سیسنم فیلتر شنی

سیستم فیلتر شنی

این نوع از فیلترها معمولاً به عنوان اولین مرحله از تصفیه در سیستم‌های تصفیه آب متعارف مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد فیلترهای شنی جهت جداسازی ناخالصی‌های معلق موجود در آب می­باشد. این فیلترها بصورت استوانه‌های تحت فشار طراحی شده و بدنه آنها عموماً از جنس FRP می‌باشد. داخل ستون‌ها به وسیله شن سیلیسی و آنتراسیت پر می‌گردد که معمولاً یک لایه از ذرات درشت، روی نازل ها جهت جلوگیری از گرفتگی و سپس یک لایه ذرات ریز بر روی آن‌ها و ذرات درشت‌تر در بالا ریخته می‌شود. آب از قسمت بالای ستون وارد شده و پس از گذشتن از بستر شنی فیلتر، از قسمت زیرین خارج می‌گردد.

در بیشتر فرآیندهای فیلتراسیون از لایه شنی با دانه بندی متوسط با اندازه و عمق ویژه استفاده می­شود. آب پیش تصفیه شده از بستر فیلتری عبور می­کند که بخش زیادی از ذرات در کل بستر به طور یکنواخت حذف می­شوند. ملاحظات هنگام طراحی سیستم فیلتر شنی به شرح زیر می باشد.

  • شرایط محلی
  • توپوگرافی محل
  • کیفیت آب خام
  • انواع فرآیندهای پیش تصفیه
  • انواع فیلترهای جدید و پیشرفته
  • انواع سیستم های شستشو فیلتر
  • کنترل نرخ فیلتراسیون
  • انواع بستر فیلترها

 

انواع فیلترهای شنی

فیلترشنی تند (Rapid Sand Filter (RSF

نرخ فیلتراسیون در این نوع از فیلترها معمولا در حدود m3/m2.h 10-5 در نظر گرفته می­شود که این عدد باتوجه به شرایط پروژه قابل تغییر است. در استفاده از این نوع فیلترها عموما به پیش تصفیه ی آب خام (برای ته نشینی ذرات آب) نیاز است و معمولا، آب بعد از عبور از این فیلترها ضدعفونی میگردد. این فیلترها در حذف ذرات معلق بسیارموثر هستند و برخلاف فیلتر های کند حجم زمین کمی را اشغال میکنند، اما هزینه های اجرایی آنها بالا میباشد که این هزینه ها با پیش تصفیه آب قبل از ورود به فیلتر تند بیشتر هم میشود.

 

انواع مختلف فیلتر های شنی تند

  • فیلتر شنی باز (ثقلی)
  • فیلتر شنی بسته (تحت فشار)

 

فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter (SSF

سرعت فیلتراسیون این نوع فیلترها پایین است. اجرا، نگهداری و تعمیرات این فیلترها آسان است بنابراین به تخصص خاصی نیاز ندارد و برای استفاده در مناطق روستایی و مناطق کوچک خارج شهر مناسب است. این نوع فیلتر ها به صورت کاملا موثر، باکتری­ها، ویروس­ها، پروتوزآ، کدورت و فلزات سنگین را حذف میکند، اما فضای زیادی را اشغال میکنند و کاهش دمای محیط، به علت آسیب به لایه ی بیولوژیکی، روی بازده این فیلترها تاثیر منفی میگذارد.

برای آشنایی با محصولات و خدمات شرکت شاران صنعت در زمینه سیستم فیلتر شنی می توانید با کارشناسان ما در شرکت تماس حاصل فرمایید. همچنین می توانید در صورت نیاز به اطلاعات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه نمایید.

ادامه مطلب

 

فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)

فیلتر شنی کند ذرات معلق موجود در آب را از طریق عبور از میان یک بستر شنی و یا سایر مواد متخلخل، حذف می­کند. فیلتر شنی کند از هر دو مکانیسم کنترل فیزیکی و شیمیایی پاتوژن ها استفاده میکند. این فیلترها شامل حوضچه هایی هستند که در کف آن لوله های مشبک زهکش، در میانه آن ذرات شنی و در بالای آن آب قرار دارد. آب ضمن عبور از بستر شنی، ذرات معلق و ناخالصی های خود را در بین ذرات شن باقی می گذارد و از لوله های کف حوضچه خارج می شود.

این نوع فیلترهای شنی، حجم زمین زیادی را اشغال می کنند. یک فیلتر شنی کند که به خوبی طراحی شده و به درستی نگهداری می شود، از طریق فرآیندهای مختلف بیولوژیکی و فیزیکی در یک مرحله از سیستم تصفیه، به طور مؤثری باعث حذف کدورت و پاتوژن ها می­شود. سیستم های فیلتر شنی کند قابلیت اطمینان بالا و همچنین هزینه های پایین دارند. همانطور که توسط WHO اعلام شده، فیلتر شنی کند، ابزاری ساده اما بسیار مؤثر می باشد که به میزان قابل توجهی ارزان است و می تواند به مدیریت سیستم آب پایدار کمک کند.

 

محدودیت های فیلتر شنی کند

فرآیندهای تصفیه اضافی جهت ورود آب سخت و آب با کدورت غیر معمول و همچنین آب با میزان جامدات محلول بالا مانند سدیم، نیترات، نیتریت، سولفات و فلوراید به فیلتر شنی کند نیاز است. معمولاً آب هایی که ممکن است ترکیبات آلی آهنی تولید کنند، باید سطح کربن آلی بیش از ۲ میلی گرم در لیتر داشته باشند و همچنین باید حاوی آمونیاک نیز باشند. آب حاوی کربن آلی(TOC)  بیش از ۵ میلی گرم در لیتر ممکن است باعث مشکلات طعم و رنگ و بو شود. فیلتر شنی کند نمی تواند به طور مؤثری کربن آلی حل شده را حذف کند. جهت ارزیابی کارآیی فیلتراسیون، تجزیه و تحلیل کیفیت روزانه آب مورد نیاز است.

 

عوامل مؤثر در عملکرد فیلتراسیون شنی کند

جهت به حداکثر رساندن اثر بخشی فیلتر، تعدادی از عوامل باید مورد توجه قرار گیرند. شدت جریان آب از میان فیلتر شنی، پارامتر اصلی تعیین کننده تأثیر فیلتر شنی می باشد. شدت جریان باید کم باشد تا فیلتراسیون به خوبی انجام شود و اجتماع میکروبی کافی جهت حذف پاتوژن ها فراهم گردد. علاوه بر شدت جریان، برخی عوامل دیگر مانند حجم فیلتر، نرخ فیلتراسیون و … نیز ممکن است در تعیین اثر بخشی فیلتراسیون شنی کند، نقش مهمی داشته باشند.

مزایای فیلتر شنی کند

  • یک فناوری نسبتاً ساده می باشد.
  • هیچ گونه مواد شیمیایی مضری استفاده نمی شود، در نتیجه هیچ گونه خطری برای گیاهان و محیط زیست وجود ندارد.
  • هزینه های عملیاتی بسیار کم است.
  • نظارت فنی کمی مورد نیاز است.

 

معایب فیلتر شنی کند

  • هزینه نصب بالا
  • بسته به مقدار آبی که باید فیلتر شود، فیلتر کند ممکن است نیازمند فضای زیادی باشد که در نتیجه نیازمند زیرساخت زیادی می باشد.
  • تخلخل فیلتر در تمام طول بستر، یکنواخت نیست. اگر تنوع زیادی وجود داشته باشد، ممکن است عملکرد فیلتراسیون کاهش یابد.

 

فیلتر شنی تند (Rapid Sand Filter)

در فیلتراسیون شنی تند، معمولاً از شن به عنوان ماده واسط استفاده می شود، اما این فرآیند کاملا با فیلتراسیون شنی کند متفاوت می باشد. این موضوع به این دلیل است که شن بسیار سنگین با اندازه دانه مؤثر در محدوده ۰/۴ تا ۱/۲ میلی متر استفاده می شود و میزان فیلتراسیون بسیار بالاتر است و معمولاً بین m3/m2.h 10-5 می­باشد. با توجه به استفاده از شن درشت، منافذ بستر فیلتر نسبتاً درشت است و ناخالصی های موجود در آب خام، به عمق بستر فیلتر نفوذ می کنند. برای تمیز کردن یک بستر فیلتر شنی تند، تمیز کردن لایه بالایی کافی نیست. تمیز کردن فیلترهای تند به وسیله بک واش انجام می­شود. این عمل به وسیله هدایت و برگشت جریان بالای آب از میان بستر فیلتر می­باشد که در نتیجه آن فیلتر تمیز می­شود. تمیز کردن یک فیلتر تند می­تواند سریع باشد و برای این کار بیشتر از نیم ساعت زمان نیاز نیست. شستشو را می توان هر چند وقت یک بار و در صورت نیاز هر روز انجام داد. آب مورد نیاز برای شستشو، باید از آب فیلتر شده تولید شود.

این نوع از فیلترهای شنی حجم زمین بسیار کمی در مقایسه با فیلتر شنی کند اشغال می­کنند. این نوع از فیلتر شنی خود شامل دو نوع می شود: فیلتر شنی ثقلی و فیلتر شنی تحت فشار. برای تهیه آب آشامیدنی سالم، فیلتر شنی تند نیاز به پیش تصفیه مناسب (معمولاً انعقاد و لخته سازی) و پس تصفیه (معمولاً ضد عفونی با کلر) دارد. هم ساخت و ساز و هم عملیات در فیلتر شنی تند هزینه بر است. این فرآیند نسبتاً پیچیده است و نیازمند پمپ های قدرتمند، شستشو و تمیز کردن منظم و کنترل جریان خروجی از فیلتر می باشد.

 

کاربرد فیلتر شنی تند

در تصفیه آب جهت تأمین آب آشامیدنی، چندین کاربرد مختلف از فیلتراسیون شنی تند وجود دارد. در تصفیه آب های زیرزمینی برای حذف آهن و منگنز از فیلتراسیون شنی تند استفاده می­شود. جهت کمک به فرآیند فیلتراسیون، هوادهی اغلب به عنوان یک پیش تصفیه برای تشکیل ترکیبات نامحلول آهن و منگنز، انجام می­شود. برای آب های با میزان کدورت پایین، که اغلب در دریاچه ها و گاهی در رودخانه ها یافت می­شود، فیلتر شنی تند باید قادر باشد آب آشامیدنی تولید کند، هر چند ممکن است آب هنوز دارای میکروارگانیسم های بیماری زا باشد. پس از آن، یک تصفیه نهایی مانند کلرزنی جهت حصول آب با سطح باکتریایی مطلوب، نیاز است. در تصفیه آب رودخانه با کدورت بالا، فیلتراسیون تند می­تواند به عنوان یک پیش تصفیه به منظور کاهش بار در فیلترهای شنی آهسته، استفاده شود. هم چنین می­تواند در تصفیه آب حاصل از انعقاد، لخته سازی و رسوب گذاری مورد استفاده قرار گیرد. در چنین مواردی، کلرزنی نهایی نیاز می­باشد.

 

مزایای فیلتراسیون شنی تند

  • شدت جریان حجمی بسیار بیشتری از فیلتر شنی کند دارد (در حدود ۱۴۰ تا ۱۹۰ هزار لیتر آب در هر متر مربع در روز)
  • نیاز به سطح زمین نسبتاً کمی دارد.
  • حساسیت کمتری به تغییرات در کیفیت آب خام (مثل کدورت) دارد.
  • نیاز به شن کمتری نسبت به فیلتر شنی کند دارد.

 

معایب فیلتراسیون شنی تند

  • اندازه منافذ بزرگ، بدون انعقاد و لخته سازی قادر نیست پاتوژن های کوچکتر از ۲۰ میکرومتر را حذف کند.
  • نیاز به نگهداری بیشتری از یک فیلتر شنی کند دارد. به همین علت، معمولاً به عنوان تکنولوژی مناسب طبقه بندی نمی شود.
  • در مقابل مشکلات طعم و بو بی اثر است.
  • حجم زیادی از لجن و فاضلاب که باید دفع شوند را تولید می کند.
  • تصفیه آب خام با مواد شیمیایی ضروری است.
  • نیازمند نظارت ماهرانه می باشد.
  • هزینه تعمیر و نگهداری بالا است.

جنس بستر فیلترها

موادی که به طور معمول به عنوان بستر فیلتر استفاده می­شود.

  • شن
  • ذغال آنتراسیت
  • گارنت (کانی با فرمول شیمیایی X3Y2(SiO4)3، با وزن مخصوص ۴/۲ – ۳/۶)
  • ایلمنیت (کانی با فرمول شیمیاییFeTiO3، با وزن مخصوص ۴/۶ – ۴/۲)
  • کربن فعال گرانوله، قابلیت انجام فرآیند فیلتراسیون و جذب (معمولا برای حذف بو)

پارامتر های مربوط به جنس بستر فیلتر که روی عملکرد فیلتر تاثیر می گذارد.

  • اندازه
  • شکل
  • چگالی
  • سختی
  • میزان تخلخل
  • توزیع ذرات

اندازه ذرات تشکیل دهنده فیلتر و توزیع آنها

اندازه ذرات روی عملکرد فیلتر و نیاز سیستم به شست و شوی معکوس تاثیر بسزایی دارد.

  • هرچه اندازه ذرات تشکیل دهنده بستر کوچکتر باشد، عملکرد فیلتر افزایش می یابد.
  • هرچه خلل و فرج بین ذرات کاهش یابد، میزان افت فشار در سیستم افزایش می یابد.
  • هرچه اندازه ذرات بیشتر باشد، اندازه خلل و فرج ها نیز افزایش می یابد در نتیجه میزان افت فشار کاهش می یابد.

 

بستر های Uniform

این نوع از بستر معمولا دارای ذراتی دانه درشت در حدود ۰/۵ تا ۶ میلی متر است (معمولا ۱/۲– ۱/۳). عمق این نوع از بستر معمولا ۱/۸ – ۱/۲ متر است (در بعضی موارد عمق فیلتر به ۲/۴ متر نیز می رسد). این فیلتر ها برای شست و شوی معکوس استفاده می شود (هوا – آب/ هوا).

درجه بندی ذرات بر پایه دو پارامتر زیر توصیف می شود.

  • اندازه موثر (ES)
  • ضریب یکنواختی (UC)

اندازه موثر بستر صافی، به عنوان اندازه ای تعریف می شود که ۱۰ درصد جرمی ذرات از آن عبور کرده و با d10 نمایش داده می شود. ضریب یکنواختی، به عنوان نسبت اندازه ۶۰ درصد به اندازه ۱۰ درصد تعریف می شود. UC=d60/d10 میزان شست و شوی معکوس برای یک فیلتر از طریق پارامتر d90 محاسبه می شود.

D90=d10101.67logUC

 

انواع ضریب یکنواختی در بستر فیلترها

 

دانه بندی با ضریب یکنواختی پایین (Low UC): تخلخل زیاد موجود در این نوع از دانه بندی باعث انتشار هرچه بیشتر اکسیژن در بین ذرات شن می شود.

دانه بندی با ضریب یکنواختی بالا (High UC): جای گرفتن ذرات ریز در فضای خالی موجود بین ذرات بزرگتر باعث افزایش میزان گرفتگی در فیلتر می­شود.

 

پدیده ها و مکانیسم های اصلی سهیم در حذف مواد در یک صافی عمقی

مکانیسم/ پدیدهشرح
۱- غربالگری

مکانیکی

تماس تصادفی

مکانیکی: ذرات بزرگتر از فضای منافذ بستر صافی به صورت مکانیکی حذف می شوند.
تماس تصادفی: ذرات کوچکتر از فضای منافذ از طریق تماس تصادفی در درون فیلتر به دام می افتند.
۲- ته نشینیذرات بر روی بستر موجود در صافی ته نشین

می­شوند.

۳- گیر افتادنذرات سنگین از خطوط جریان (Streamline) تبعیت نمی کنند.
۴- برخوردذراتی که در طول خطوط جریان حرکت می کنند، به هنگام تماس با سطح بستر فیلتر حذف می شوند.
۵- چسبندگی

ذرات به موازات عبور از سطح بستر فیلتر به آن می­چسبند. به دلیل نیروی آب جاری، مقداری از مواد پیش از اتصال به بستر به طرف پایین فیلتر حرکت می کنند. مقداری مواد ممکن است در کف صافی شکسته شده و منجر به ظهور ناگهانی کدورت در پساب خروجی شود.

۶- لخته سازیلخته های تشکیل شده از طریق مکانیسم های مختلف حذف می شوند.
۷- جذب شیمیایی

پیوند (Bonding)

واکنش شیمیایی

۸- جذب فیزیکی

نیرو های الکترواستاتیک

نیروهای الکتروکینتیک

نیروهای واندروالس

به محض اینکه ذره با سطح بستر تماس پیدا کند، یکی از مکانیسم های جذب فیزیکی یا شیمیایی یا هر دو ممکن است مسئول نگه داشتن ذره در آنجا شود.
۹- رشد بیولوژیکیرشد بیولوژیکی در درون فیلتر حجم منافذ را کاهش داده و ممکن است حذف ذرات را با هر یک از مکانیسم های فوق ارتقا دهد.

 

معیارهای کلی طراحی فیلترهای تک بستر برای تصفیه آب

مشخصاتمقادیر طراحی
جنس بستر

عمق (mm)

سایز موثر(mm)

ضریب یکنواختی

نرخ فیلتراسیون (lit/s.m2)

شن

۷۶۰ – ۶۱۰ (معمولا ۶۸۵)

۰/۷۰ – ۰/۳۰ (معمولا ۰/۶۰)

کمتر از ۱/۷

۳/۴۰ – ۱/۳۶ (معمولا ۲/۷۲)

جنس بستر

عمق (mm)

سایز موثر (mm)

ضریب یکنواختی

نرخ فیلتراسیون (lit/s.m2)

آنتراسیت

۷۶۰ – ۶۱۰ (معمولا ۶۸۵)

۰/۷۵ – ۰/۷۰ (معمولا ۰/۷۵)

کمتر از ۱/۷۵

۳/۴۰ – ۱/۳۶ (معمولا ۲/۷۲)

Ref: Reynolds, T. D., and P. A. Richards. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. 2nd ed. Boston, MA: PWS Publishing Company, 1996

معیارهای کلی طراحی فیلترهایDual-Media  برای تصفیه آب

مشخصاتمقادیر طراحی
بستر اول

عمق (mm)

سایز موثر (mm)

ضریب یکنواختی

بستر دوم

عمق(mm)

سایز موثر(mm)

ضریب یکنواختی

نرخ فیلتراسیون (lit/s.m2)

آنتراسیت

۶۱۰ – ۴۶۰ (معمولا ۶۱۰)

۱/۱ – ۰/۹ (معمولا ۱)

۱/۸ – ۱/۶ (معمولا ۱/۷)

شن

۲۰۵ – ۱۵۰ (معمولا ۱۵۰)

۰/۵۵ – ۰/۴۵ (معمولا ۰/۵)

۱/۷ – ۱/۵ (معمولا ۱/۶)

۵/۴۴ – ۲/۰۴ (معمولا ۳/۴۰)

Ref: Reynolds, T. D., and P. A. Richards. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. 2nd ed. Boston, MA: PWS Publishing Company, 1996.

معیارهای کلی طراحی فیلترهایMixed-Media  برای تصفیه آب

مشخصاتمقادیر طراحی
بستر اول

عمق (mm)

سایز موثر (mm)

ضریب یکنواختی

بستر دوم

عمق (mm)

سایز موثر (mm)

ضریب یکنواختی

بستر سوم

عمق (mm)

سایز موثر (mm)

ضریب یکنواختی

نرخ فیلتراسیون (lit/s.m2)

آنتراسیت

۵۳۰ – ۴۲۰ (معمولا ۴۶۰)

۱ – ۰/۹۵ (معمولا ۱)

۱/۷۵ – ۱/۵۵

شن

۲۳۰ – ۱۵۰ (معمولا ۲۳۰)

۰/۵۵ – ۰/۴۵ (معمولا ۰/۵)

۱/۶۵ – ۱/۵ (معمولا ۱/۶)

گارنت

۷۵ – ۱۱۵ (معمولا ۷۵)

۰/۳۵ – ۰/۲۰ (معمولا ۰/۲۰)

۲ – ۱/۶

۶/۸۰ – ۲/۷۲ (معمولا ۴/۰۸)

Ref: Reynolds, T. D., and P. A. Richards. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. 2nd ed. Boston, MA: PWS Publishing Company, 1996.