دوشنبه ۲۰ اردیبهشت ۰۰
فيلتر شني
فيلترهاي شن و ماسه به عنوان يك مرحله در فرايند تصفيه آب تصفيه آب استفاده مي شود .فيلتر شني كه براي تصفيه آب استفاده مي شود
سه نوع اصلي وجود دارد. فيلترهاي شني سريع (ثقلي) ، فيلترهاي شني جريان رو به بالا و فيلترهاي شن آهسته . از هر سه اين روشها در صنعت آب در سراسر جهان بسيار استفاده مي شود. دو مورد اول براي كارايي م require ثر به استفاده از مواد شيميايي لخته كننده احتياج دارند در حالي كه فيلترهاي ماسه اي كند باعث توليد آب با كيفيت بسيار بالا با حذف عوامل بيماري زا از 90٪ به> 99٪ (بسته به سويه ها) ، طعم و بو بدون نياز به كمك هاي شيميايي مي شوند. فيلترهاي شن و ماسه مي توانند جدا از استفاده در تصفيه خانه هاي آب ، براي تصفيه آب در خانواده هاي منفرد استفاده شوند زيرا در آنها از موادي كه براي بيشتر افراد در دسترس است استفاده مي شود.
تاريخ
تاريخچه روشهاي جداسازي بسيار دور است ، زيرا مواد فيلتر از قبل در دوره هاي باستان استفاده مي شده است. گياهان راش و ژنيستا براي پر كردن ظروف الك كه مواد جامد و مايع را از هم جدا مي كردند استفاده شد. مصري ها همچنين از ظروف سفالي متخلخل براي فيلتر كردن آب آشاميدني ، شراب و ساير مايعات استفاده كردند.
مفهوم فيلتراسيون بستر شن و ماسه
فيلترهاي شن و ماسه در مزرعه گوجه فرنگي در كاليفرنيا
فيلتر بستر شن و ماسه نوعي فيلتر عمق است . به طور كلي ، دو نوع فيلتر براي جداسازي ذرات معلق از مايعات وجود دارد:
- فيلترهاي سطحي ، جايي كه ذرات روي يك سطح نفوذ پذير گرفته مي شوند
- فيلترهاي عمق ، جايي كه ذرات درون يك ماده متخلخل از مواد گرفته مي شوند.
علاوه بر اين ، دستگاه هاي غيرفعال و فعال براي ايجاد جداسازي مايع جامد مانند مخازن ته نشيني ، فيلترهاي شني صفحه تميز كننده خودكار ، هيدروسيكلون ها و سانتريفيوژها وجود دارد .
انواع مختلفي از فيلترهاي عمق وجود دارد ، بعضي از آنها از مواد اليافي و برخي ديگر از مواد دانه اي استفاده مي كنند . فيلترهاي بستر ماسه اي نمونه اي از فيلتر عمق رسانه شل دانه اي هستند. آنها معمولاً براي جداسازي مقادير كم (<10 قسمت در ميليون يا <10 گرم در متر مكعب) مواد جامد ريز (<100 ميكرومتر) از محلولهاي آبي استفاده مي شوند.علاوه بر اين ، آنها معمولاً براي تصفيه مايعات به جاي گرفتن جامدات به عنوان ماده ارزشمند مورد استفاده قرار مي گيرند. بنابراين آنها بيشترين كاربردهاي خود را در تصفيه پساب مايع ( فاضلاب ) پيدا مي كنند.
مكانيسم هاي جذب ذرات معلق
فيلترهاي بستر شن و ماسه با فراهم كردن فرصت هاي زيادي براي جذب ذرات معلق در سطح دانه هاي شن ، كار مي كنند. هنگامي كه مايعات از يك ماسه متخلخل در يك مسير پر پيچ و خم عبور مي كنند ، ذرات به دانه هاي شن نزديك مي شوند. آنها مي توانند توسط يكي از چندين مكانيزم جذب شوند:
- برخورد مستقيم
- ون در والس يا نيروي جذب لندن
- جاذبه بار سطحي
- انتشار
علاوه بر اين ، اگر بار سطحي ماسه با علامت يكسان (مثبت يا منفي) با ذرات جامد ذرات باشد ، مي توان از طريق دفع بار سطحي از جذب ذرات معلق جلوگيري كرد. علاوه بر اين ، ممكن است ذرات دستگير شده را جدا كنيد ، اگرچه ممكن است در عمق بيشتري از بستر دوباره جذب شوند. سرانجام ، يك دانه شن و ماسه كه قبلاً به ذرات معلق آلوده شده است ، ممكن است جذابيت بيشتري پيدا كند يا مواد ذره اي اضافي را دفع كند. اين مي تواند در صورتي اتفاق بيفتد كه با چسبيدن به دانه شن و ماسه ذرات بار سطحي را از دست داده و براي ذرات اضافي جذاب شود يا برعكس و بار سطحي حفظ شود و ذرات بيشتر دانه شن را دفع كند.
در برخي از كاربردها لازم است پساب تصفيه شده پساب كه به يك بستر شن و ماسه مي رود ، تصفيه شود تا اطمينان حاصل شود كه ذرات معلق ذرات مي توانند جذب شوند. اين را مي توان با يكي از چندين روش بدست آورد:
- تنظيم بار سطح بر روي ذرات و شن و ماسه با تغيير pH
- انعقاد - افزودن كاتيونهاي كوچك و بسيار شارژ (معمولاً از آلومينيوم 3+ يا كلسيم 2+ استفاده مي شود)
- لخته سازي - افزودن مقادير كم زنجيره هاي پليمري شارژ كه يا پلي بين ذرات معلق ذرات (باعث بزرگتر شدن آنها) يا بين ذرات معلق ذرات و شن و ماسه مي شود.
رژيم هاي عامل
آنها را مي توان با مايعات روان به بالا يا مايعات روان به پايين كار كرد كه دومي بسيار معمول تر است. براي دستگاههاي با جريان رو به پايين ، سيال مي تواند تحت فشار يا فقط توسط نيروي گرانش جريان يابد. فيلترهاي بستر شن و ماسه تحت فشار معمولاً در مصارف صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند و اغلب از آنها به عنوان فيلترهاي بستر شن و ماسه سريع ياد مي شود. از واحدهاي تغذيه اي نيروي جاذبه در تصفيه آب بخصوص آب آشاميدني استفاده مي شود و اين فيلترها در كشورهاي در حال توسعه (فيلترهاي ماسه اي كند) كاربرد زيادي پيدا كرده اند.
به طور كلي ، چندين دسته فيلتر بستر شن وجود دارد:
- فيلترهاي شني سريع (ثقلي)
- فيلترهاي بستر شني سريع (تحت فشار)
- فيلترهاي شني و ماسه سرريز
- فيلترهاي شني آهسته
اين طرح ساختار كلي فيلتر شن و ماسه فشار سريع را نشان مي دهد. ماسه فيلتر بيشتر فضاي محفظه را اشغال مي كند. يا روي يك كف نازل يا بالاي يك سيستم زهكشي قرار دارد كه به آب فيلتر شده اجازه خروج مي دهد. آب خام از قبل تصفيه شده به محفظه فيلتر در قسمت بالا وارد مي شود ، از طريق محيط فيلتر جريان مي يابد و پساب از طريق سيستم زهكشي در قسمت پايين تخليه مي شود. كارخانه هاي بزرگ فرآيندي همچنين سيستمي را براي توزيع يكنواخت آب خام به فيلتر اجرا مي كنند. علاوه بر اين ، يك سيستم توزيع كنترل جريان هوا معمولاً در آن گنجانده شده است. امكان توزيع ثابت هوا و آب را فراهم مي كند و از جريان زياد آب در مناطق خاص جلوگيري مي كند. يك توزيع دانه معمول به دليل شستشوي مكرر پشت ، از بين مي رود.دانه هايي با قطر كمتر در قسمت بالايي لايه ماسه غالب هستند در حالي كه دانه هاي درشت در قسمت هاي پايين غالب هستند.
دو فرآيند موثر بر عملكرد فيلتر ، رسيدن و توليد مجدد هستند.
در ابتداي اجراي فيلتر جديد ، بازده فيلتر همزمان با تعداد ذرات گرفته شده در محيط افزايش مي يابد. به اين فرآيند رسيدن فيلتر گفته مي شود. در حين رسيدن فيلتر ، پساب ممكن است معيارهاي كيفيت را نداشته باشد و بايد در مراحل قبلي در گياه دوباره تزريق شود. روش هاي بازسازي امكان استفاده مجدد از محيط فيلتر را فراهم مي كنند. مواد جامد جمع شده از بستر فيلتر خارج مي شوند. در هنگام شستشوي عقب، آب (و هوا) از طريق سيستم فيلتر به عقب پمپ مي شود. آب شستشو ممكن است تا حدي در جلوي فرآيند فيلتر تزريق شود و فاضلاب توليدي بايد دور ريخته شود. زمان شستشوي معكوس يا با توجه به مقدار كدورت پشت فيلتر ، كه نبايد بيش از يك آستانه تعيين شده باشد ، تعيين مي شود يا با از دست دادن هد در سطح فيلتر ، كه نبايد بيش از يك مقدار خاص باشد.
طرح فيلتر بستر شن و ماسه فشار سريعد
فيلتر فشار سريع 1 = آب خام ، 2 = آب فيلتر شده ، 3 = مخزن ، 4 = آب شستشوي ورودي ، 5 = آب شستشوي خروجي ، 6 = خط جمع ، 7 = هواي پاك كننده ، 8 = انژكتور ، 9 = لايه پشتيباني ، 10 = شن و ماسه فيلتر ، 11 = قيف شستشو ، 12 = تهويه
دانه هاي شن و ماسه كوچكتر سطح بيشتري را ايجاد مي كنند و بنابراين آلودگي بيشتري در ورودي آب ايجاد مي كنند ، اما همچنين به انرژي پمپاژ بيشتري براي هدايت مايع در بستر نياز دارد. سازش اين است كه در اكثر فيلترهاي بستر شن و ماسه فشار سريع از دانه هايي در محدوده 0.6 تا 1.2 ميلي متر استفاده مي شود اگرچه براي كاربردهاي خاص ممكن است اندازه هاي ديگري نيز مشخص شود. ذرات خوراك بزرگتر (> 100 ميكرومتر) منافذ بستر را مسدود كرده و آن را به يك فيلتر سطحي تبديل مي كنند كه به سرعت كور مي شود. براي غلبه بر اين مشكل مي توان از دانه هاي شن بزرگتر استفاده كرد ، اما اگر مقدار قابل توجهي از مواد جامد زياد در خوراك وجود داشته باشد ، بايد با فرايندي مانند ته نشيني در بالادست فيلتر بستر شن و ماسه حذف شوند.
عمق بستر شن و ماسه بدون توجه به كاربرد ، در حدود 0.6-1.8 متر (2-6 فوت) توصيه مي شود. اين با حداكثر توان عملياتي كه در زير بحث شده مرتبط است.
راهنمايي در طراحي فيلترهاي سريع بستر شن و ماسه نشان مي دهد كه آنها بايد با حداكثر سرعت جريان 9 متر عمل 3 / متر 2 / ساعت (220 ايالات متحده گهل / فوت 2 / ساعت) با استفاده از توان لازم و حداكثر دبي ، مي توان سطح مورد نياز بستر را محاسبه كرد.
نكته نهايي در طراحي كليد اين است كه مطمئن شويد مايع به درستي در بستر توزيع شده است و هيچ مسير مايع ترجيحي وجود ندارد كه بتوان ماسه را شسته و فيلتر را به خطر انداخت.
فيلترهاي بستر شن و ماسه فشار سريع معمولاً با فشار تغذيه 2 تا 5 بار (a) (28 تا 70 psi (a)) كار مي كنند. افت فشار روي يك بستر شني تميز معمولاً بسيار كم است. با جذب ذرات معلق روي بستر ، ايجاد مي شود. جامدات ذرات به طور يكنواخت با عمق گرفته نمي شوند ، بيشتر با بالين بالاتر و با شيب غلظت كه به طور تصاعدي پوسيده مي شود ، بالاتر جذب مي شوند.
اين نوع فيلتر ذرات را به اندازه هاي بسيار كوچك جذب مي كند و اندازه قطع واقعي ندارد كه زير آن ذرات هميشه عبور كنند. شكل منحني اندازه و كارايي ذرات فيلتر به شكل U با سرعت بالاي جذب ذرات براي كوچكترين و بزرگترين ذرات با فرو رفتن در بين ذرات اندازه متوسط است.
تجمع ذرات معلق در ذرات باعث افزايش فشار از دست رفته بر روي بستر براي ميزان جريان معين مي شود. براي يك بستر تغذيه شده با نيروي ثقل وقتي فشار موجود ثابت باشد ، سرعت جريان كاهش مي يابد. وقتي افت فشار يا جريان قابل قبول نيست و فيلتر ديگر به طور م effectivelyثر كار نمي كند ، بستر دوباره شسته مي شود تا ذرات جمع شده از بين بروند. براي فيلتر بستر شن و ماسه سريع تحت فشار اين اتفاق مي افتد كه افت فشار در حدود 0.5 بار باشد. مايع Backwash از طريق بستر به عقب پمپ مي شود تا زماني كه سيال شود و تا حدود 30٪ منبسط شود (دانه هاي شن شروع به مخلوط شدن مي كنند و با هم ماليدن آنها ذرات معلق را از بدن خارج مي كنند). ذرات معلق كوچكتر با مايع لباسشويي شسته و معمولاً در يك مخزن ته نشيني گرفته مي شوند. جريان مايعات مورد نياز براي سيال شدن بستر معمولاً 3 تا 10 متر است3 / متر 2 / ساعت اما نه براي مدت طولاني اجرا (چند دقيقه). : مقادير كمي ماسه مي تواند در فرآيند شستشو از بين برود و ممكن است لازم باشد تخت مرتباً پر شود.
طراحي فيلتر شني آهسته
همانطور كه از عنوان مشخص شده است ، سرعت فيلتراسيون در فيلتر شن آهسته تغيير مي كند ، با اين وجود ، بيشترين تفاوت بين فيلتر شني آهسته و سريع ، اين است كه لايه بالايي شن از نظر بيولوژيكي فعال است ، زيرا جوامع ميكروبي به سيستم وارد مي شوند. عمق توصيه شده و معمول فيلتر 0.9 تا 1.5 متر است. لايه ميكروبي از 10-20 روز پس از شروع عمليات تشكيل مي شود. در طي فرآيند فيلتراسيون ، آب خام مي تواند از طريق ماسه متخلخل متراكم شود ، مواد آلي ، باكتري ها ، ويروس ها و كيست هايي مانند Giardia و Cryptosporidium را متوقف و به دام بيندازد . روش بازسازي فيلترهاي ماسه اي كند ، خراشيدن ناميده مي شودو براي حذف مكانيكي ذرات خشك شده روي فيلتر استفاده مي شود. با اين حال ، اين فرايند بسته به سيستم جداگانه ، در زير آب نيز قابل انجام است. عامل محدود كننده ديگر براي آب تصفيه شده كدورت است كه براي فيلترهاي شني آهسته تعريف مي شود 10 NTU (واحدهاي كدورت نفلومتريك) است. فيلترهاي ماسه آهسته گزينه خوبي براي عمليات با بودجه محدود هستند زيرا فيلتراسيون از هيچ ماده شيميايي استفاده نمي كند و به مكانيكي كمكي نياز دارد يا به آن كمك كم نمي كند. با اين حال ، به دليل افزايش مداوم جمعيت در جوامع ، فيلترهاي شني كند براي فيلترهاي شني سريع جايگزين مي شوند ، بيشتر به دليل طول دوره اجرا.
فيلترهاي تختخواب مخلوط شده
فيلترها را مي توان با لايه هاي مختلف ساخت فيلترهاي بستر مخلوط ناميد. شن و ماسه يك ماده فيلتر متداول است ، اما آنتراسيت ، كربن فعال دانه اي (GAC) ، گارنت و ايلمنيت نيز از مواد فيلتر رايج هستند. آنتراسيت ماده سخت تري است و در مقايسه با ذغال سنگ ديگر فرار كمتري دارد. ايلمنيت و گارنت در مقايسه با شن سنگين هستند. گارنت شامل چندين ماده معدني است كه باعث تغيير رنگ قرمز مي شود. ايلمنيت اكسيدي از آهن و تيتانيوم است. از GAC مي توان همزمان در فرآيند جذب و فيلتراسيون استفاده كرد. اين مواد مي توانند به تنهايي استفاده شوند ، يا با ساير رسانه ها تركيب شوند. تركيبات مختلف طبقه بندي فيلترهاي مختلفي را ارائه مي دهند. Monomedia يك فيلتر يك لايه است كه معمولاً از شن و ماسه تشكيل شده و امروزه با فناوري جديد جايگزين مي شود. مونومدياي تختخواب عميق همچنين يك فيلتر يك لايه است كه از دو آنتراسيت يا GAC تشكيل شده است.از فيلتر مونومدياي تختخواب عميق هنگامي استفاده مي شود كه كيفيت آب مطابقت داشته باشد و اين مدت زمان طولاني تري را مي دهد. محيط هاي دوتايي (دو لايه) اغلب حاوي يك لايه شن و ماسه در پايين با يك لايه آنتراسيت يا GAC در بالا است. Trimedia يا تركيبي يك فيلتر با سه لايه است. Trimedia اغلب داراي گارنت يا ايلمنيت در لايه زيرين ، ماسه در وسط و آنتراسيت در بالا است.
موارد استفاده در تصفيه آب
همه اين روشها به طور گسترده اي در صنعت آب در سراسر جهان استفاده مي شود. سه مورد اول در ليست بالا براي كارايي م requireثر به استفاده از مواد شيميايي لخته كننده نياز دارند. فيلترهاي شني آهسته و بدون استفاده از مواد كمكي شيميايي ، آب با كيفيت بالا توليد مي كنند.
عبور آب لخته شده از يك فيلتر شن و ماسه جاذبه سريع باعث تخليه لكه ها و ذرات محبوس شده در آن مي شود ، تعداد باكتري ها را كاهش مي دهد و بيشتر مواد جامد را از بين مي برد. محيط فيلتر ماسه با درجه هاي مختلف است. در مواردي كه طعم و بو ممكن است يك مشكل باشد (اثرات ارگانولپتيك) ، فيلتر شن ممكن است شامل يك لايه كربن فعال باشد تا چنين طعم و بويي را از بين ببرد.
فيلترهاي شن و ماسه پس از يك مدت استفاده مسدود مي شوند يا با فلاك مسدود مي شوند . فيلترهاي شن آهسته خراشيده مي شوند (به بالا نگاه كنيد) در حالي كه فيلترهاي شن و ماسه سريع شسته مي شوند يا فشار داده مي شوند تا جريان از بين برود. اين آب شستشو به مخازن ته نشيني تبديل مي شود تا فلوك بتواند ته نشين شود و سپس به عنوان مواد زائد دفع مي شود. سپس آب مايع موجود به فرايند تصفيه مجدداً وارد مي شود و يا به صورت جريان فاضلاب دفع مي شود. در بعضي كشورها ممكن است از لجن به عنوان تهويه كننده خاك استفاده شود . نگهداري ناكافي فيلتر علت آلودگي گاه به گاه آب آشاميدني بوده است.
از فيلترهاي شن و ماسه بعضاً به عنوان آخرين مرحله پرداخت در تصفيه فاضلاب استفاده مي شود. در اين فيلترها شن و ماسه مواد معلق و باقيمانده را به دام مي اندازد و يك ماتريس فيزيكي براي تجزيه باكتريايي مواد ازت ، از جمله آمونياك و نيترات ها ، در گاز نيتروژن فراهم مي كند.
فيلترهاي شني يكي از مفيدترين فرايندهاي تصفيه هستند زيرا فرآيند فيلتر كردن (به ويژه با فيلتراسيون ماسه آهسته) بسياري از عملكردهاي تصفيه را در خود تركيب مي كند.
در فرآيند تصفيه آب ، بايد از فاكتورهاي خاصي آگاه بود كه در صورت عدم درمان صحيح ممكن است مشكلات جدي ايجاد كند. فرآيندهاي ذكر شده از قبيل رسيدن فيلتر و شستشوي مجدد فيلتر نه تنها بر كيفيت آب بلكه بر زمان مورد نياز براي تصفيه كامل نيز تأثير مي گذارد. شستشوي مجدد باعث كاهش حجم پساب نيز مي شود. اگر بايد مقدار مشخصي آب به عنوان مثال به يك جامعه تحويل داده شود ، اين اتلاف آب بايد مورد توجه قرار گيرد. علاوه بر اين ، زباله هاي شستشوي عقب بايد تصفيه شده يا به درستي دور ريخته شوند. از نظر شيميايي ، تغيير كيفيت آب خام و تغيير در اثر درجه حرارت ، در حال حاضر در ورودي گياه ، كارايي فرآيند تصفيه.
عدم اطمينان قابل توجهي در مورد مدلهاي مورد استفاده براي ساخت فيلترهاي شن و ماسه وجود دارد. اين به دليل فرضيات رياضي است كه بايد مانند كروي بودن تمام دانه ها بيان شود. شكل كروي بر تفسير اندازه تأثير مي گذارد زيرا قطر براي دانه هاي كروي و غير كروي متفاوت است. بسته بندي دانه هاي داخل بستر نيز به شكل دانه ها بستگي دارد. سپس اين امر بر تخلخل و جريان هيدروليكي تأثير مي گذارد.
جهت اطلاع بيشتر به سايت ناب زيست مراجعه كنيد.
- ۰ بازديد
- ۰ نظر