فیلترها به عنوان تاسیسات اصلی در زمینه تصفیه آب، به طور گسترده در تصفیه خانه های مختلف فاضلاب، تصفیه فاضلاب صنعتی، تصفیه آب آشامیدنی و سایر سناریوها استفاده می شوند. با این حال، در استفاده واقعی، فیلترها اغلب عملکرد ضعیفی دارند، مانند سرعت پایین فیلتر کردن، گرفتگی آسان محیط فیلتر، اثر شستشوی معکوس ضعیف، ظرفیت تصفیه کم، کیفیت ناپایدار پساب، و حتی ممکن است منجر به عدم رعایت استانداردهای تخلیه یا آلودگی ثانویه شود. این مشکلات نه تنها بر راندمان تصفیه تأثیر می گذارد بلکه هزینه های عملیاتی و دشواری تعمیر و نگهداری را نیز افزایش می دهد. بنابراین، لازم است راه هایی برای بهبود عملکرد فیلتر برای اطمینان از عملکرد پایدار و کارآمد آن بررسی شود. این مقاله راه هایی را برای بهبود عملکرد فیلتر برای متخصصان تصفیه آب به اشتراک می گذارد.
I. تنگناهای رسانه فیلتر تک لایه-
فیلترهای شنی تک لایه سنتی عمدتاً از ماسه کوارتز به عنوان رسانه فیلتر استفاده می کنند، با اندازه ذرات که به تدریج از بالا به پایین افزایش می یابد (ریز در بالا، درشت در پایین). از نظر ظاهری، به نظر می رسد که این ناخالصی ها را لایه به لایه فیلتر می کند، اما در عملکرد واقعی، اغلب مشکلاتی ایجاد می شود. ظرفیت نگهداری کثیفی{3}}فیلتر معیاری کلیدی برای عملکرد است که به مقدار ناخالصی های باقی مانده در واحد حجم محیط فیلتر (واحد: kg/m³ یا g/cm²) اشاره دارد. ظرفیت نگهداری کثیفی قوی-به این معنی است که لایه فیلتر نقش مهمی ایفا می کند و در نتیجه راندمان فیلتراسیون بالا، چرخه کاری طولانی و ظرفیت تصفیه آب زیاد است. با این حال، توزیع ناخالصی های به دام افتاده در یک لایه از محیط فیلتر بسیار ناهموار است: سطح (لایه بالایی) بیشترین ناخالصی ها را انباشته می کند و بیشتر به سمت پایین کاهش می یابد و تقریباً هیچ تله گذاری زیر 30 سانتی متر وجود ندارد. این امر باعث می شود که افت هد (مقاومت جریان) عمدتاً در لایه سطحی متمرکز شود و چرخه فیلتراسیون را به طور قابل توجهی کوتاه کند و اغلب منجر به گرفتگی در عرض چند ساعت می شود. این به این دلیل است که جهت جریان آب با افزایش اندازه ذرات هماهنگ است و باعث می شود ناخالصی ها به سرعت در لایه بالایی جمع شوند. اگر اندازه ذرات به منظور کاهش تدریجی جهت جریان آب (از بزرگ به کوچک)، یعنی فیلتر کردن «اندازه ذرات معکوس» تغییر کند، ناخالصیها میتوانند به طور مساوی توزیع شوند، ظرفیت نگهداری کثیفی، کاهش افت هد، افزایش چرخه کار، و حتی افزایش سرعت فیلتراسیون افزایش یابد.
II. فیلتراسیون جریان رو به بالا
رسانه های فیلتر معمولی دارای اندازه ذرات ریزتر در بالا و اندازه ذرات درشت تر در پایین هستند که آب از بالا وارد و از پایین خارج می شود. فیلتراسیون جریان رو به بالا همان اندازه ذرات را حفظ می کند اما جهت جریان آب را معکوس می کند: آب از پایین وارد شده و از بالا خارج می شود و حالت "اندازه ذرات معکوس" را تشکیل می دهد.
مزایای این طرح عبارتند از: توزیع یکنواخت ناخالصی در لایه فیلتر، بهبود ظرفیت نگهداری کثیفی{0}}، افزایش کندتر مقاومت در برابر جریان آب و چرخه کاری طولانی تر. با این حال، کنترل نرخ فیلتراسیون ضروری است، زیرا نرخ بالای فیلتراسیون می تواند باعث انبساط لایه فیلتر، از بین رفتن شن و ماسه ریز از لایه بالایی شود و بر کیفیت پساب تأثیر بگذارد. بنابراین، برای محافظت باید یک توری یا توری به لایه سطحی اضافه شود. اگرچه این روش دارای مزیت توزیع معکوس اندازه ذرات است، اما از مشکلاتی مانند انبساط محدود لایه فیلتر در حین شستشوی معکوس، مشکل در حذف لجن و حذف ناقص لجن به دلیل همسو شدن جریان آب معکوس با جهت فیلتراسیون رنج می برد. از بین بردن کامل این مشکلات دشوار است، بنابراین به طور گسترده در عمل تصفیه فاضلاب استفاده نمی شود.
III. فیلتراسیون جریان دو طرفه
شستشوی معکوس ناکافی در فیلتراسیون جریان رو به بالا منجر به توسعه-فیلتراسیون جریان دو طرفه شد. آب به طور همزمان از پایین و بالای مخزن فیلتر و از وسط به بیرون جریان می یابد. لایه فیلتر بالایی از روش جریان رو به پایین استفاده می کند، در حالی که لایه پایین از توزیع اندازه ذرات معکوس با جریان رو به بالا استفاده می کند، همانطور که در نمودار نشان داده شده است. قسمت بالایی قسمت پایین را تثبیت می کند و از گسترش بیش از حد لایه فیلتر جلوگیری می کند. این طرح میتواند ظرفیت نگهداشتن کثیفی{5}}فیلتر را افزایش داده و چرخه فیلتراسیون را افزایش دهد. با این حال، ساختار مخزن فیلتر پیچیده است، عملیات دست و پا گیر است، و هزینه های تعمیر و نگهداری بالا است، بنابراین به ندرت در عمل استفاده می شود.
در حالی که دو روش فوق دارای محدودیت هایی هستند، آنها نشان می دهند که تغییر جهت جریان آب و طرح بندی رسانه فیلتر می تواند عملکرد فیلتر را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
IV. رسانه فیلتر دو لایه-
در حال حاضر، محبوب ترین نوع، رسانه فیلتر دو لایه-است. ساختار آن شبیه به مدل تک لایه-است، اما ترکیب لایه فیلتر تغییر کرده است. لایه بالایی از فیلترهای سبک وزن با وزن مخصوص کم و اندازه ذرات بزرگ استفاده می کند. لایه زیرین از فیلترهای سنگین با وزن مخصوص بالا و اندازه ذرات کوچک استفاده می کند. در حین شستشوی معکوس، به دلیل تفاوت وزن مخصوص، محیط سبک تر در بالا و محیط سنگین تر در پایین قرار دارد و به طور طبیعی یک لایه دوگانه را تشکیل می دهد.
اندازه ذرات هر لایه در بالا ریزتر و در پایین درشتتر باقی میماند، اما اندازه متوسط ذرات لایه بالایی بزرگتر از لایه پایینتر است و به یک اثر کلی اندازه ذرات معکوس دست مییابد. اندازهگیریهای واقعی نشان میدهند که ظرفیت نگهداری کثیفی-فیلترهای دولایه-بیش از دو برابر رسانههای تک لایه-است. با همان نرخ فیلتراسیون، چرخه فیلتراسیون گسترش می یابد. و در همان چرخه فیلتراسیون می توان میزان فیلتراسیون را افزایش داد. منحنی مقایسه در شکل زیر به وضوح نشان میدهد که ناحیه نگهدارنده چرک-فیلتر{7}دولایه بسیار بزرگتر از رسانه فیلتر تک لایه است، که نشان میدهد وقتی ضخامت لایه فیلتر یکسان است، ظرفیت نگهداری کثیفی دو برابر میشود. اگر کیفیت آب ورودی ثابت باشد، چرخه کاری رسانه فیلتر دو لایه-دوبرابر رسانه فیلتر تک لایه{12}}است.
این فناوری به طور گسترده در تصفیه خانه های فاضلاب چه در داخل و چه در سطح بین المللی استفاده می شود و نتایج قابل توجهی به همراه دارد و روشی عملی برای بهبود عملکرد فیلتر است.
V. رسانه فیلتر چند لایه
رسانه فیلتر چندلایه معمولاً به سه لایه اشاره دارد: یک لایه بالایی از ذرات بزرگ، مواد سبک وزن (مانند آنتراسیت)، یک لایه میانی از مواد با چگالی متوسط-(مانند شن کوارتز) و یک لایه پایینی از مواد کوچک-ذرات آهنربایی یا گاریت گرانیتی. اندازه ذرات از بالا به پایین کاهش می یابد و توزیع اندازه ذرات کاملاً معکوس می شود.
این طراحی به طور قابلتوجهی ظرفیت نگهداری آلودگی-فیلتر را بهبود میبخشد، در حالی که رسانه فیلتر ریز در پایین، کیفیت فاضلاب پایدار را تضمین میکند. نرخ فیلتراسیون می تواند بیشتر از فیلترهای دو لایه- باشد. هنگامی که کدورت فاضلاب کم و کیفیت آب پایدار است، می توان برای دستیابی به تصفیه اولیه، فیلتراسیون مستقیم (حذف فرآیند ته نشینی) انجام داد. در حال حاضر، فیلترهای دو لایه و چند لایه معمولاً برای فیلتراسیون مستقیم استفاده میشوند. برای اطمینان از اینکه پساب با استانداردهای تخلیه یا استفاده مجدد مطابقت دارد، میتوان از قبل-فیلترهای کمکی-مولکولی{10} با وزن بالا، مانند پلی آکریل آمید یا سیلیس فعال، اضافه کرد. فیلتراسیون مستقیم فرآیند را ساده می کند و باعث صرفه جویی در سرمایه گذاری می شود. ترکیب و ضخامت لایه های فیلتر باید با توجه به کیفیت فاضلاب تنظیم شود و میزان فیلتراسیون باید کم باشد و تقریباً 5 متر در ساعت باشد. پس از این فرآیندهای پیش تصفیه، کیفیت پساب به طور کلی با استانداردها مطابقت دارد. برخی برای استفاده مجدد صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند، برخی نیازهای درمانی بعدی را برآورده می کنند و برخی نیاز به درمان پیشرفته بیشتری دارند.
خلاصه
از کاستیهای{0}}مدیای فیلتر تک لایه، تا الهام از فیلتراسیون معکوس ذرات، و سپس به تکامل فیلترهای جریان بالا، جریان دوطرفه، دو-و چند لایه-، فناوری تصفیه فاضلاب به سمت راندمان بالا و مصرف کم در حال توسعه است. این رویکردها میتوانند ظرفیت نگهداشتن کثیفی{4}}در محیط فیلتر را بهبود بخشند، چرخه فیلتراسیون را گسترش دهند، کیفیت پساب را بهینه کنند و به حفاظت از محیط زیست کمک کنند. در عمل، فیلترهای-دولایه و چند لایه-کاربردیترین-کارکرد آسان و بازده-بالا هستند. در آینده، با پیشرفت در مواد و طراحی بهینه توزیع آب، فیلترها حتی قدرتمندتر خواهند شد.