فیلتر شنی فرآیندی است که در آن تصفیه آب با طبیعت متخلخل یک لایه ماسه که ذرات موجود در آب را به دام می اندازد، محقق می شود. فرآیندهای فیزیکی/ بیولوژیکی مختلف دیگری نیز در یک فیلتر شنی اتفاق می افتد که بیشتر باعث می شود مواد مختلف موجود درآب جداسازی شود.
فیلتراسیون شنی اغلب در تصفیه آبهای زیرزمینی برای از بین بردن آهن محلول استفاده می شود. آهن و منگنز موجود در آبهای زیرزمینی توسط هوادهی اکسیده می شوند و لکه های تشکیل شده متعاقباً در فیلتر شن قرار می گیرند. پس از مدت زمان مشخصی، فیلتر با ذرات اشباع می شود و باید تمیز شود تا از انسداد کامل آن جلوگیری شود. فیلترهای شنی با شستشوی هوا و یا آب تمیز می شوند.
از فیلتر شنی یا sand filter به عنوان یکی از موثر ترین راه های تصفیه آب استفاده می شود. سه نوع فیلتر شنی اصلی فیلتر شنی سریع (گرانشی)، فیلترهای شنی با جریان رو به بالا و فیلترهای شن آهسته وجود دارد. هر سه روش در صنعت تصفیه آب در سراسر جهان به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. دو مورد اول نیاز به استفاده از مواد شیمیایی فلوکولانت دارند (منعقد کننده) تا بتوانند به طور مؤثر کار کنند در حالی که فیلترشنی آهسته می تواند آب بسیار باکیفیتی با حذف عوامل بیماری زا از ۹۰٪ به> 99٪ بسته به نوع فشار، طعم و بو و بدون نیاز به مواد شیمیایی تولید کند. فیلتر شنی جدا از این که در تصفیه خانه ها مورد استفاده قرار می گیرد، می تواند در تصفیه آب در خانه های مسکونی نیز مورد استفاده قرار گیرند، زیرا که از موادی که برای اکثر مردم در دسترس است ساخته می شود.
تاریخچه تکنیک های جداسازی آلاینده های آب به گذشته های خیلی دور باز می گردد زیرا که مواد مورد استفاده برای فیلتر شنی و به طور کلی فیلتر ها، قبلاً در دوره های باستان مورد استفاده قرار گرفته بودند. مصریان از فیلتر های خشت متخلخل برای فیلتر کردن آب آشامیدنی، شراب و مایعات دیگر استفاده می کردند.
مفهوم تصفیه فیلتر شنی
فیلتر شنی نوعی فیلتر دارای حفره است. به طور گسترده، دو نوع فیلتر برای جداسازی مواد جامد از مایعات وجود دارد:
فیلتر شنی سطح، که در آن ذرات بر روی یک سطح قابل نفوذ به دام می افتند و در نهایت جامدات موجود در آب حذف می شوند.
فیلتر شنی عمق، در جایی که فیلتر متخلخل است و ذرات درون حفرات به دام می افتند.
انواع مختلفی از فیلترشنی عمق وجود دارد، برخی از آن ها از مواد فیبری و برخی دیگر از مواد دانه ای استفاده می کنند. فیلتر شنی معمولاً برای جداسازی مقادیر اندک (<10 قسمت در میلیون یا <10 گرم در هر متر مکعب) و مواد جامد ریز (<100 میکرومتر) از محلول های آبی استفاده می شود.
مکانیسم های جذب مواد جامد ریز
فیلتر شنی به دلیل حفرات بسیار زیادی که دارد، امکان زیادی برای گرفتن ذرات معلق موجود در آب توسط شن را دارد. از آن جا که مایع در طی مسیر عبور از شن، از حفرات ساختار شن عبور می کند، ذرات ریز و دانه های معلق خود را در حفرات شن جای می گذارد. فیلتر شنی تصفیه آب می تواند توسط یکی از چندین مکانیسم عمل کند:
برخورد مستقیم:
طی فرآیند برخورد مستقیم، آب مستقیما از فیلتر شنی عبور می کند. اگر بار سطحی شن مثبت یا منفی باشد جامدات با بار غیر هم نام خود را جذب می کند و طی برهمکنش های یونی این حذف صورت می گیرد. گاهی اوقات این حذف بر اساس بار ذرات نیست و ذرات در حفرات به دام می افتند و عامل این مکانیسم، نیروی واندروالسی است. در نهایت فیلتر شنی که ذرات جامد موجد در آب را جذب کرده، پس از مدتی ظرفیت خالی را از دست می دهد و مجددا باید برای استفاده، این ذرات جامد را از فیلتر شنی خارج کرد.
انواع فیلتر شنی
- فیلتر شنی سریع (گرانش)
- فیلتر شنی تحت فشار
- فیلترهای شنی جریان بالا
- فیلترهای شنی آهسته
فیلتر شنی یا در کف نازل یا در بالای سیستم زهکشی قرار دارد که اجازه می دهد آب فیلتر شده خارج شود. آب خام از قبل تصفیه وارد فیلتر شنی می شود و در فیلتر شنی جریان می یابد و پساب از طریق سیستم زهکشی در قسمت پایین تخلیه می شود. فرآیند های فیلتر شنی در مقیاس بزرگ نیز سیستمی دارند که برای توزیع یکنواخت آب خام در فیلتر به کار می روند. علاوه بر این معمولاً یک سیستم توزیع که جریان هوا را کنترل می کند در سیستم گنجانده شده است. این امکان از جاری شدن بیش از حد آب در مناطق خاص جلوگیری می کند. در آغاز یک فیلتر شنی جدید پس از جذب مقداری از ذرات، بازده فیلتر همزمان با میزان ذرات گرفته شده در محیط افزایش می یابد. این فرآیند به عنوان رسیدن فیلتر نامیده می شود. در طول رسیدن فیلتر، آب ممکن است معیار های کیفیت مورد نظر را برآورده نکند و باید مجددا فیلتر شود و پس از آن واقعا راندمان جذب بالا می رود تا زمانی که فیلتر به طور کامل پر شود. پس از پر شدن تمام حفرات فیلتر شنی، روش های بازسازی امکان استفاده مجدد از فیلتر شنی را فراهم می آورد. طی فرآیند احیا مواد جامد انباشته شده از بستر فیلتر جدا می شوند. در هنگام شستشو، آب و هوا از طریق سیستم فیلتر به عقب پمپ می شود و در نهایت این فاضلاب تولید شده باید دور ریخته شود. زمان شستشوی برگشتی بر اساس مقدار کدورت در پشت فیلتر تعیین می شود، که نباید بیش از بیشینه مقدار تعیین شده باشد.
طراحی فیلتر شنی تحت فشار
دانه های شنی کوچکتر سطح بیشتری را فراهم می کنند اما به پمپاژ بیشتری برای انتقال مایعات در بستر نیاز دارند. یک قاعده این است که اکثر فیلتر های شنی تحت فشار از دانه ها با سایز در محدوده ۰.۶ تا ۱.۲ میلی متر استفاده می کنند. اگر چه برای کاربرد های تخصصی اندازه های دیگری نیز ممکن است مشخص شود. البته که ذرات بزرگتر (> 100 میکرومتر) تمایل دارند که منافذ بستر را مسدود کرده و آن را به یک فیلتر جذب سطحی تبدیل کنند و این یکی از معضلات بزرگ این نوع فیلتر شنی است. برای غلبه بر این مشکل از دانه های بزرگتر شن استفاده می شود. حداکثر سرعت جریان در فیلتر شنی تحت فشار ۹ متر مکعب در ساعت است. نکته اصلی طراحی این است که اطمینان حاصل کنید که مایعات به درستی در بستر توزیع شده اند و هیچ مسیر ارجح تری برای مایع وجود ندارد که شن ها در آن شسته شوند و فیلتر شنی به خطر بیفتد. فیلتر شنی تحت فشار معمولاً با فشار ۲ تا ۵ بار (a) (28 تا ۷۰ psi (a)) عمل می کند. افت فشار در بستر شنی تمیز معمولاً بسیار کم است.
این نوع فیلتر ذرات را با اندازه های بسیار کوچک جذب می کند.
طراحی فیلتر شنی آهسته
همانطور که از عنوان laow است، سرعت تصفیه در فیلتر ماسه ای آهسته تغییر می یابد اما بزرگترین تفاوت بین فیلتر شنی آهسته و سریع، این است که لایه بالایی فیلتر از نظر بیولوژیکی فعال است، زیرا تصفیه بیولوژیکی توسط میکروارگانیسم ها به سیستم ضمیمه می شود. عمق توصیه شده و معمول فیلتر ۰.۹ تا ۱.۵ متر است. لایه میکروبی در طی ۱۰-۲۰ روز از شروع عملیات تشکیل می شود. در طی فرآیند تصفیه، آب خام می تواند از داخل محیط متخلخل شن و ماسه نفوذ کند و مواد آلی، باکتری ها، ویروس ها و کیست هایی مانند Giardia و Cryptosporidium را متوقف و در حفرات فیلتر شنی به دام بیندازد. روش احیای فیلترهای شنی آهسته، خراش دادن نامیده می شود و برای از بین بردن مکانیکی ذرات خشک شده روی فیلتر استفاده می شود.
با این وجود بسته به نوع سیستم این روند همچنین می تواند در زیر آب انجام شود. یکی دیگر از عوامل محدود کننده آب تصفیه شده میزان کدورت است، که برای فیلتر های شنی آهسته ۱۰ NTU (واحدهای کدورت نففومتریک) تعریف شده است. فیلترهای شنی آهسته گزینه مناسبی برای عملیات با بودجه محدود هستند زیرا تصفیه از هیچ ماده شیمیایی استفاده نمی کند و به کمک مکانیکی کمی نیاز دارد. با این حال، به دلیل رشد مداوم جمعیت در جوامع، فیلترهای شنی آهسته در حال تعویض به فیلترهای شنی سریع هستند که بیشتر به دلیل طول دوره عملیات تصفیه است.
فیلترهای بستر مخلوط
این نوع فیلترها با لایه های مختلفی ساخته می شوند و به نام فیلتر های بستر مخلوط شناخته می شوند. شن یک ماده متداول مورد استفاده در فیلتر است، اما آنتراسیت، دانه های کربن فعال شده (GAC)، گارنت و ایلمنیت نیز مواد رایج فیلتر هستند. آنتراسیت ماده ای سخت تر است و نسبت به سایر شن ها کمتر از دست می رود. ایلمنیت و گارنت در مقایسه با شن و ماسه سنگین هستند. گارنت شامل چندین ماده معدنی است که باعث تغییر رنگ قرمز می شود. ایلمنیت اکسید آهن و تیتانیوم است. GAC را می توان در فرآیند جذب و تصفیه به طور همزمان استفاده کرد. این مواد می توانند به تنهایی استفاده شوند یا با سایر مواد ترکیب شوند.
فیلتر شنی در تصفیه آب
همه این روش ها در صنعت تصفیه آب در سراسر جهان کاربرد گسترده ای دارند. در میان روش های مذکور فقط فیلترهای شنی آهسته هستند که بدون استفاده از مواد شیمیایی منعقد کننده تصفیه آب را انجام می دهند.
عبور آب پس از فرآیند لخته شدن از طریق فیلتر شنی با گرانش سریع، باعث جدا شدن لکه ها و ذرات موجود در آن می شود و تعداد باکتری ها را کاهش داده و بسیاری از مواد جامد را از بین می برد. در زمانی که ممکن است آب طعم و بو داشته باشد (اثرات ارگانیک)، فیلتر شنی ممکن است شامل لایه ای از کربن فعال برای از بین بردن این طعم و بو باشد. فیلترشنی گاه در مرحله تصفیه فاضلاب نهایی در سیستم تصفیه فاضلاب نیز استفاده می شوند. در این فیلترها، مواد معلق و باکتری های باقی مانده در تله های شن قرار می گیرند و یک ماتریس فیزیکی برای تجزیه باکتریایی مواد نیتروژن دار از جمله آمونیاک و نیترات ها را فراهم می کند. فیلتر شنی یکی از مفید ترین فرایند های تصفیه است زیرا فرآیند فیلتراسیون (به خصوص با فیلتر ماسه ای آهسته) بسیاری از کارکرد های تصفیه را در خود جای می دهد.
برخی از چالش ها در روند تصفیه با فیلتر شنی
در فرآیند تصفیه آب، باید از عوامل آلاینده خاص موجود در آب آگاه بود که در صورت عدم تصفیه صحیح ممکن است باعث مشکلات جدی شوند. فرآیند های یاد شده مانند فیلتراسیون و شستشوی برگشتی نه تنها کیفیت آب بلکه زمان لازم برای تصفیه کامل را نیز تحت تأثیر قرار می دهد. اگر سرعت تصفیه آب کمتر از سرعت مصرف آب باشد، باید این معضل را با انتخاب روش صحیح اصلاح کرد. برای اینکه بتوانید سیستم فیلتر شنی مناسب با میزان مصرف آب شرکت، خانه، مجتمع های فرهنگی – تجاری و … را انتخاب کنید می توانید با متخصصان شرکت مهندسی اوژن اطلس سپهر تماس حاصل فرمایید. علاوه بر این، پسمانده بک واش باید به صورت صحیح تصفیه یا دور ریخته شود.
فیلتراسیون کربن فعال
کربن فعال از ظرفیت جذب بالایی برخوردار است و باعث می شود مواد زیادی از آب و هوا را خارج کند. برخی از این مواد به شرح زیر است:
- آلاینده ای میکرونی آلی و کلر
- هیدروکربن ها، حلال ها و مواد شوینده
- سموم دفع آفات، روغن محلول و غیره
- مواد معطر آروماتیک
- فلزات سنگین و سیانید
- رنگ و طعم دهنده ها
کربن فعال اغلب به عنوان بستر مدیا در مخازن فیلتر برای تصفیه آب استفاده می شود. هر چند وقت یکبار این مخازن فیلتر همانند فیلترهای شنی شسته می شوند تا ذرات معلق را جدا کنند.
هنگامی که کربن فعال اشباع شده و در نتیجه دیگر قادر به جذب مواد نیست، باید جایگزین شود و تعویض گردد و یا دوباره تولید و بازیابی شود.
فیلترهای کربن فعال و شنی را با مخازن فولادی تحت مدیریت خاص خود تولید می شود. مدل های موجود در ارتفاع بستر، قطر مواد فیلتر (نازل) و غیره متفاوت است. اصولاً یک فیلتر از بدنه فولادی با دو طبقه کم فشار تشکیل شده است و یک صفحه پایین که روی بدنه جوش داده شده است و در آن تحت شستشو قرار می گیرد، سوار شده اند.
مخازن فیلتر فولادی دارای پوشش استاندارد با قطر ۰.۶ تا ۳.۰ متر را برای کاربرد های مختلف و پروژه های خاص تولید می کند.
علاوه بر این بسیاری از فیلترهای کربنی و شنی که برای اهداف خاص (تکنولوژی محیط زیست، فرآیند و فاضلاب) تولید می شوند، همچنین مخازن فیلتر سفارشی نیز تولید می شود. علاوه بر ابعاد مختلف مشخص شده توسط مشتری مانند قطر مخزن و لوله های اتصال، گزینه های مختلفی از نظر لوله های یکپارچه ورودی، زهکشی فاضلاب، یک منهول دسترسی اضافی، سیستم هوادهی و توزیع، نوع پوشش و غیره امکان پذیر است.
برنامه های کاربردی
- پیش تصفیه تجهیزات ضد عفونی کننده
- آماده سازی برای میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون
- سیستم های بازیابی آب
- فرآیندهای خنک کننده آب
- سیستم های آبیاری
- فیلتراسیون استخر شنا
- فیلتراسیون آب مخزن
- تصفیه آب زیرزمینی
مزایا
- بسیار موثر برای از بین بردن کدورت (معمولاً کمتر از ۰.۱-۱ NTU)
- میزان فیلتر بالا (۴۰۰۰ – ۱۲۰۰۰ لیتر در ساعت در هر متر مربع از سطح)، نیاز به زمین کوچک
- بدون هیچ محدودیت در مورد سطح کدورت اولیه (اگر منعقد کننده یا لخته ساز در دسترس باشد و به درستی استفاده شود)
- زمان تمیز کردن (شستشوی معکوس) فقط چند دقیقه طول می کشد و فیلترها می توانند بلافاصله دوباره به بهره برداری برسند.
معایب
- در از بین بردن باکتری ها، ویروس ها، فلوراید، آرسنیک و نمک مؤثر نیست (نیاز به پیش تصفیه و تصفیه تکمیلی دارد)
- سرمایه گذاری بالا و هزینه های عملیاتی
- تمیز کردن مکرر (شستشوی معکوس) مورد نیاز (هر ۲۴-۷۲ ساعت) است.
- نظارت ماهرانه ضروری است (به عنوان مثال برای کنترل جریان و دوز ضد عفونی کننده)
- ورودی انرژی بالا مورد نیاز است.
- آب و لجن آب شستشوی معکوس نیاز به تصفیه دارد. سیستم فاضلاب یا استخرهای تثبیت مورد نیاز است.
سیستم بک واش
پس از گذشت مدت زمانی، آلودگی های جذب شده در فیلتر شنی شروع به مسدود کردن حفرات موجود در شن ها می کنند تا جایی که جریان آب به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و فشارسنج از ۸ تا ۱۰ psi از حد مجاز عملکرد عادی بالا می رود. برای تمیز کردن آلودگی ها، باید فیلتر را مجدداً بشویید. نحوه شستن سیستم فیلتر شنی، بک واش نام دارد.
۱- برای انجام این کار ابتدا پمپ فیلتر را خاموش کنید.
۲- شیر خروجی آب و شیر ورودی فیلتر بسته شود.
۳- پمپ تصفیه که در دستگاه های فیلتر شنی تعبیه شده است روشن شود.
تحت این شرایط، فشار آب و هوا، ذرات را از فیلتر بیرون می کشد و در نهایت این آب باید تخلیه شود تا ذزات مجددا وارد فیلتر نشوند.
فیلتراسیون شنی را از گروه فنی و مهندسی اوژن اطلس سپهر خریداری کنید.
