стандартный метод испытаний для ситового анализа мелких и крупных агрегатов»; или
  2. ASTM D451, «Стандартный метод ситового анализа гранулированного минерального покрытия для асфальтовых кровельных материалов»
Как проводится ситовой анализ?
Аппарат
Таблица 1.Номер сита (ASTM — E11) и размер ячейки
Размер ячейки (мм) Размер ячейки (мм) Размер ячейки (мм) Размер ячейки (мм)
1 « 25,0 7 2,80 20 0.85 60 0,250
3/4 дюйма 19,0 8 2,36 25 0,71 80 0,180
1/2 « 12,5 10 2,00 30 0,60 100 0,150
3/8 дюйма 9,5 12 1.70 35 0,50 120 0,125
4 4,75 14 1,40 40 0,425 140 0,106
5 4,00 16 1,18 45 0,355 170 0,090
6 3.35 18 1,00 50 0,300 200 0,075
  • Весы (или весы) — точность 0,1 г
  • Сито № 200
  • Комплект сит, крышка и приемник
  • Выберите подходящие размеры сита (таблица 1), чтобы получить необходимую информацию, как указано, например, №№ 3/8 ​​дюйма, 4, 10, 20, 40 и 60
  • Сушильный шкаф 110 +/– 5 ° C (230 +/– 9 ° F)
  • Металлические кюветы — по одной для каждого размера сита, плюс одна для образца
  • Механический встряхиватель сит (опция)
Метод
  1. Пометьте металлические чашки для образцов (W P ) номером или размером сита, взвесьте и отложите.
  2. Начните с примерно 100-граммового образца песка. Насыпьте песок в металлический поддон и просушите его в духовке при 105–115 ° C в течение двух часов. Взвесьте образец сухого песка чашей (W 0 ). Затем вычтите вес сковороды: W DS0 = W 0 — W P0 .
  3. Заполните поддон и отшлифуйте образец водопроводной водой, встряхните и слейте промывочную воду через сито № 200. Вымойте материал, оставшийся на сите, обратно в кастрюлю. Повторите несколько раз, пока промывочная вода не станет прозрачной. Снова высушите образец в сушильном шкафу 105–115 ° C в течение двух часов.Взвесьте сухой промытый песок в кастрюле (W 1 ). Затем вычтите вес сковороды: W DS = W 1 — W P0 . Вычтите из W DS0 , чтобы определить вес штрафов: W F = W DS0 — W DS .
  4. Установите набор сит от наибольшего размера ячеек до наименьшего с поддоном под нижним ситом (рис. 2). Поместите образец на верхнее сито. Накройте верхнее сито крышкой.
  5. Встряхивать штабелированные сита, трясти, толкать и трясти вручную или с помощью механических устройств.Держите песок в непрерывном движении в течение достаточного периода времени, пока не более 1% по весу остатка на каждом отдельном сите пройдет через это сито в течение 1 минуты дополнительного ручного просеивания. Этому критерию обычно соответствует от пяти до десяти минут первоначального просеивания.
  6. Вылейте песок с каждого сита в промаркированные чашки для взвешивания. Взвесьте и определите вес образца (W S ), вычтя вес чаши: W S = W — W P .
Учет и расчет

Запишите все веса в разделе «Отчет» этого информационного бюллетеня и определите процент, переходящий к 0.1% за каждое сито по:

Процент материала, оставшегося на сите = (W S / W DS ) x 100%

Процент прохождения = процент прохождения следующего по величине сита — процент, оставшийся на сите

Изобразите процентный результат прохождения для каждого сита (заштрихованные синим цветом участки в таблице) на полулогарифмической бумаге, как показано на рисунке 3. Найдите на графике эффективный размер как D10, где только 10% образца имеют меньший размер. Также по графику найдите D60, где 60% выборки имеют меньший размер.Коэффициент однородности — D60 / D10.

Рис. 2. Для анализа песка используются сита с отверстиями разного размера. Сита расположены сверху вниз от наибольшего к наименьшему.

ОТЧЕТ

Эффективный размер = D10 =

Коэффициент однородности = D60 / D10 =

ПРИМЕР:

Таблица 2. Анализ размера частиц песка — расчет процента прохождения выбранных сит.

Рисунок 3. График анализа песчаных сит для определения эффективного размера и коэффициента однородности

Всего сухой промытый песок: 120,00 г

Эффективный размер = 0,32 мм

Коэффициент однородности = 1,25 / 0,32 = 3,91

Версия этого информационного бюллетеня на китайском языке доступна по адресу setll.osu.edu/sites/setll/files/imce/Chinese%20version%20sand%20analysis.pdf.

Sand Filter — обзор

8.4.1.1 Песочные фильтры под давлением

Песочные фильтры под давлением (PSF) используются во многих промышленных приложениях, в том числе на установках DM, и часто в народе называются быстросменными фильтрами с песчаным слоем . APSF состоит из резервуара высокого давления, который обычно бывает вертикальным или горизонтальным, в редких случаях, в зависимости от компоновки завода. Сосуды фильтра обычно представляют собой сварную конструкцию из мягкой стали, футерованную резиной / эпоксидной смолой. Над глубиной фильтрующего слоя обеспечивается минимум 50% надводного борта для обеспечения эффективной обратной промывки.

Гранулированный кварцевый песок и антрацит, поддерживаемые слоями градуированного подстилающего слоя, состоящего из гальки и гравия, снабжены водоприемником наверху. Поступающая вода равномерно распределяется по поперечному сечению фильтра, чтобы гарантировать отсутствие предпочтительных путей прохождения жидкости, где песок может быть смыт и подвергнуть опасности действие фильтра. Нижняя дренажная система предназначена для сбора фильтрованной воды.

Выбор размера зерна песка важен, потому что более мелкие зерна песка обеспечивают увеличенную площадь поверхности и, следовательно, большую дезактивацию на выходе для воды, что, с другой стороны, требует дополнительной энергии перекачивания для продвижения жидкости через слой.Пытаясь найти компромисс, размер зерна обычно выбирают в диапазоне от 0,5 до 1,50 мм. Глубина песчаного слоя от ~ 0,5 до 2,0 м рекомендуется независимо от области применения, при которой соотношение кварцевого песка и антрацита составляет ~ 7-50.

Неочищенная вода течет вниз через фильтрующий слой, а взвешенные вещества задерживаются на песке. поверхности и между песчинками непосредственно под поверхностью. Фильтры с песчаным слоем быстрого давления обычно работают при давлении подачи от 1 до 4 кг / см 2 .Перепад давления (DP) на чистом песчаном пласте обычно незначительно низок. DP постепенно увеличивается для данной скорости потока по мере захвата твердых частиц в слое; он может быть неоднородным по глубине. По очевидным причинам накопление будет больше на более высоком уровне, при этом градиент концентрации будет быстро убывать.

Этот тип фильтра улавливает частицы вплоть до очень мелких. Фактически не существует истинного предельного размера, ниже которого частицы не задерживались бы. Интересно, что форма характеристической кривой эффективности в зависимости от размера фильтрующих частиц является U-образной, с самой высокой скоростью улавливания для самых маленьких и самых крупных частиц с падением между ними для частиц среднего размера.Когда потеря давления или расход недопустимы, это определяется по падению давления в PSF, составляющему ~ 0,5 кг / см 2 . Затем фильтр выводится из эксплуатации, и его очистка осуществляется путем реверсирования потока или промывки слоя обратной промывкой или промывкой под давлением для удаления скопившихся частиц. Обратная промывка напорных фильтров обычно выполняется каждые 24 часа, когда система находится в рабочем состоянии.

Во время обратной промывки песок становится псевдоожиженным, и объемное расширение может достигать примерно 30%, что позволяет зернам песка смешиваться, а твердые частицы уносятся, когда они начинают тереться друг о друга.Затем более мелкие твердые частицы вытесняются промывочной жидкостью. Требуемый поток псевдоожижения обычно составляет от 5 до 30 м 3 / ч / м 2 площади фильтрующего слоя, в зависимости от глубины слоя, в течение короткого периода (т.е. только в течение нескольких минут). Жидкость для обратной промывки фильтра подается в общую впускную камеру насосов сырой воды. Процесс обратной промывки может вызвать потерю песка, хотя и не очень заметную, что потребует периодического добавления песка в пласт.

Чтобы облегчить очистку слоя, операции обратной промывки часто предшествует перемешивание воздуха через нижнюю дренажную систему.В процессе очистки воздух перемешивает песок с очищающим действием, разрыхляя захваченные частицы. После обратной промывки фильтр снова готов к работе. Для ТЭС мощностью 500 МВт типичный расход обратной промывки будет составлять от 25 до 30 м 3 / час / м 2 площади слоя, а расход воздуха будет составлять 50 м 3 / час / м 2 площади фильтрующего слоя.

404 Страница ошибки


Импакт-фактор журнала: 1,30 *, ICV: 107,21, рейтинг NAAS: 3.75

Journal of Industrial Pollution Control — это дважды в год рецензируемый онлайн-журнал с открытым доступом, известный благодаря быстрой публикации инновационных исследований, охватывающих все аспекты загрязнения, которые могут возникнуть в результате промышленного производства, доставки и потребления, включая почву, воду, воздух и необходимо принять меры для минимизации его воздействия на человечество в целом и на планету Земля в частности.

Journal of Industrial Pollution Control подробно публикует сложные вопросы контроля промышленного загрязнения, уделяя при этом большое внимание областям, включая процессы очистки сточных вод, характеристики, мониторинг и исследования по очистке промышленных стоков, контроль загрязнения воздуха, экологическую токсикологию, экологическое законодательство, переработку и повторное использование сточные воды, биоремедиация, изменение климата и гигиена труда.

Этот журнал с наивысшим импакт-фактором удовлетворяет потребности автора за счет максимальной видимости статьи, поскольку он индексируется в престижных базах данных, включая EBSCO Publishing USA , Chemical Abstracts USA , Cambridge Science Abstracts , Ecology Abstracts , Pollution Abstracts , Geological Abstracts , International Development Abstracts , Oceanographic Literature Review , Indian Science Abstracts , Niscair, India .Журнал также представлен в Uhlrich International Periodical Directory, Великобритания, Gale Directory, Великобритания, и в каталоге периодических изданий SAARC

Journal of Industrial Pollution Control аккредитован Национальной академией сельскохозяйственных наук, NAAS, Индия .

Журнал нацелен на публикацию наиболее полного и надежного источника информации об открытиях и текущих разработках в виде исследовательских работ, обзоров, технических статей, историй болезни, кратких сообщений и т. Д.по всем аспектам данной области, делая их доступными в Интернете для исследователей со всего мира.

В этом научном издательском журнале для обеспечения качества процесса рецензирования используется система редакционного менеджера. Система редакционного менеджера — это онлайн-рецензирование рукописей, отслеживающее продвижение статьи. Обработка рецензий осуществляется членами редакционной коллегии журнала Journal of Industrial Pollution Control или сторонними экспертами; Для принятия любой цитируемой рукописи требуется одобрение как минимум двух независимых рецензентов, за которыми следует редактор.Авторы могут отправлять рукописи и отслеживать их продвижение через систему, надеюсь, до публикации. Рецензенты могут скачивать рукописи и отправлять свое мнение редактору. Редакторы могут управлять всем процессом подачи / рецензирования / исправления / публикации.

Отправьте рукопись по адресу
https://www.scholarscentral.org/submissions/industrial-pollution-control.html

Производительность скоростного песочного фильтра — единичная среда для удаления микропластика | Водоснабжение

В настоящее время количество пластиковых отходов увеличивается в водной среде, включая океаны и водоемы.Пластиковые отходы включают не только более крупный пластиковый мусор, но и более мелкие пластиковые частицы, обычно называемые микропластиками (Eerkes-Medrano et al. 2015). Микропластики (МП) — это пластмассы размером менее 5 мм, которые могут быть образованы в результате промышленного производства или фрагментированы из более крупных пластмасс (Crawford & Quinn 2017).

Источником ПД в водные объекты может быть водозабор из сточных вод, например, с дорог или сельскохозяйственных, промышленных и городских районов выше по течению.Ливневые стоки отводятся в водоприемники, такие как реки и озера, которые могут использоваться в качестве основных источников неочищенной воды (Browne et al. 2011; Eriksen et al. 2013; Kole et al. 2017).

Микропластики могут представлять серьезную угрозу, особенно для людей из-за способности депутатов поглощать органические загрязнители, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) и гексахлорциклогексан (ГХГ) ( Идальго-Рус и др. 2012). Галлоуэй (2015) объяснил, что МП могут попадать в организм человека через пищеварительную или респираторную систему, поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы предотвратить распространение МП из воды, особенно из водоснабжения.

Конфигурация установок очистки питьевой воды состоит из нескольких этапов, таких как предварительное осаждение, коагуляция и флокуляция, осаждение, фильтрация и дополнительные этапы, такие как хлорирование.Есть только несколько исследований, которые объясняют эффективность удаления депутатов из каждого процесса DWTP. Большинство исследований касается наличия и встречаемости МП в DWTP (Oßmann et al. 2018; Pivokonsky et al. 2018; Schymanski et al. 2018; Mintenig et al. 2019). Быстрый песочный фильтр (RSF), как один из блоков обработки в серии DWTP, считается эффективным для удаления MP. Однако деятельность RSF исключительно по смещению депутатов не исследовалась.Ма и др. (2019) исследовали удаление MP при коагуляции и ультрафильтрации в DWTP. Поскольку RSF интенсивно используется в Индонезии, в этой статье будет исследована эффективность RSF в DWTP.

Перед быстрой фильтрацией через песок образцы обрабатываются в производственной установке и в таких процессах, как предварительное осаждение, коагуляция и флокуляция, а также седиментация. Таким образом, в этом исследовании также было проведено предварительное исследование, чтобы показать удаление МП в процессах, предшествующих RSF.

Talvitie et al. (2017) провела исследование эффективности удаления ТУ из очистных сооружений путем сравнения четырех передовых (третичных) обработок после первичной и вторичной очистки. Эффективность удаления МП мембраной биореактора (MBR) составляет около 99,9%; быстрый песчаный фильтр (RSF) составляет около 97%; флотация растворенного воздуха (DAF) составляет около 95%, а дисковый фильтр (DF) составляет около 40–98,5%. В этом исследовании использованная операция удаления MP представляет собой односредовый RSF, поскольку предполагается, что эта обработка является эффективной, экономичной и подходящей технологией для сточных вод, а также для очистки питьевой воды.

В качестве фильтрующего материала используется кварцевый песок, потому что кварцевый песок легко достать и имеет меньшую пористость (Droste 1997). Это исследование направлено на анализ эффективности и механизма процесса RSF при удалении MPs и анализ влияния переменных исследования на производительность фильтрующих материалов. Переменными в этом исследовании были тип и размер MP, размер фильтрующего материала, время фильтрации и скорость фильтрации.

Образцы микропластика, использованные в этом исследовании, были искусственно изготовлены из пластиковых пакетов для покупок и мотоциклетных шин.На основе модели, проведенной Siegfried et al. (2017), наиболее распространенными видами МП, отводимыми в водоемы, были отщепы шин. На основании исследования Пивоконского и соавт. (2018), тип пластмассовых осколков чаще всего встречается в сырой воде.

Пластиковые пакеты для покупок измельчали ​​с помощью терки и блендера, а покрышку мотоцикла измельчали ​​с помощью измельчителя. Промывку убрали вручную.Затем чистые образцы просеивали с использованием стандартных сит 100, 70 и 40 с размером отверстий 150, 212 и 425 мкм соответственно. Диапазон размеров был установлен на основе исследования Stundt et al. (2014) и Verschoor et al. (2016), который сообщил, что размер хлопьев шин, обнаруженных на поверхности дороги, составляет от 10 до 400 мкм. Искусственные MP добавляли в пробы водопроводной воды.

Образец отбирали в стеклянную колбу объемом 500 мл.Затем образец фильтровали на бумажном фильтре Whatman GF / C с использованием вакуумного фильтра. Фильтровальную бумагу с указанными выше МП переносили в чашку Петри и сушили в печи при 105 ° C в течение приблизительно 30 минут для удаления влаги с фильтровальной бумаги. Высушенную фильтровальную бумагу наблюдали для идентификации типа, количества и размера MP с помощью светового бинокулярного микроскопа (Olympus CX-21) при 100-кратном увеличении. Количество наблюдаемых МП выражалось как количество МП на литр образцов.

В данном исследовании определение типа полимера MPs не проводилось; Идентификация депутатов ограничивалась его формой. Horton et al. (2017) пришел к выводу, что МП можно идентифицировать по их цвету, который контрастирует с окружающей средой, а также по их форме, такой как хлопья, фрагменты или волокна.

Предварительная очистка направлена ​​на моделирование ряда установок очистки воды до того, как вода пройдет через установку фильтрации.Предварительная обработка включает предварительное осаждение, коагуляцию-флокуляцию и осаждение. В этом исследовании образцы подвергались двум обработкам, а именно добавлению бентонита и без добавления бентонита. На стадии предварительного осаждения образец отстаивали в течение двух часов, затем подсчитывали осевшие MP.

Первым этапом этого предварительного исследования было предварительное осаждение. Удаление микропластика на стадии предварительного осаждения было аналогично выделению твердых частиц при обработке сырой воды и сточных вод под действием силы тяжести.Осаждение дискретных частиц происходит в блоке предварительного осаждения (Metcalf & Eddy 1991; Kawamura 2000). На осаждение частиц влияют размер частиц, форма частиц (плоская, круглая или неправильная), плотность, удельный вес жидкости, вязкость жидкости, концентрация частиц в жидкости, свойства частиц в суспензии и температура. Размер и форма частиц будут влиять на отношение поверхности к объему частиц. Температура влияет на вязкость и удельный вес жидкости.

Исследования, связанные с процессом осаждения МП в поверхностных водах, были смоделированы по той же схеме, что и естественные частицы (Hoellein et al. 2019). При анализе на основе факторов, влияющих на процесс осаждения, MP обычно имеют те же свойства, что и дискретные частицы. Как пояснил Григорий в статье Чубаренко и др. (2016), общее движение частиц МП в морской среде вызывается физическими силами, такими как гравитация, выталкивающая сила Архимеда и сила сопротивления, где силы зависят от характеристик частиц.Депутаты с низкой плотностью населения, как правило, проводят долгое время на уровне моря. Осадка МП варьируется в зависимости от характеристик МП, таких как типоразмер (Идальго-Рус и др. 2012). Скорость осаждения МП варьируется в зависимости от типа, формы, плавучести и наличия биопленки в МП в водоемах (Hoellein et al. 2019).

Супернатант от предварительного осаждения затем был направлен на процессы коагуляции, флокуляции и осаждения.Стил и МакГи (1985) объясняют, что процесс коагуляции — это физико-химический процесс, состоящий из смешивания химикатов с очищенной водой с последующим быстрым перемешиванием в виде смешанного раствора, в то время как флокуляция — это медленный процесс перемешивания для увеличения контакта между частицами, поэтому как увеличить их агломерацию. Несколько факторов, которые влияют на процесс коагуляции-флокуляции, включают температуру, форму коагулянта, уровень мутности и силу перемешивания (Manurung 2012).

Процессы коагуляции, флокуляции и седиментации проводились в стандартном испытательном аппарате с сосудом.При коагуляции добавляли 1% квасцов (30 частей на миллион) и образец быстро перемешивали (120 об / мин), затем скорость перемешивания снижали до медленного перемешивания (40 об / мин). Следили за тем, чтобы pH оставался в оптимальном диапазоне для коагуляции (5,5–7,0). Затем образец оставляли на два часа на стадии осаждения. Кроме того, оседающие ПД на этом этапе были подсчитаны для расчета разницы между начальными ПД и заключительной стадией предварительной обработки как эффективность удаления ПД.

Анализ фильтрующих материалов состоит из ситового анализа и анализа распределения фильтрующих материалов.Ситовой анализ проводился с использованием механического ситового анализатора, и результаты измерений отображались на кривой накопления распределения фильтрующего материала. На основании графика были получены значения эффективного размера (ES = D 10 ) и коэффициента однородности (UC = D 60 / D 10 ) для каждого фильтрующего материала. Результаты анализа фильтрующих материалов представлены в таблице 1.

Так же, как и при удалении пластиковых хлопьев, процент удаления МП с чешуек также колеблется (рис. 8). Процент удаления колеблется от 76,47 до 93,55%.Наибольшее удаление происходит при скорости фильтрации 4 м / ч после работы реактора в течение 10 часов, что составляет 93,55%, а наименьшее удаление происходит при скорости фильтрации 8 м / час после работы реактора в течение 5 часов. часов, что равно 76,47%.

Аналогично удалению МП в фильтрующих материалах ES 0,39 мм, процент удаления МП от хлопьев пластика (90,53–96,58%) выше, чем от хлопьев шин (76.47% –93,55%). Частицы MPs пластиковых хлопьев были больше, чем частицы хлопьев шин, поэтому было более вероятно, что удаление пластиковых хлопьев будет выше. Похоже, что размер — важный параметр для механизма экранирования поверхности.

Для удаления твердых частиц с помощью гранулированной среды задействованы три процесса, а именно транспортировка, которая включает в себя процесс броуновского движения; осаждение и притяжение между частицами; способность к прилипанию, включая механическое растяжение, адсорбцию (физико-химические) и биологические процессы, и способность сопротивляться, включая столкновения между частицами и силы отталкивания.Результаты этих экспериментов показывают в основном механическое деформирование. Притяжение, столкновения и сила отталкивания еще не доказаны этим исследованием.

В процессе быстрой песчаной фильтрации удаление частиц в основном вызвано физическими процессами, хотя все еще существует возможность возникновения физико-химических процессов из-за присутствия сил Ван-дер-Ваальса (Twort et al. 2006).Как также объяснили Schmitt & Shinault (1996), процесс отбора определяется двумя основными физическими принципами. Во-первых, относительно крупные взвешенные частицы задерживаются между песчинками при прохождении через фильтрующий материал (механическое натяжение). Во-вторых, более мелкие частицы прикрепляются к поверхности песчинок под действием сил Ван-дер-Ваальса (физическая адсорбция). Химический вспомогательный фильтрующий агент (например, коагулянт или флокулянт) может быть добавлен для увеличения дополнительной силы адгезии.

В этом исследовании использовались два варианта размера фильтрующего материала. После просеивания было обнаружено, что значение ES (эффективный размер) составляло 0,39 мм и 0,68 мм с пористостью 0,431 и 0,451 соответственно. Микропластики, использованные в этом исследовании, происходили из искусственных образцов, а именно из пластиковых хлопьев и хлопьев шин с вариациями размеров <50 мкм, (50–100 мкм), (100–200 мкм), (200–300 мкм), (300–300 мкм). 400 мкм), (400–500 мкм) и> 500 мкм.Четыре варианта скорости фильтрации тестируются в течение 10 часов.

Исходя из средней классификации размеров на входе и выходе, преобладающий размер на входе составляет 101–200 мкм, тогда как на выходе преобладающий размер пластиковых хлопьев составляет 50–100 мкм (Таблица 3). Видно, что средний размер МП, которые еще проходят через фильтрующий материал, составляет ≤200 мкм. Также очевидно, что мелкие частицы легче проникают через фильтр во всем диапазоне скоростей фильтрации.По сравнению с Talvitie и др. . (2017), размер MP, которые все еще проходят через фильтрующий материал, составляет <100 мкм. Размер песчаного фильтрующего материала на станции очистки сточных вод Talvitie et al . (2017) составляет 0,1–0,5 мм при глубине 50 см. Тогда как в документе Пивоконский и др. . (2018) для трех изученных DWTP среднее количество выживших MP было <50 мкм. Но характеристики песка, используемого в качестве фильтрующего материала, не объясняются. Оба Talvitie и др. . (2017) и Пивоконский и др. .(2018) изучали полномасштабную очистную установку, способную удалять более мелкие частицы MP по сравнению с быстрым песчаным фильтром. Полномасштабное исследование может удалить более мелкие частицы MP лучше, чем только быстрый песчаный фильтр.

Таблица 3

Распределение размеров на входе и выходе для ES 0,39 и ES 0,68

Вариация песка . ES (мм) . UC . Плотность (г / см 3 ) . Пористость .
1 0,68 1,617 2,542 0,451
2 0,39 1,692 2,491 . ES (мм) . UC . Плотность (г / см 3 ) . Пористость .
1 0,68 1,617 2,542 0,451
2 0,39 1,692 2,491

При сравнении результатов ситового анализа с критериями проектирования RSF из Reynolds & Richards (1996), Droste (1997) и Tchobanoglous et al. . (2003), значения ES, UC и пористость песка, это исследование соответствует требованиям RSF. Значение ES (D 10 ) — это размер верхнего фильтрующего материала, который считается наиболее эффективным для отделения примесей, которые проходят через фильтрующий материал, а значение UC — это значение однородности фильтрующего материала, выраженное соотношением Д 60 / Д 10 . Рейнольдс и Ричардс (1996) описали критерии проектирования для RSF r; Значения ES находятся в диапазоне 0,35–0,70 мм, а значение UC <1.7. Исходя из критериев проектирования, результаты анализа сит показывают, что кварцевый песок может использоваться в качестве фильтрующей среды в данном исследовании.

Расчетный критерий пористости фильтрующего материала для RSF составляет 0,42–0,47 (AWWA 1990), поэтому, исходя из таблицы 1, два варианта песчаного материала соответствовали категории фильтрующего материала для RSF. Пористость фильтрующего материала сильно влияет на эффективность удаления частиц песочными фильтрами. Crittenden et al. (2012) объясняют, что расположение между фильтрующими материалами вызовет деформацию, когда отношение диаметра частиц к диаметру фильтрующего материала больше 0,15. Эффективный размер самого маленького материала, указанного в RSF, обычно составляет около 0,5 мм, при этом фильтрующий материал такого размера не может удерживать частицы размером менее 30–80 мкм.

Судя по результатам (рис. 3), удаление хлопьев шин было больше, чем хлопьев пластикового пакета.Это может быть вызвано различиями в форме, размере и удельном весе. Хлопья покрышек были неправильной формы и были толще, чем хлопья пластика. Однако измерения толщины не проводились для обоих типов МП, поэтому сравнение по толщине проводить нельзя.

Рисунок 3

Удаление микропластика в процентах.

Рисунок 3

Удаление микропластика в процентах.

Помимо форм МП, различия в процентном удалении могут быть вызваны различиями в плотности.Согласно литературным данным, удельный вес шин составлял 1,9–2,5 г / см 3 , в то время как плотность пластика (пластиковые пакеты изготавливались из широко используемого полиэтилена, LDPE) составляла 0,92–0,94 г / см 3 ( Кроуфорд и Куинн 2017). Хлопья шины имеют больший удельный вес, поэтому в процессе предварительного осаждения оседает больше мусора, до 89%.

Квасцы используются в качестве коагулянта в этом исследовании.Квасцы легко растворяются в воде и легко образуют ионы Al 3+ и сульфат (SO 4 ). Ионы Al 3+ в воде гидролизуются до Al (OH) 3 в коллоидной форме. Согласно Manurung (2012), механизм коагуляции подразделяется на химические и физические процессы. Согласно химическому процессу, коллоиды получают электрический заряд на своей поверхности за счет химической ионизированной группы, а коагуляция происходит из-за химического взаимодействия между коллоидными частицами и коагулянтами.

Заряд коллоидных частиц, вызывающих помутнение воды, одинаков, поэтому, если ионная сила в воде низкая, коллоиды останутся стабильными. Теоретически коагуляция происходит за счет уменьшения силы.

Пластмассы и некоторые другие материалы, такие как ткань и стекло, являются изоляторами. Изоляторы — это материалы, которые нелегко выделяют электроны.В этом исследовании тест на дзета-потенциал МП не проводился, поэтому механизм, почему добавление коагулянта (квасцов) не повлияло на удаление МП в этом исследовании, все еще неизвестен.

Во время процесса флокуляции MPs не агломерировались, поэтому хлопья MP не образовывались. Образование хлопьев происходит только в бентоните, поскольку он имеет отрицательный заряд. Churchman et al . (2013).

Супернатант процесса коагуляции-флокуляции фильтровали, чтобы определить количество осевших частиц, которые все еще плавают в образце.Процесс отстаивания длился два часа. Процесс седиментации для удаления чешуек пластика с дополнительным бентонитом составил 29,03%, тогда как удаление без бентонита составило 29,01%. Степень удаления хлопьев шины с дополнительным бентонитом составила 39,55%, а без бентонита — 27,60%. T-тест был проведен для определения влияния добавления бентонита на удаление MP. Результаты t-теста для типа пластиковых хлопьев ( p > 0,05), так что H 0 принимается.Это означает, что нет различий в средних значениях удаления МП с добавлением бентонита или без него. Аналогично, для чешуек со значением t count ( p > 0,05) нет никакой разницы в средних значениях MP удаления хлопьев покрышки с бентонитом или без него. Предполагается, что образцы МП в этом исследовании и бентонит имеют одинаковый поверхностный заряд. Таким образом, в процессе флокуляции не происходит образования хлопьев.

Наблюдения за удалением и распределением депутатов по размерам и количеством депутатов в предварительном исследовании можно увидеть на рисунках 3 и 4.Добавление бентонита привело к более высокому удалению MP, чем без бентонита. Но это было несущественно. Результаты t-теста ( α = 0,05) для обоих типов МП показали значение p > 0,05. Это означает, что не было никакой разницы в среднем удалении МП с добавлением бентонита или без него. Таким образом, наличие TSS существенно не повлияло на удаление депутатов в предварительном исследовании.

Рисунок 4

Распределение по размерам и количество микропластиков.

Рис. 4

Распределение по размерам и количество микропластиков.

Начальная концентрация МП составляла 1,0 мг / л как для пластиковых пакетов, так и для образцов шин. В среднем исходное количество МП составляло 256 частиц / л и 588 частиц / л для образцов пластиковых пакетов и шин соответственно. Исходный размер частиц в образце пластикового мешка находился в диапазоне 50–100 мкм, тогда как частицы в образце шины были преимущественно меньше 50 мкм.

Подобно удалению ОВ при предварительной очистке, процентное содержание ОВ определяется путем сравнения количества поступающих ОВ (на входе) и тех, которые отводятся после процесса фильтрации (на выходе). Результаты наблюдения за удалением МП с чешуек пластика можно увидеть на рисунке 5, а для чешуек — на рисунке 6.

Рисунок 5

Удаление микропластика (пластиковых хлопьев) с помощью фильтрующего материала ES 0.39 мм.

Рисунок 5

Удаление микропластика (пластиковых хлопьев) с помощью фильтрующего материала ES 0,39 мм.

Рисунок 6

Удаление микропластика (чешуйки) с помощью фильтрующего материала ES 0,39 мм.

Рисунок 6

Удаление микропластика (чешуйки шин) с помощью фильтрующего материала ES 0,39 мм.

На основании рисунка 5 видно, что МП для удаления пластиковых хлопьев с использованием кварцевого песка с ES 0.39 мм колеблется от 96,4 до 99,2%. Наибольшее удаление происходит при скорости фильтрации 8 м / ч, что составляет 99,2% после работы реактора в течение 1 часа. В то время как наименьшее удаление было при скорости фильтрации 8 м / ч 96,4% после работы реактора в течение 30 минут. Процент удаления пластиковых хлопьев имеет тенденцию колебаться при каждом измерении; то есть 0,5; 1; 5 и 10 часов. Колебания в измерениях происходят при каждой скорости фильтрации. Однако тенденция показывает, что процент удаления имеет тенденцию к снижению с увеличением скорости фильтрации.

Как и при удалении пластиковых чешуек, процент удаления MP с чешуек также колебался (рис. 6). Процент удаления колеблется от 77,8 до 95,5%. Наибольшее удаление происходит при скорости фильтрации 6 м / ч после работы реактора в течение 1 часа, что составляет 95,5%, в то время как наименьшее удаление происходит при скорости фильтрации 8 м / час после работы реактора в течение 5 часов, что составляет равняется 77,8%. Если смотреть исключительно на тенденцию, удаление хлопьев шин уменьшается с увеличением скорости фильтрации.

Процент снятия пластиковых хлопьев MPs (96,4–99,2%) выше, чем отщепов шин (77,8–95,5%). Частицы MPs в хлопьях пластика были больше, чем у хлопьев шин, поэтому более вероятно, что удаление пластиковых хлопьев выше.

Исследования взаимосвязи между скоростью фильтрации и эффективностью удаления MP не проводились, поэтому результаты этого исследования сравниваются с результатами удаления TSS с использованием песчаных фильтров.TSS представляет собой общую твердую деформацию фильтра с максимальным размером коллоидных частиц 2 мкм или больше, чем размер коллоидных частиц (Tanata et al. 2013). Результаты показали, что средний процент удаления в обоих типах МП снижается с увеличением скорости фильтрации. Это соответствует исследованиям, проведенным Fitri et al. (2013). По результатам их исследований был сделан вывод, что изменение скорости фильтрации влияет на эффективность снижения TSS.Когда разряд становится медленнее, эффективность удаления TSS выше, и наоборот.

Согласно Edahwati & Suprihatin (2010), слишком быстрый разряд вызовет неисправность фильтра. Это означает, что процесс фильтрации не может выполняться идеально из-за потока воды, которая слишком быстро проходит через полость между зернами фильтрующего материала. Это приводит к сокращению времени контакта между поверхностью зерен фильтрующего материала и фильтрованной водой.Wegelin (1996), Mahvi et al. (2001) и Fitri et al. (2013) объяснил, что величина расхода пропорциональна скорости фильтрации: чем меньше скорость фильтрации, тем меньше расход и наоборот. При низкой скорости фильтрации это поможет удерживать частицы под действием силы тяжести в верхней части фильтрующего материала.

Подобно удалению MP в фильтрующих материалах ES 0,39 мм, процентное содержание MP определяется путем сравнения количества входящих MP (вход) и тех, которые отводятся после процесса фильтрации (выход).Результаты наблюдений за удалением МП фильтрующими материалами с ES 0,68 представлены на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7

Удаление микропластика (пластиковые хлопья) с помощью фильтрующего материала ES 0,68 мм.

Рисунок 7

Удаление микропластика (пластиковые хлопья) с помощью фильтрующего материала ES 0,68 мм.

Рисунок 8

Удаление микропластика (хлопьев шин) с помощью фильтрующего материала ES 0.68 мм.

Рисунок 8

Удаление микропластика (чешуйки шин) с помощью фильтрующего материала ES 0,68 мм.

Процент удаления MP для пластиковых хлопьев составляет около 90,53–96,58% (Рисунок 7). Наибольшее удаление происходит при скорости фильтрации 8 м / ч после работы реактора в течение 1 часа, что составляет 96,58%, в то время как наименьшее удаление происходит при скорости фильтрации 4 м / ч после 1-минутной работы реактора, что равно 90.53%. Тест Вилкоксона для одного образца был проведен для определения однородности данных по удалению при каждом времени контакта в таблице 2. Все результаты теста Вилкоксона показывают ( p > 0,05), что означает, что при каждой скорости фильтрации время контакта не влияет доходность снятия депутатов. То же самое с результатами теста Краскела-Уоллиса, чтобы увидеть влияние скорости фильтрации на удаление MPs. Результаты теста показали ( p > 0,05), что означает отсутствие влияния скорости фильтрации на удаление MP.

Таблица 2 Тест Уилкоксона

и тест Крускала-Уоллиса

Тип микропластика . Тест Вилкоксона
.
Тест Краскела-Уоллиса . Значительный уровень .
Скорость фильтрации (м / ч)
.
4 . 6 . 8 . 10 .
Пластиковые хлопья 0,098 0,100 0,100 0,100 0,468 0,005
Хлопья покрышек 0,100 0,100 9014
Тип микропластика . Тест Вилкоксона
.
Тест Краскела-Уоллиса . Значительный уровень .
Скорость фильтрации (м / ч)
.
4 . 6 . 8 . 10 .
Пластиковые хлопья 0,098 0.100 0,100 0,100 0,468 0,005
Хлопья шин 0,100 0,100 0,100 0,100 0,385
414 12,1 5 3 7 00 114 100
Микропластики из пластиковых хлопьев
.
Размер мкм . Скорость фильтрации (м / ч)
.
4
.
6
.
8
.
10
.
Впуск . Выход . Впуск . Выход . Впуск . Выход . Впуск . Выход .
(%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) .
<50 2,7 50 6,4 83,4 4,4 70 4.6 35,7
50–100 23,7 40 25,9 8,3 29 20 23,8 42,9
27,7 8,3 30,1 10 30 21,4
201–300 24,1 0 21,6 0 23.5 0 24,2 0
301–400 11,8 0 10,7 0 5,5 0 0 4,1 0 4,2 0 2,2 0
> 500 3,2 0 3,6 0 0 3,1 0
Итого 100 100 100 100 100 100 100 100

100

из пластиковых хлопьев


.
Размер мкм . Скорость фильтрации (м / ч)
.
4
.
6
.
8
.
10
.
Впуск . Выход . Впуск . Выход . Впуск . Выход . Впуск . Выход .
(%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) . (%) .
<50 2,7 50 6,4 83,4 4,4 70 4,6 35,7
50–100 40 25,9 8,3 29 20 23,8 42,9
101–200 29,4 10 2714 3014 8,3 21,4
201–300 24,1 0 21,6 0 23,5 0 24,2 0
8 0 10,7 0 5,5 0 12,1 0
401–500 5 0 4,114 0 4,114 0 0
> 500 3,2 0 3,6 0 3,3 0 3,1 0
100 100 100 100 100

На процесс механического деформирования, который происходит при удалении MP с помощью RSF, влияют размер ES, пористость и размер MP.Это в основном связано с тем, что процесс механического деформирования происходит за счет использования размера пор фильтрующего материала, так что МП большего размера будут деформироваться. Crittenden et al. (2012) объяснил, что если частицы имеют размер больше, чем размер пустот в фильтре, частицы будут удалены путем фильтрации, но если размер частиц меньше, то частицы будут отложены при контакте и прикреплении к фильтрующий материал из-за сил Ван-дер-Ваальса. Диаметр отверстия между порами фильтрующего материала может быть определен математически со ссылкой на Huisman & Wood (1974) на рисунке 9.

Рисунок 9

Рисунок 9

Известно, что e — это диаметр отверстия в фильтрующем материале, который можно использовать в качестве основы для размера частиц, которые могут удерживаться или которые все еще могут проходить через поры фильтрующего материала, тогда как d — диаметр зерна фильтрующего материала.Значение e можно определить, сравнив значение с 6,46. Crittenden et al. (2012) также пояснил, что для круглых фильтрующих материалов плотно закрытая конструкция будет вызывать деформацию, когда отношение диаметра частиц к диаметру зерна будет больше 0,15, что означает, что более мелкие частицы будут проходить через фильтрующий материал.

Однако это относится не ко всем условиям.Итак, на основе этого объяснения можно определить размер MP, которые могут проходить через фильтрующий материал. Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Таблица 4

Прогноз размера микропластика, проходящего через фильтр

ES (мм) . Пористость . Диаметр отверстия фильтрующего материала ( e )
.
Huisman & Wood (1974) . Crittenden et al. (2012) .
мм . мкм . мм . мкм .
0,39 0,431 0,060 60,37 0,0585 58,5
0,68 0.451 0,105 105,26 0,102 102
4102105
ES (мм) . Пористость . Диаметр отверстия фильтрующего материала ( e )
.
Huisman & Wood (1974) . Crittenden et al. (2012) .
мм . мкм . мм . мкм .
0,39 0,431 0,060 60,37 0,0585 58,5
0,68 0,451 0,107 105

По результатам расчетов в таблице 4 видно, что диаметр отверстий фильтрующих материалов для фильтрующих материалов ES 0.39 с использованием уравнения Хьюсмана и Вуда составляет 60,37 мкм и с использованием уравнения Crittenden et al. составляет 58,5 мкм. Это означает, что процесс фильтрации с использованием фильтрующего материала ES 0,39 мм способен отсеивать частицы размером ≥58,5–60,37 мкм. Аналогично, при ES 0,68 мм фильтрующая среда способна отсеивать частицы размером 102–105 мкм (Таблица 4). Но в этом исследовании ES фильтрующих материалов 0,39 мм и 0,68 в основном могли удерживать только MP, которые имели размер ≥200 мкм.

Различие результатов математических расчетов и результатов исследования может быть вызвано тем, что измеренные размеры МП являются самой длинной частью МП, а не диаметром.Таким образом, даже если MP имеют размер 200 мкм, это не обязательно диаметр 200 мкм. Однако путем проведения теоретических расчетов можно спрогнозировать оценку характеристик фильтра.

6.2: Скорость фильтрации — рабочая сила LibreTexts

Одним из наиболее важных процессов на водоочистных станциях является фильтрация. Это последний барьер между процессом лечения и клиентом. Фильтры улавливают или удаляют частицы из воды, что еще больше снижает мутность или мутность.Существуют фильтры различных форм, размеров и типов, содержащие один слой или комбинацию слоев песка, антрацитового угля или какой-либо другой формы гранулированного материала.

Медленные песочные фильтры являются старейшим типом фильтрации муниципальной воды и имеют скорость фильтрации от 0,015 до 0,15 галлона в минуту на квадратный фут площади фильтрующего слоя, в зависимости от градации фильтрующего материала и качества неочищенной воды. С другой стороны, быстрые песочные фильтры могут иметь степень фильтрации от 2.От 0 до 10 галлонов в минуту на квадратный фут площади фильтрующего слоя. Обычно быстрые песчаные фильтры требуют более частых циклов обратной промывки для удаления захваченного мусора из фильтров.

Обратная промывка — это реверсирование потока через фильтры с более высокой скоростью для удаления засоренных частиц из фильтров. Продолжительность обратной промывки может составлять от 5 до 20 минут со скоростью от 8 до 25 галлонов в минуту на квадратный фут площади фильтрующего слоя, в зависимости от качества предварительно отфильтрованной воды.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)

Скорость фильтрации и обратной промывки рассчитывается путем деления скорости потока через фильтр на площадь поверхности фильтрующего слоя. Обычно эти скорости измеряются в галлонах в минуту на квадратный фут площади фильтрующего слоя.

  • Скорость потока (галлонов в минуту) / Площадь поверхности (квадратных футов) = Скорость фильтрации

Хотя скорость фильтрации обычно выражается в галлонах в минуту / фут 2 , они также выражаются как расстояние падения (в дюймах) внутри фильтра за единицу времени (в минутах).Во время обратной промывки он выражается в тех же единицах только за «подъем» в фильтре. См. Пример ниже.

  • Скорость фильтрации = падение (дюймы) / время (мин)
  • Скорость обратной промывки = подъем (дюймы) / время (мин)

Примеры

Express 2,5 гал / мин / фут 2 дюйм / мин.

Сначала преобразуйте gpm в cfm. Цель этого — начать согласование единицы измерения «дюймы» в дюймах / мин с «кубическими футами в кубических футах в минуту».

  • (2,5 гал / мин) / кв.фут x 1 куб. фут / 7,48 галлона = 0,33 куб. фут / кв. фут
  • 2,5 галлона / кв. Фут x 1 куб. Фут / 7,48 галлона = 0,33 куб. Фут / кв. Фут

Если вы посмотрите на приведенный выше ответ (0,33 фут / м) / кв. Фут более внимательно, то увидите, что его также можно выразить как 0,33 фут / мин, поскольку квадратные футы и футы компенсируют друг друга в футах.

Если у вас есть «футы в минуту», вы можете легко преобразовать их в «дюймы в минуту», умножив на 12.

  • 0,33 фута / мин x 12 дюймов / 1 фут = 4 дюйма / мин

Давайте попробуем другой пример: какова скорость фильтрации через фильтр 20 ‘на 20’, если средний поток во время обработки равен 2.5 МГ?

Сначала преобразуйте 2,5 MGD в галлоны в минуту. Для этого разделите 2,5 MGD на 1440.

  • 2500000 галлонов / день x 1 день / 1440 мин = 1736 галлонов в минуту

Затем разделите поток на площадь фильтра (20 ‘x 20’ = 400 кв. Футов).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)
  • 1736 галлонов в минуту / 400 кв. Футов = 4,34 галлонов в минуту / кв. Фут

Теперь посчитайте дюймы в минуту.

Вместо 7,48 галлона на кубический фут и 12 дюймов на фут можно также использовать коэффициент преобразования.

Упражнения

  1. Станция очистки воды перерабатывает 10,5 МГД. Какова необходимая площадь фильтрующего слоя, необходимая для поддержания скорости фильтрации 1,75 галлона в минуту / фут 2 ?

  2. Фильтр размером 15 на 17 футов необходимо промыть обратно со скоростью 17 галлонов в минуту / фут 2 в течение как минимум 20 минут. Сколько галлонов используется в процессе обратной промывки?

  3. Для правильной обратной промывки определенного фильтра необходима скорость обратной промывки на 20 дюймов в минуту.Если размер фильтра 20 футов на 25 футов, какова скорость потока обратной промывки в галлонах в минуту?

  4. Водоочистная установка обрабатывает максимум 18,65 MGD. Завод имеет 6 фильтров размером 20 на 22 фута каждый. Предполагая, что каждый фильтр получает равное количество потока, какова скорость фильтрации в галлонах в минуту / фут 2 ?

  5. Станция водоподготовки обрабатывает 4,55 MGD через фильтр размером 35 на 35 футов. Сколько дюймов в минуту проходит через фильтр?

  6. Фильтр подвергается обратной промывке со скоростью 15.5 дюймов в минуту в течение 25 минут. Если размер фильтра составляет 150 футов 2 , сколько галлонов было использовано?

  7. Инженер разрабатывает круговой фильтр для обработки 5,75 MGD и поддержания скорости фильтрации 1,75 дюйма в минуту.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.