فیلتر شنی که برای تصفیه آب استفاده می شود.از فیلترهای شن و ماسه، برای تصفیه آب استفاده می شود.
سه نوع اصلی وجود دارد.فیلترهای شنی سریع (ثقلی)-فیلترهای شن و ماسه جریان بالا-فیلترهای شن آهسته.
هر سه روش در صنعت آب در سراسر جهان به طور گسترده ای استفاده می شود. دو مورد اول نیاز به استفاده از مواد شیمیایی لخته ساز برای کارایی موثر دارند در حالی که فیلترهای ماسه ای آهسته می توانند آب با کیفیت بسیار بالا با حذف عوامل بیماری زا از 90 90 تا> 99 ((بسته به سویه ها) ، طعم و بو بدون نیاز به کمک های شیمیایی تولید کنند. فیلترها می توانند جدا از استفاده در تصفیه خانه های آب ، برای تصفیه آب در خانواده های منفرد استفاده شوند زیرا در آنها از موادی که برای بیشتر افراد در دسترس است استفاده می شود.
تاریخچه
تاریخچه تکنیکهای جداسازی بسیار دور است ، زیرا مواد فیلتر از قبل در دوره های باستان استفاده می شده است. گیاهان راش و ژنیستا برای پر کردن ظروف الک که مواد جامد و مایع را از هم جدا می کردند استفاده شد. مصریان همچنین از ظروف سفالی متخلخل برای فیلتر کردن آب آشامیدنی ، شراب و سایر مایعات استفاده کردند.
فیلتر های بستر شن و ماسه
فیلترهای بستر شن و ماسه نمونه ای از فیلتر عمق رسانه شل دانه ای است. آنها معمولاً برای جداسازی مقادیر کم (<10 قسمت در میلیون یا <10 گرم در متر مکعب) مواد جامد ریز (<100 میکرومتر) از محلولهای آبی استفاده می شوند. 302–303 علاوه بر این ، آنها معمولاً برای تصفیه مایعات به جای گرفتن جامدات به عنوان ماده ارزشمند مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین آنها بیشترین کاربردهای خود را در تصفیه پساب مایع (فاضلاب) پیدا می کنند
مکانیسم های جذب ذرات معلق ذرات
فیلترهای بستر شن و ماسه با فراهم کردن فرصت های زیادی برای جذب ذرات معلق در سطح دانه های شن ، کار می کنند. هنگامی که مایعات از یک ماسه متخلخل در یک مسیر پر پیچ و خم عبور می کنند ، ذرات به دانه های شن نزدیک می شوند. آنها می توانند توسط یکی از چندین مکانیزم جذب شوند:
برخورد مستقیم-ون در والس یا نیروی جذب لندن-جاذبه بار سطحی
علاوه بر این ، اگر بار سطحی ماسه با علامت یکسان (مثبت یا منفی) با ذرات جامد ذرات باشد ، می توان از طریق دفع بار سطحی از جذب ذرات معلق جلوگیری کرد. علاوه بر این ، ممکن است ذرات دستگیر شده را جدا کنید ، اگرچه ممکن است در عمق بیشتری از بستر دوباره جذب شوند. سرانجام ، یک دانه شن و ماسه که قبلاً به ذرات معلق آلوده شده است ، ممکن است جذابیت بیشتری پیدا کند یا مواد ذره ای اضافی را دفع کند. این می تواند در صورتی اتفاق بیفتد که با چسبیدن به دانه شن ، ذرات بار سطحی را از دست داده و برای ذرات اضافی جذاب شوند یا برعکس و بار سطحی حفظ شود و ذرات بیشتر دانه شن را دفع کند.
در برخی از کاربردها لازم است پساب تصفیه شده ای که به یک بستر ماسه ای می ریزد ، قبل از تصفیه اطمینان حاصل شود که می توان ذرات معلق را از بین برد. این را می توان با یکی از چندین روش بدست آورد:
تنظیم بار سطح بر روی ذرات و شن و ماسه با تغییر pH
انعقاد – افزودن کاتیونهای کوچک و پر بار (معمولاً از آلومینیوم 3+ یا کلسیم 2+ استفاده می شود)
لخته سازی – افزودن مقادیر کم زنجیره های پلیمری بار که یا پلی بین ذرات معلق ذرات (باعث بزرگتر شدن آنها) یا بین ذرات معلق ذرات و شن و ماسه می شود.
فیلترهای بستر شن و ماسه تحت فشار معمولاً در مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند و اغلب از آنها به عنوان فیلترهای بستر شن و ماسه سریع یاد می شود. از واحدهای تغذیه ای جاذبه در تصفیه آب بخصوص آب آشامیدنی استفاده می شود و این فیلترها در کشورهای در حال توسعه (فیلترهای ماسه ای کند) کاربرد زیادی پیدا کرده اند.
به طور کلی ، چندین دسته فیلتر بستر شن و ماسه وجود دارد:
فیلترهای شنی سریع (ثقلی)-فیلترهای بستر شن و ماسه سریع (فشار)-فیلترهای شن و ماسه سرریز-فیلترهای شنی آهسته
این طرح ساختار کلی فیلتر شن و ماسه فشار سریع را نشان می دهد. ماسه فیلتر بیشتر فضای محفظه را اشغال می کند. یا روی کف نازل یا بالای یک سیستم زهکشی قرار دارد که به آب فیلتر شده اجازه می دهد خارج شود. آب خام از قبل تصفیه شده به محفظه فیلتر در قسمت بالا وارد می شود ، از طریق محیط فیلتر جریان می یابد و پساب از طریق سیستم زهکشی در قسمت پایین تخلیه می شود. کارخانه های فرآیند بزرگ همچنین سیستمی را برای توزیع یکنواخت آب خام به فیلتر اجرا می کنند. علاوه بر این ، یک سیستم توزیع کنترل جریان هوا معمولاً در آن گنجانده شده است. امکان توزیع ثابت هوا و آب را فراهم می کند و از جریان زیاد آب در مناطق خاص جلوگیری می کند. یک توزیع دانه معمول به دلیل شستشوی مکرر از بین می رود. دانه هایی با قطر کمتر در قسمت بالایی لایه ماسه غالب هستند در حالی که دانه های درشت در قسمت های پایین غالب هستند.
طراحی فیلتر بستر شن و ماسه فشار سریع
فیلتر فشار سریع 1 = آب خام ، 2 = آب فیلتر شده ، 3 = مخزن ، 4 = آب شستشوی ورودی ، 5 = آب شستشوی خروجی ، 6 = خط جمع شدن ، 7 = هوای مهارکننده ، 8 = انژکتور ، 9 = لایه پشتیبانی ، 10 = شن و ماسه فیلتر ، 11 = قیف شستشو ، 12 = تهویه
دانه های شن و ماسه کوچکتر سطح بیشتری را ایجاد می کنند و بنابراین آلودگی بیشتری در ورودی آب ایجاد می کنند ، اما همچنین به انرژی پمپاژ بیشتری برای هدایت مایع در بستر نیاز دارد. سازش این است که بیشتر فیلترهای بستر شن و ماسه فشار سریع از دانه هایی در محدوده 0.6 تا 1.2 میلی متر استفاده می کنند اگرچه برای کاربردهای خاص ممکن است اندازه های دیگر مشخص شود. ذرات خوراک بزرگتر (> 100 میکرومتر) منافذ بستر را مسدود کرده و آن را به یک فیلتر سطحی تبدیل می کنند که به سرعت کور می شود. برای غلبه بر این مشکل می توان از دانه های شن بزرگتر استفاده کرد ، اما اگر مقدار قابل توجهی از مواد جامد بزرگ در خوراک وجود داشته باشد ، باید با فرایندی مانند ته نشینی در بالادست فیلتر بستر شن و ماسه خارج شوند.
عمق بستر شن و ماسه بدون توجه به کاربرد ، در حدود 0.6-1.8 متر (2-6 فوت) توصیه می شود. این امر با حداکثر توان عملیاتی که در زیر بحث شده مرتبط است. [5]: 302–303
در مورد طراحی فیلترهای بستر ماسه ای سریع نشان می دهد که آنها باید با حداکثر سرعت جریان 9 متر مکعب در ساعت (220 گالری در فوت / فوت در هر ساعت) کار کنند. با استفاده از توان لازم و حداکثر دبی ، می توان سطح مورد نیاز بستر را محاسبه کرد.
نکته این است که مطمئن شوید مایع به درستی در بستر توزیع شده است و هیچ مسیر سیال ترجیحی وجود ندارد که بتوان ماسه را شسته و فیلتر را به خطر انداخت.
تجمع ذرات معلق در ذرات باعث افزایش فشار از دست رفته بر روی بستر برای یک جریان معین می شود. برای یک بستر تغذیه شده با نیروی ثقل وقتی فشار موجود ثابت باشد ، سرعت جریان کاهش می یابد. وقتی افت فشار یا جریان قابل قبول نیست و فیلتر دیگر به طور موثر کار نمی کند ، بستر دوباره شسته می شود تا ذرات جمع شده از بین بروند. برای فیلتر بستر شن و ماسه سریع تحت فشار این اتفاق می افتد که افت فشار در حدود 0.5 بار باشد. مایع Backwash از طریق بستر به عقب پمپ می شود تا زمانی که سیال شود و تا حدود 30٪ منبسط شود (دانه های شن شروع به مخلوط شدن می کنند و با هم مالیدن آنها ذرات معلق را از بدن خارج می کنند). ذرات معلق کوچکتر با مایع لباسشویی شسته می شوند و معمولاً در یک مخزن ته نشینی گرفته می شوند. جریان مایعات مورد نیاز برای سیال شدن بستر معمولاً 3 تا 10 متر مکعب در ساعت است اما برای مدت طولانی (چند دقیقه) اجرا نمی شود. 224–235 مقدار کمی شن می تواند در فرآیند شستشوی عقب و بستر از بین برود. ممکن است لازم باشد دوره ای مورد استفاده قرار گیرد.
طراحی فیلتر شنی آهسته
سرعت فیلتراسیون در فیلتر شن آهسته تغییر می کند ، با این وجود ، بیشترین تفاوت بین فیلتر شنی آهسته و سریع ، این است که لایه بالایی شن از نظر بیولوژیکی فعال است ، زیرا جوامع میکروبی به سیستم وارد می شوند. عمق توصیه شده و معمول فیلتر 0.9 تا 1.5 متر است. لایه میکروبی از 10-20 روز پس از شروع عملیات تشکیل می شود. در طی فرآیند فیلتراسیون ، آب خام می تواند از طریق ماسه متخلخل نفوذ کند ، مواد آلی ، باکتری ها ، ویروس ها و کیست هایی مانند Giardia و Cryptosporidium را متوقف و به دام بیندازد. روش بازسازی فیلترهای ماسه ای کند ، تراشیده می شود و برای حذف مکانیکی ذرات خشک شده روی فیلتر استفاده می شود. با این حال ، این فرایند بسته به سیستم جداگانه ، در زیر آب نیز قابل انجام است. عامل محدود کننده دیگر برای آب تصفیه شده کدورت است که برای فیلترهای شنی آهسته تعریف می شود 10 NTU (واحدهای کدورت نفلومتریک) است. فیلترهای ماسه آهسته گزینه خوبی برای عملیات با بودجه محدود هستند زیرا فیلتراسیون از هیچ گونه ماده شیمیایی استفاده نمی کند و به مکانیکی کمک کم یا کمکی نیاز دارد. با این حال ، به دلیل افزایش مداوم جمعیت در جوامع ، فیلترهای شنی کند برای فیلترهای شنی سریع جایگزین می شوند.
فیلترهای مخلوط شده
فیلترها را می توان با لایه های مختلف ساخت ، فیلترهای بستر مخلوط نامید. شن و ماسه یک ماده فیلتر متداول است ، اما آنتراسیت ، کربن فعال دانه ای (GAC) ، گارنت و ایلمنیت نیز از مواد فیلتر رایج هستند. آنتراسیت ماده سخت تری است و در مقایسه با ذغال سنگ دیگر فرار کمتری دارد. ایلمنیت و گارنت در مقایسه با شن سنگین هستند. گارنت شامل چندین ماده معدنی است که باعث تغییر رنگ قرمز می شود. ایلمنیت اکسیدی از آهن و تیتانیوم است. از GAC می توان همزمان در فرآیند جذب و فیلتراسیون استفاده کرد. این مواد می توانند به تنهایی استفاده شوند ، یا با سایر رسانه ها ترکیب شوند. ترکیبات مختلف طبقه بندی فیلترهای متفاوتی را ارائه می دهند. Monomedia یک فیلتر یک لایه است که معمولاً از شن و ماسه تشکیل شده است و امروزه با فناوری جدید جایگزین می شود. مونومدیای تختخواب عمیق همچنین یک فیلتر یک لایه است که از دو آنتراسیت یا GAC تشکیل شده است. از فیلتر مونومدیای تختخواب عمیق هنگامی استفاده می شود که کیفیت آب ثابت داشته باشد و این مدت زمان طولانی تری را می دهد. محیط های دوتایی (دو لایه) اغلب حاوی یک لایه شن و ماسه در پایین با یک لایه آنتراسیت یا GAC در بالا است. Trimedia یا ترکیبی یک فیلتر با سه لایه است. Trimedia اغلب دارای گارنت یا ایلمنیت در لایه زیرین ، ماسه در وسط و آنتراسیت در بالا است.
موارد استفاده در تصفیه آب
همه این روشها به طور گسترده ای در صنعت آب در سراسر جهان استفاده می شود. سه مورد اول در لیست بالا برای کارایی موثر به استفاده از مواد شیمیایی لخته کننده نیاز دارند. فیلترهای شنی آهسته و بدون استفاده از کمک های شیمیایی ، آب با کیفیت بالا تولید می کنند.
عبور آب لخته شده از یک فیلتر شن و ماسه جاذبه سریع باعث خنثی شدن لکه ها و ذرات محبوس شده در آن می شود و باعث کاهش تعداد باکتری ها و حذف بیشتر مواد جامد می شود. محیط فیلتر ماسه با درجه های مختلف است. در مواردی که طعم و بو ممکن است یک مشکل باشد (اثرات ارگانولپتیک) ، فیلتر شن ممکن است شامل یک لایه کربن فعال باشد تا چنین طعم و بویی را از بین ببرد.
فیلترهای شن و ماسه پس از مدتی استفاده با floc مسدود شده و یا bioclogged می شوند و سپس آنها را شستشو می دهند یا تحت فشار شستشو می دهند تا floc از بین برود. این آب شستشو به مخازن ته نشینی تبدیل می شود تا فلوک بتواند ته نشین شود و سپس به عنوان مواد زائد دفع می شود. سپس آب مایع موجود به فرایند تصفیه مجدداً وارد شده و یا به صورت جریان پساب دفع می شود. در بعضی از کشورها ممکن است از لجن به عنوان تهویه کننده خاک استفاده شود. نگهداری ناکافی فیلتر علت آلودگی گاه به گاه آب آشامیدنی بوده است.
از فیلترهای شن و ماسه بعضاً به عنوان آخرین مرحله پرداخت در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. در این فیلترها شن و ماسه مواد معلق مانده و باکتری ها را به دام می اندازد و یک ماتریس فیزیکی برای تجزیه باکتریایی مواد ازت ، از جمله آمونیاک و نیترات ها ، در گاز نیتروژن فراهم می کند.
فیلترهای شنی یکی از مفیدترین فرایندهای تصفیه هستند زیرا فرآیند فیلتر کردن (به ویژه با فیلتراسیون ماسه آهسته) بسیاری از عملکردهای تصفیه را در خود ترکیب می کند.
در شرکت گرما گستران آرامیس سازنده بهترین فیلتر شنی و ماسه و … برای تمامی شغل ها.
