Τα φίλτρα, ως βασικές εγκαταστάσεις στον τομέα της επεξεργασίας νερού, χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, επεξεργασία βιομηχανικών λυμάτων, καθαρισμό πόσιμου νερού και άλλα σενάρια. Ωστόσο, στην πραγματική χρήση, τα φίλτρα παρουσιάζουν συχνά κακή απόδοση, όπως αργός ρυθμός φιλτραρίσματος, εύκολο φράξιμο των μέσων φίλτρου, κακή επίδραση οπισθόπλυσης, μικρή ικανότητα επεξεργασίας, ασταθής ποιότητα εκροής και μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε μη συμμόρφωση με τα πρότυπα εκκένωσης ή δευτερογενή ρύπανση. Αυτά τα προβλήματα όχι μόνο επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας αλλά αυξάνουν επίσης το λειτουργικό κόστος και τη δυσκολία συντήρησης. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διερευνηθούν τρόποι βελτίωσης της απόδοσης του φίλτρου για να διασφαλιστεί η σταθερή και αποτελεσματική λειτουργία του. Αυτό το άρθρο κοινοποιεί τρόπους βελτίωσης της απόδοσης του φίλτρου για επαγγελματίες επεξεργασίας νερού.
I. Σημεία συμφόρησης των μέσων φίλτρου ενός επιπέδου-
Τα παραδοσιακά φίλτρα άμμου μονής-στρώσης χρησιμοποιούν κυρίως χαλαζιακή άμμο ως μέσο φίλτρου, με το μέγεθος των σωματιδίων να έχει σχεδιαστεί να αυξάνεται σταδιακά από πάνω προς τα κάτω (λεπτό στην κορυφή, χοντρό στο κάτω μέρος). Επιφανειακά, αυτό φαίνεται να φιλτράρει τις ακαθαρσίες στρώμα προς στρώμα, αλλά στην πραγματική λειτουργία, συχνά προκύπτουν προβλήματα. Η ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών του φίλτρου{3}}είναι βασικός δείκτης μέτρησης της απόδοσης, που αναφέρεται στην ποσότητα των ακαθαρσιών που συγκρατούνται ανά μονάδα όγκου μέσου φίλτρου (μονάδα: kg/m³ ή g/cm²). Ισχυρή ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-σημαίνει ότι το στρώμα φίλτρου παίζει σημαντικό ρόλο, με αποτέλεσμα υψηλή απόδοση φιλτραρίσματος, μακρύ κύκλο εργασίας και μεγάλη ικανότητα επεξεργασίας νερού. Ωστόσο, η κατανομή των ακαθαρσιών που έχουν παγιδευτεί σε ένα μόνο στρώμα μέσου φίλτρου είναι εξαιρετικά άνιση: η επιφάνεια (ανώτερο στρώμα) συσσωρεύει τις περισσότερες ακαθαρσίες, μειώνοντας περαιτέρω, χωρίς σχεδόν καμία παγίδευση κάτω από 30 cm. Αυτό προκαλεί την απώλεια κεφαλής (αντίσταση ροής) να συγκεντρώνεται κυρίως στο επιφανειακό στρώμα, μειώνοντας σημαντικά τον κύκλο φιλτραρίσματος και συχνά οδηγεί σε απόφραξη εντός ωρών. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατεύθυνση ροής του νερού ευθυγραμμίζεται με το αυξανόμενο μέγεθος σωματιδίων, προκαλώντας τη γρήγορη συσσώρευση ακαθαρσιών στο ανώτερο στρώμα. Εάν το μέγεθος των σωματιδίων αλλάξει ώστε να μειωθεί σταδιακά κατά μήκος της κατεύθυνσης ροής του νερού (από μεγάλο σε μικρό), δηλαδή με διήθηση "αντίστροφου μεγέθους σωματιδίων", οι ακαθαρσίες μπορούν να κατανεμηθούν ομοιόμορφα, αυξάνοντας την ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών, μειώνοντας την απώλεια κεφαλής, επεκτείνοντας τον κύκλο εργασίας και αυξάνοντας ακόμη και την ταχύτητα φιλτραρίσματος.
II. Φιλτράρισμα ανοδικής ροής
Τα συμβατικά μέσα φίλτρου έχουν λεπτότερο μέγεθος σωματιδίων στην κορυφή και χονδρότερο μέγεθος σωματιδίων στο κάτω μέρος, με το νερό να εισέρχεται από την κορυφή και να εξέρχεται από το κάτω μέρος. Το φιλτράρισμα ανοδικής ροής διατηρεί το ίδιο μέγεθος σωματιδίων, αλλά αντιστρέφει την κατεύθυνση ροής του νερού: το νερό εισέρχεται από το κάτω μέρος και εξέρχεται από την κορυφή, σχηματίζοντας μια λειτουργία "αντίστροφου μεγέθους σωματιδίων".
Τα πλεονεκτήματα αυτού του σχεδιασμού είναι: ομοιόμορφη κατανομή ακαθαρσιών στο στρώμα φίλτρου, βελτιωμένη ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-, βραδύτερη αύξηση της αντίστασης ροής νερού και εκτεταμένος κύκλος εργασίας. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να ελέγχεται ο ρυθμός διήθησης, καθώς οι υψηλοί ρυθμοί διήθησης μπορούν να προκαλέσουν διαστολή του στρώματος φίλτρου, απώλεια λεπτής άμμου από το ανώτερο στρώμα και να επηρεάσουν την ποιότητα των λυμάτων. Επομένως, πρέπει να προστεθεί ένα πλέγμα ή ένα πλέγμα στο επιφανειακό στρώμα για προστασία. Αν και αυτή η μέθοδος έχει το πλεονέκτημα της αντίστροφης κατανομής μεγέθους σωματιδίων, υποφέρει από προβλήματα όπως περιορισμένη διαστολή στρώματος φίλτρου κατά την αντίστροφη πλύση, δυσκολία στην αφαίρεση λάσπης και ατελής αφαίρεση λάσπης λόγω της ευθυγράμμισης της ροής του νερού αντίστροφης πλύσης με την κατεύθυνση φιλτραρίσματος. Αυτά τα προβλήματα είναι δύσκολο να εξαλειφθούν πλήρως, επομένως δεν χρησιμοποιείται ευρέως στην πρακτική επεξεργασίας λυμάτων.
III. Διήθηση ροής δύο κατευθύνσεων
Η ανεπαρκής αντίστροφη πλύση στο φιλτράρισμα προς τα πάνω οδήγησε στην ανάπτυξη διήθησης ροής δύο κατευθύνσεων. Το νερό ρέει ταυτόχρονα από το κάτω και το πάνω μέρος της δεξαμενής φίλτρου και έξω από τη μέση. Το ανώτερο στρώμα φίλτρου χρησιμοποιεί μια μέθοδο καθοδικής ροής, ενώ το κάτω στρώμα χρησιμοποιεί μια αντίστροφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων με ανοδική ροή, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Το πάνω μέρος σταθεροποιεί το κάτω μέρος, αποτρέποντας την υπερβολική διαστολή του στρώματος φίλτρου. Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-του μέσου φίλτρου και να επεκτείνει τον κύκλο φιλτραρίσματος. Ωστόσο, η δομή της δεξαμενής φίλτρου είναι περίπλοκη, η λειτουργία είναι δυσκίνητη και το κόστος συντήρησης είναι υψηλό, επομένως χρησιμοποιείται σπάνια στην πράξη.
Ενώ οι παραπάνω δύο μέθοδοι έχουν περιορισμούς, αποδεικνύουν ότι η αλλαγή της κατεύθυνσης ροής του νερού και της διάταξης των μέσων φίλτρου μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση του φίλτρου.
IV. Μέσα φίλτρου διπλού-επιπέδου
Επί του παρόντος, ο πιο δημοφιλής τύπος είναι τα μέσα φίλτρου διπλού-επιπέδου. Η δομή του είναι παρόμοια με το μοντέλο ενός-επιπέδου, αλλά η σύνθεση του στρώματος φίλτρου έχει αλλάξει. Το ανώτερο στρώμα χρησιμοποιεί ελαφριά μέσα φίλτρου με χαμηλό ειδικό βάρος και μεγάλο μέγεθος σωματιδίων. το κάτω στρώμα χρησιμοποιεί βαριά μέσα φίλτρου με υψηλό ειδικό βάρος και μικρό μέγεθος σωματιδίων. Κατά την αντίστροφη πλύση, λόγω της διαφοράς στο ειδικό βάρος, τα ελαφρύτερα μέσα βρίσκονται στην κορυφή και τα βαρύτερα μέσα βρίσκονται στο κάτω μέρος, σχηματίζοντας φυσικά ένα διπλό στρώμα.
Το μέγεθος των σωματιδίων κάθε στρώσης παραμένει λεπτότερο στην κορυφή και πιο χονδρό στο κάτω μέρος, αλλά το μέσο μέγεθος σωματιδίων του ανώτερου στρώματος είναι μεγαλύτερο από αυτό του κάτω στρώματος, επιτυγχάνοντας ένα συνολικό αποτέλεσμα αντίστροφου μεγέθους σωματιδίων. Οι πραγματικές μετρήσεις δείχνουν ότι η ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-των μέσων φίλτρου διπλού-επιπέδου είναι υπερδιπλάσια από αυτή των μέσων μονής-επιπέδου. Με τον ίδιο ρυθμό διήθησης, ο κύκλος διήθησης παρατείνεται. και στον ίδιο κύκλο φιλτραρίσματος, ο ρυθμός διήθησης μπορεί να αυξηθεί. Η καμπύλη σύγκρισης στο παρακάτω σχήμα αντικατοπτρίζει ξεκάθαρα ότι η περιοχή συγκράτησης βρωμιάς-του μέσου φίλτρου διπλής-επιπέδου είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του μέσου φίλτρου μονής-στρώσης, υποδεικνύοντας ότι η ικανότητα συγκράτησης βρωμιάς-διπλασιάζεται όταν το πάχος του στρώματος φίλτρου είναι το ίδιο. Εάν η ποιότητα του εισερχόμενου νερού είναι συνεπής, ο κύκλος εργασίας του μέσου φίλτρου διπλής-επιπέδου είναι διπλάσιος από αυτόν του μέσου φίλτρου μίας-επιπέδου.
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται ευρέως σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων τόσο σε εγχώριο όσο και σε διεθνές επίπεδο, με σημαντικά αποτελέσματα και είναι ένας πρακτικός τρόπος βελτίωσης της απόδοσης του φίλτρου.
V. Πολυ-μέσα φίλτρου
Τα μέσα φίλτρου πολλαπλών-στρωμάτων αναφέρονται συνήθως σε τρία στρώματα: ένα ανώτερο στρώμα από μεγάλα-σωματίδια, ελαφρύ υλικό (όπως ανθρακίτης), ένα μεσαίο στρώμα υλικού μεσαίας-σωματιδίων, μέτριας{3}}πυκνότητας (όπως χαλαζιακή άμμος) και ένα κατώτερο στρώμα μικρού-μαγνητικού υλικού (μαγνητικός κόκκος, γαρίτης). Το μέγεθος των σωματιδίων μειώνεται από πάνω προς τα κάτω, αντιστρέφοντας πλήρως την κατανομή μεγέθους σωματιδίων.
Αυτός ο σχεδιασμός βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-του μέσου φίλτρου, ενώ το λεπτό μέσο φίλτρου στο κάτω μέρος εξασφαλίζει σταθερή ποιότητα εκροής. Ο ρυθμός φιλτραρίσματος μπορεί να είναι υψηλότερος από ό,τι με τα φίλτρα διπλής-επίπεδης. Όταν η θολότητα των λυμάτων είναι χαμηλή και η ποιότητα του νερού είναι σταθερή, μπορεί να πραγματοποιηθεί άμεση διήθηση (εξάλειψη της διαδικασίας καθίζησης) για την επίτευξη πρωτογενούς καθαρισμού. Επί του παρόντος, τα φίλτρα διπλής-επιπέδου και πολλαπλών-επιπέδων χρησιμοποιούνται συνήθως για άμεση διήθηση. Για να διασφαλιστεί ότι τα απόβλητα πληρούν τα πρότυπα απόρριψης ή επαναχρησιμοποίησης, μπορούν να προστεθούν εκ των προτέρων βοηθήματα φίλτρου υψηλού-μοριακού-, όπως πολυακρυλαμίδιο ή ενεργοποιημένο πυρίτιο. Το άμεσο φιλτράρισμα απλοποιεί τη διαδικασία και εξοικονομεί επενδύσεις. Η σύνθεση και το πάχος των στρωμάτων του φίλτρου πρέπει να ρυθμίζονται ανάλογα με την ποιότητα των λυμάτων και ο ρυθμός διήθησης πρέπει να είναι χαμηλός, περίπου 5 m/h. Μετά από αυτές τις διαδικασίες προεπεξεργασίας, η ποιότητα των λυμάτων πληροί γενικά τα πρότυπα. μερικά χρησιμοποιούνται για βιομηχανική επαναχρησιμοποίηση, μερικά πληρούν τις επακόλουθες απαιτήσεις επεξεργασίας και άλλα απαιτούν περαιτέρω προηγμένη επεξεργασία.
Περίληψη
Από τις ελλείψεις των μέσων φίλτρου μονής-στρωματικής, στην έμπνευση από το αντίστροφο φιλτράρισμα σωματιδίων και, στη συνέχεια, στην εξέλιξη των φίλτρων ανόδου, αμφίδρομης ροής, διπλών-και φίλτρων πολλαπλών-στρώσεων, η τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων εξελίσσεται προς υψηλή απόδοση και χαμηλή κατανάλωση. Αυτές οι προσεγγίσεις μπορούν να βελτιώσουν την ικανότητα συγκράτησης ακαθαρσιών-των μέσων φίλτρου, να επεκτείνουν τον κύκλο φιλτραρίσματος, να βελτιστοποιήσουν την ποιότητα των λυμάτων και να συμβάλουν στην προστασία του περιβάλλοντος. Στην πράξη, τα φίλτρα διπλού-και πολλαπλών-επιπέδων είναι τα πιο πρακτικά-εύκολα στη χρήση και με-μεγάλη απόδοση. Στο μέλλον, με τις εξελίξεις στα υλικά και τη βελτιστοποιημένη σχεδίαση διανομής νερού, τα φίλτρα θα γίνουν ακόμα πιο ισχυρά.