عملکرد فیلتر شنی تند – فیلتر شنی سریع
فیلتر شنی تند یک واحد کاملا فیزیکی برای تصفیه آب آشامیدنی است. فیلترهای شنی سریع (RSF) باعث حذف سریع ذرات معلق نسبتا بزرگ شده و بازدهی بالایی دارد. دو نوع متداول این فیلتر شنی ها عبارتند از: فیلترهای شنی سریع ثقلی و فشاری. برای تهیه آب شرب مطمئن، فیلترهای شنی در اغلب مواقع نیاز به پیش تصفیه (معمولا انعقاد – لخته سازی) و تصفیه تکمیلی (معمولا گندزدایی با کلر) کافی دارند. ساخت و راهبری آن ها نیز هزینه بر می باشد. همچنین معمولا نیاز به پمپ های قدرتمند، بک واش و شستشوی منظم و کنترل دقیق جریان خروجی پمپ دارد. در کشورهای توسعه یافته از فیلتر شنی تند برای تصفیه حجم های بالایی از آب به خصوص در مواردی که فضا عاملی محدود کننده می باشد و همچنین مواد مورد نیاز، نیروی کار ماهر و تامین مستمر انرژی مورد نیاز وجود دارد، استفاده می شود.
مقدمه ای بر فیلتراسیون سریع
فیلترهای شنی تند در اواخر قرن 19 در ایالات متحده طراحی و تکمیل شدند و به سرعت مورد توجه قرار گرفتند. در دهه 1920 از آن ها به عنوان روش اصلی برای تصفیه آب استفاده می شد چرا که در مقایسه با فیلترهای شنی کند نیاز به فضای کمتری داشتند. امروزه اصلی‌ترین روش برای تصفیه مقادیر زیاد آب در کشورهای صنعتی ترکیبی از فرآیندهای انعقاد و لخته سازی، ته نشینی، فیلتراسیون و گندزدایی می باشد.
فرایند تصفیه در فیلترهای شنی تند بر خلاف فیلترهای شنی کند، کاملا فیزیکی می باشند. با عبور آب از میان چندین لایه شن و ماسه ی درشت دانه، ذرات نسبتا بزرگ آن جدا می شود. توجه داشته باشید بدون پیش تصفیه و گندزدایی نهایی کافی، آب خروجی فیلتر شنی سریع برای آشامیدن مناسب نخواهد بود. معمولا فرآیندهای انعقاد و لخته سازی و کلرزنی برای این منظور مناسب می باشد.
فرآیند تصفیه و اصول اولیه طراحی فیلتر شنی تند
بخش های اصلی یک فیلتر شنی تند عبارتند از :
- مخزن فیلتر یا محفظه فیلتر
- مدیای فیلتر (شن و سیلیس فیلتر شنی)
- شن پشتیبانی
- سیستم زهکشی تحتانی
- تراف های آب شستشو
مخزن فیلتر معمولا از جنس بتن مسلح است که با شن و ماسه تا ارتفاع 1/5 الی 2 متر پر می‌شود. آب از بالا وارد بستر شنی شده و با عبور از لایه های شن و ماسه ی موجود فیلتر می‌گردد. زهکشی مخزن نیز توسط مجموعه ای از لوله های سوراخ دار در کف صورت می گیرد. مخزن فیلتر می تواند به صورت باز (فیلترهای سریع ثقلی) و یا بسته (فیلترهای سریع تحت فشار) ساخته شود.
مکانیزم عملکرد فیلتر شنی تند
این فرآیند فیلتراسیون با دو اصل فیزیکی پایه تعیین می شود. اصل اول، ذرات معلق نسبتا بزرگ با عبور از میانه ی فیلتر بین دانه های شن و ماسه گرفتار می شوند(تنش مکانیکی). اصل دوم، ذرات کوچکتر تحت تاثیر نیروی واندروالس بر روی سطوح دانه های شن خواهند چسبید(جذب فیزیکی). در صورت نیاز به چسبندگی بیشتر می توان از مواد شیمیایی کمکی(کواگولانت یا فلوکولانت) استفاده نمود.
در خلال این فرآیندها ذرات در محیط داخلی فیلتر بیشتر و بیشتر انباشته می شوند. این امر باعث افزایش میزان گرفتگی و کاهش راندمان سیستم می شوند. دستیابی مجدد به عملکرد اولیه سیستم فیلتراسیون بوسیله شستشو و پاکسازی بستر فیلتر امکان پذیر خواهد بود. این کار بوسیله فرآیند بک واش انجام می گیرد. جریان برعکس خواهد شد، لذا آب تصفیه شده در جهت مخالف در فیلتر جریان پیدا خواهد کرد. شن مجددا معلق شده و مواد جامد در سطح آب جدا خواهند شد. در اغلب مواقع برای تسهیل فرآیند شستشو، هوای اضافی نیز به سیستم تزریق می شود. به محض این که بخش اعظم ذرات از سیستم خارج شود. آب بک‌واش تمیز می گردد. عملکرد فیلتر به حالت اول باز خواهد گشت. واضح است که مقدار نسبتا قابل توجهی از لجن در طول فرآیند بک واش تولید می شود که قبل از تخلیه به محیط نیاز به تصفیه دارد.
جنبه های بهداشتی
در صورت بهره برداری صحیح، فیلتر شنی تند روشی موثر و کارآمد برای از بین بردن کدورت می باشد. به همان اندازه مواد جامد شکل گرفته طی فرآیندهای پیش تصفیه (مانند انعقاد و لخته سازی) را نیز فیلتر می کند. یک فیلتر شنی که به درستی ساخته و بهره داری شده باشد می تواند میزان کدورت را به کمتر از 1NTU برساند که در اکثر موارد این عدد به کمتر از 0/1NTU نیز می رسد. در مورد حذف سایر آلاینده ها فیلترهای شنی سریع بی اثر می باشند. اما اگر با پیش تصفیه و گندزدایی نهایی مناسبی همراه شود، می تواند آب شرب سالمی را تولید کند.
جدول زیر عملکرد معمول فیلتر شنی تند را در صورتی که جریان ورودی آن بوسیله انعقاد و لخته سازی پیش تصفیه شده باشد را نشان می دهد :
ساخت، راهبری و نگه داری فیلتر شنی تند
ساخت
ساخت یک فیلتر شنی سریع مستلزم نظارت دقیق مهندسی و وجود کارگران مجرب و ماهر می‌باشد. این کار شامل احداث پایه ها و دیواره هایی از جنس بتن مسلح و سایر تاسیسات فنی دیگر می باشد. چرا که عملکرد صحیح سیستم تصفیه آب در گروی این تحقیقات و مطالعات دقیق می باشد.
راهبری و نگه داری
عملکرد یک فیلتر شنی تند وابسته به کنترل جریان، بک واش های منظم و شستشو می باشد. مدت زمان میان بک واش ها، بسته به کیفیت آب ورودی بسیار متغیر می باشد. اما معمولا چیزی بین 24 الی 72 ساعت می باشد. فرآیند بک واش نیاز به ایجاد وقفه ای 5 تا 10 دقیقه ای به ازای هر بستر فیلتر، در فرآیند تصفیه دارد. برای اطمینان از تامین جریانی ثابت، چند واحد فیلتراسیون به صورت موازی به کار گرفته می شود. فرآیند بک واش بایستی به صورت دقیقی کنترل شود. به خصوص دبی جریان که ممکن است موجب فرسایش فیلتر شود. هم چنین ممکن است برای اطمینان از عملکرد و کارایی سیستم نیاز به دانه بندی و بارگذاری بسترهای فیلتر در فواصل زمانی کم و نامنظم باشد. در نتیجه برای نگهداری از سیستم، نیاز به نیروهای آموزش دیده و قابل اعتماد است.
هزینه ها
هزینه های ساخت
برآورد اولیه از هزینه ساخت یک فیلتر شنی تند توسط تخمین قیمت مواد اولیه مورد نیاز انجام می شود. مانند سیمان، ماسه مورد نیاز برای ساخت و ساز، شن، فولاد تقویت شده، مدیای فیلتر، لوله ها و شیرها. هم چنین قیمت زمین و هزینه های مربوط به ایاب و ذهاب و انتقال کالا نیز به موارد بالا اضافه خواهد شد.
هزینه های بهره برداری و نگه داری
انرژی مورد نیاز برای راهبری یک فیلتر شنی سریع و تصفیه لجن تولیدی حاصل از بک واش می تواند هزینه زیادی ایجاد نماید. گرچه فرآیند معمولا به صورت خودکار عمل می کند اما بازرسی های دقیق و دوره ای توسط نیرویی ماهر برای اطمینان از تصفیه مناسب و کامل، بسیار ضروری است.هزینه های نگهداری شامل تعمیر فیلترها و تعویض تجهیزات می باشد. در حالت کلی هزینه های ساخت، راهبری و تعمیر و نگهداری فیلتر شنی تند بسیار بالاتر از فیلتر شنی کند می باشد.
قابلیت اجرا
فیلترهای شنی تند به نصب تجهیزات پیچیده، نیروهای ماهر برای ساخت، راهبری، تعمیرات و تامین انرژی زیاد نیاز دارند. به غیر از مواردی که از پیش تصفیه و تصفیه تکمیلی در آن ها استفاده می شود، آب خروجی قابل آشامیدن نمی باشد. لذا استفاده از آن برای کشورهای صنعتی و مناطقی که محدودیت فضایی وجود دارد مناسب است. این تجهیز برای تامین آب مورد نیاز در شهرهای بزرگ با رعایت نکات مورد نیاز، بسیار مناسب می باشد. برای سایر مصارف و مناطق، صرفه اقتصادی نخواهد داشت.
مزایا
- بسیار کارآمد برای حذف کدورت (معمولا کمتر از 0/1-1)
- نرخ فیلتراسیون بالا و نیاز به فضای کم
- عدم محدودیت در میزان کدورت اولیه (در صورت وجود انعقاد و لخته سازی)
- کوتاه بودن زمان شستشو (بک واش) و سریع در مدار قرار گرفتن سیستم
معایب
- کارآمد نبودن برای حذف باکتری ها، ویروس ها، فلوراید، آرسنیک، نمک ها، بو و مواد آلی
- هزینه های ساخت و راهبری بالا
- نیاز به شستشو (بک واش) مداوم (هر 24 الی 72 ساعت)
- نیاز به نیروی ماهر
- نیاز به انرژی زیاد
- نیاز به سیستم تصفیه فاضلاب یا استخرهای تثبیت برای تصفیه لجن بک واش
- منبع: Wikipedia
