سختی گیری آب شامل حذف کلسیم، منیزیم و بعضی دیگر از کاتیون های فلزی موجود در آب سخت می باشد. آب نرم حاصل شده با صابون سازگارتر بوده و باعث افزایش عمر سیستم لوله‌کشی می شود. کاهش سختی آب معمولاً از طریق سختی گیری با آهک یا سختی گیر رزینی انجام می گیرد.

تصویری از فرآیند سختی گیری آب که شامل جایگزینی یون های کلسیم در آب با یون های سدیم می باشد که توسط رزین های تبادل یونی تامین می گردد.

اصول اولیه

وجود یون های فلزی خاص مانند کلسیم و منیزیم که عمدتاً به صورت بی کربنات ها، کلریدها و سولفات ها در آب می باشند، باعث بروز مشکلات متعددی می شوند.

آب سخت غالباً منجر به تولید رسوب آهک می شود، که خود باعث بروز مشکل در لوله کشی، و ایجاد خوردگی در قطعات و مواد گالوانیزه می گردد. در واحدهای سختی گیر آب و کاهش سختی در مقیاس صنعتی، رسوب حاصل از پساب خروجی فرآیند احیا می تواند موجب گرفتگی سیستم های فاضلاب گردد.

رسوب گذاری آهک در یک لوله PVC

حس لغزندگی ای که هنگام شستن دست ها با آب نرم ایجاد می شود، به دلیل تمایل صابون برای چسبیدن به چربی ها در لایه های سطحی پوست می باشد که این امر منجر به پاک نشدن مولکول های آب با رقیق سازی جزئی می شود. در مقابل، در مناطقی که آب سخت وجود دارد، آب حاصل از شستشو شامل یون های کلسیم یا منیزیم می باشد که باعث تشکیل نمک های نامحلولی می شود که به طور موثری صابون های باقی بر روی پوست را شسته و اما در اغلب اوقات نیز لایه ای از استرات های نامحلول را بر روی سطح دوش و حمام که کف صابون نامیده می شود، ایجاد می کند.

خوشایند یا غیرخوشایند بودن هر کدام از این تاثیرات کاملاً سلیقه ای بوده و وابسته به سلیقه‌ی افراد می باشد. افرادی که اثرات نرم بودن (مانند سختی شستن صابون در آب نرم) آب برای آن ها ناخوشایند می باشد، ممکن است با استفاده از مواد شیمیایی ای مانند جوش شیرین، کلسیم کلرید یا منیزیم سولفات آب را سخت نمایند.

روش ها

رایج ترین روش ها برای از بین بردن و کاهش سختی آب متکی به رزین های تبادل یونی یا اسمز معکوس می باشند. سایر رویکردها که شامل روش های ته نشینی، تجزیه و جداسازی می باشند، با اضافه نمودن عوامل چنگاله (در علم شیمی و مهندسی بسپار، به ترکیبی ناجورحلقه که دارای حداقل یک کاتیون فلزی (در هَم‌تافت‌ها) یا یون هیدروژن است، چَنگاله یا کی‌لیت، (Chelate) می‌گویند) صورت می گیرد.

 

تجهیزات رزین های تبادل یونی

سیستم های متعارفی که برای سختی گیری آب در مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرند، معمولاً در قالب رزین های تبادل یونی می باشند که در آن ها یون های ایجاد کننده سختی – معمولا ⁺Ca ² و ⁺Mg ² – با یون های سدیم تبادل می شوند. همانطور که می دانید، تجهیزات تبادل یونی با جابجایی منیزیم و کلسیم (⁺Ca ² و ⁺Mg ²) با یون های سدیم یا پتاسیم (⁺Na و ⁺K) میزان سختی را کاهش می دهند.

رزین های تبادل یونی پلیمرهای آلی ای می باشند که شامل گروه های فعال آنیونی ای هستند که در آن ها کاتیون های دو بار مانند ⁺Ca ² پیوندهای قوی تری نسبت به کاتیون های یک بار مانند ⁺Na ایجاد می کنند. مواد غیرآلی ای که زئولیت نامیده می شوند نیز دارای خصوصیات تبادل یونی می باشند. این مواد آلی به طور گسترده ای در مواد شوینده مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین از رزین ها می توان برای حذف کربنات ها، بی کربنات ها و یون های سولفات نیز استفاده نمود که با جذب این موارد، رزین ها اقدام به آزاد نمودن یون های هیدروکسید می کنند.

پس از آنکه تمام یون های موجود ⁺Na با یون های کلسیم و منیزیم جایگزین شد، بسته به رزین استفاده شده و با استفاده از محلول سدیم کلرید یا سدیم هیدروکسید، باید اقدام به شارژ مجدد رزین از طریق جداسازی یون های⁺Ca ² و⁺Mg ² نماییم. برای شارژ مجدد رزین های آنیونی غالباً از محلول سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسید استفاده می شود. فاضلاب خروجی از ستون تبادل یونی که دارای نمک های کلسیم و منیزیم نامطلوب می باشد، معمولاً به سیستم فاضلاب تخلیه می شود.

سختی گیری آب با آهک

سختی گیری وکاهش سختی آب توسط آهک فرآیندی می باشد که در آن برای از بین بردن سختی آب به آن آهک اضافه می کنند. این فرآیند مزایای متعددی نسبت به تبادل یونی دارد اما نیازمند نیرویی تمام وقت و با تجربه برای بهره برداری از تجهیزات می باشد.

عوامل چنگاله

از چنگاله ها در آنالیزهای شیمیایی، به عنوان سختی گیر آب و بسیاری از محصولات تجاری مانند شامپو ها و مواد نگهدارنده ی غذا استفاده می شود. از سیتریک اسید برای نرم کردن آب در صابون ها و مواد شوینده استفاده می شود. یکی از پرمصرف ترین چنگاله های مصنوعی مورد استفاده اتیلن دی آمین تتراستیک اسید (EDTA) می باشد.

تقطیر و آب باران

از آنجا که ⁺Ca ² و ⁺Mg ² نمک هایی غیر فعال هستند، می توان آن ها را با تقطیر آب حذف نمود. در بیشتر موارد تقطیر عملی بسیار هزینه بر است. آب باران به دلیل تقطیر طبیعی در طول فرآیند چرخه ی آب (تبخیر، چگالش و بارش)، نرم می باشد.

اسمز معکوس

اساس کار اسمز معکوس (RO) بهره گیری از گرادیان های فشار هیدرواستاتیک بر روی ممبرانی خاص می باشد. ممبران ها دارای منفذهایی بسیار ریز می باشند که فقط اجازه ی عبور مولکول های اکسیژن را داده و یون های ایجاد کننده ی سختی مانند⁺Ca ²و ⁺Mg ² پشت ممبران باقی مانده و توسط آب مازاد به قسمت تخلیه برده می شود. آب عبور داده شده نرم و عاری از هر یون سختی ساز (بدون اضافه کردن یون های دیگر) می باشد. ممبران ها دارای ظرفیت مشخصی می‌باشند و نیاز به تعویض دوره ای دارند.

دستگاه های غیر شیمیایی

برخی از سازندگان تجهیزات ادعا می کنند که دستگاه های الکترونیکی آن ها بر تعامل مواد معدنی با آب تاثیر گذاشته و مانع از چسبیدن مواد معدنی به سطح  آب می گردد. از آنجا که ساز و کار این سیستم بر اساس تبادل یونی نمی باشد (برخلاف سختی گیرهای سنتی)، مزیت بزرگی برای کاربران ایجاد می شود و دیگر نیازی به اضافه نمودن هیچ گونه نمکی به سیستم نیست. تا زمانی که کاهش اندازه ی ذرات و افزایش رشد گیاهان وجود داشته باشد، استفاده از این سیستم ها  منجر به حذف مواد معدنی به تنهایی نخواهد نشد. در عوض تنها توانایی تغییر اثرات آب حاوی مواد معدنی در پایین دست را دارا هستند، که به عنوان مثال می توان به ته نشینی رسوبات کلسیمی و تکه های نمک در خاک اشاره نمود. کارکرد اصلی این سیستم به جای کاهش سختی آب بیشتر مناسب عنوان بهسازی آب می باشد.

ادعاهای مشابه مانند تصفیه مغناطیسی آب نیز معتبر نمی باشند. برای مثال زمانی که این دستگاه به صورت علمی مورد آزمایش قرار گرفت، هیچ گونه کاهشی در تشکیل رسوب مشاهده نشد. پرکاربردترین روش های غیر شیمیایی سختی گیری و کاهش سختی آب از بین موارد ذکر شده در بالا، اسمز معکوس و تقطیر می باشد.

اثرات بهداشتی

طبق توصیه ی سازمان پیشگیری و کنترل بیماری (CDC) میزان استفاده از سدیم نباید از 2300 میلی گرم در روز بیشتر باشد، اما این عدد در ایالات متحده در حدود 3500 میلی گرم در روز می باشد. از آنجا که مقدار سدیم موجود در آب شرب (حتی بعد از سختی گیری آب) نشان دهنده‌ی درصد قابل توجهی از مصرف روزانه ی افراد نمی باشد، لذا سازمان حفاظت از محیط زیست امریکا وجود سدیم در آب شرب را باعث بروز اثرات نامطلوب بر روی سلامتی نمی داند.

کسانی که نسبت به سدیم حساس می باشند می توانند با استفاده از اسمز معکوس، سدیم و سایر ناخالصی های احتمالی موجود را از آب شرب و آب مورد استفاده برای پخت و پز حذف کنند. همچنین می توان از پتاسیم کلرید به جای سدیم کلرید استفاده نمود (این کار موجب بالا رفتن هزینه ها می شود). برای افرادی که از عارضه های کلیوی رنج می برند، استفاده ی زیاد از پتاسیم می تواند موجب عوارضی مانند تپش قلب شود.

در مقایسه روش های اسمز معکوس و تقطیر که برای تولید آب نرم استفاده می شوند، آب سخت با کاهش میزان حلالیت یون های سمی فلزی مانند سرب و مس (این مواد حلالیت بیشتری در آب نرم دارند)، باعث ایجاد مزیت های بهداشتی و سلامتی می گردد.

اثرات زیست محیطی

به دلیل جایگزینی کلسیم و منیزیم با سدیم درآب نرم (با اندازه گیری شاخص سدیم کربنات باقی مانده)، این آب برای استفاده در مصارف آبیاری و کشاورزی مناسب نمی باشد، چرا که موجب قلیایی شدن خاک می گردد. به همین دلیل در اغلب مواقع از تجهیزات غیرشیمیایی به جای روش قدیمی کاهش سختی آب استفاده می شود.

 

بازچرخانی آب خاکستری چرا اهمیت دارد؟

بازچرخانی آب خاکستری و استفاده مجدد از آن در سال های اخیر بسیار مورد تو جه قرار گرفته است.اما چرا؟!!! با هر بار استفاده از فلاش تانک در سرویس بهداشتی بین 5 تا 20 لیتر آب‌ آشامیدنی هدر می رود! اما چرا از آبی که می توان برای نوشیدن استفاده نمود برای پر کردن فلاش تانک استفاده کرد؟

راهکار اول

راه حل ساده ای برای استفاده مجدد از فاضلاب خاکستری در بیشتر مناطق ژاپن برای مدت 30 سالکاربرد دارد! این روش، بازگرداندن آب حاصل از شستشوی دست ها به مخزن فلاش تانک و پر کردن آن با این روش می باشد. در این روش مسیر جریان آب قابل شرب ورودی به فلاش تانک توسط یک شیر منحرف شده می شود. پس از استفاده از این آب برای مصارفی مانند شستن دست و صورت و مسواک زدن از طریق سینک تعبیه شده وارد مخزن می‌گردد. شکل زیر نمونه‌ای از این طرح می باشد.

فلاش تانک با قابلیت بازچرخانی آب خاکستری(1)

فلاش تانک با قابلیت بازچرخانی آب خاکستری(2)

راهکار دوم

روش جالب دیگری نیز برای استفاده مجدد و بازچرخانی آب خاکستری وجود دارد. این متد طرحی است که مهرداد محجوبی برای اولین بار در سوئد ارائه داد. ساز و کار روش مشابه شیوه ی مورد استفاده در فضاپیماها دارد. ماموریت فضانوردان گاهی سال ها نیز به طول می انجامد. به همین دلیل از منابع آبی ای برای آشامیدن و استحمام استفاده می کنند که به صورت پیوسته در حال بازیابی می باشد.

این روش مانند دوش های فضایی، براساس “سیستم حلقه بسته” عمل می کند. آب گرم خارج شده از دوش توسط کف شوی جمع آوری شده و سریعا تصفیه و زلال سازی می شود، به طوری که به استانداردهای آب آشامیدنی رسیده و سپس دوباره به دوش برگردانده می‌شود. به دلیل سریع بودن این فرآیند آب گرمای خود را حفظ می کند و به مقدار کمی گرمایش مجدد نیاز دارد. این روش باعث کاهش 90 درصدی مصرف آب و کاهش 80 درصدی مصرف انرژی در هر بار استحمام می شود. میانگین مصرف آب برای هر مرتبه دوش گرفتن برای مدت زمان 10 دقیقه در حدود 150 لیتر می باشد در حالی که با استفاده از این روش به 5 لیتر کاهش می‌یابد.

دوش حمام با قابلیت بازچرخانی آب خاکستری

راه حل ساده!

راه حل های بسیاری برای استفاده مجدد و بازچرخانی آب خاکستری وجود دارد که به دو مورد از آن ها اشاره شد. اما ساخت اینگونه سیستم ها به طور معمول امری تخصصی و زمانبر است. به همین منظور شرکت تصفیه هوشمند آویسا سیستم هایی با راندمان بالا و مصرف انرژی ناچیز را به صورت پیش ساخته به بازار عرضه کرده است. برای آشنایی بیشتر با پکیج تصفیه فاضلاب خاکستری می توانید روی متن کلیک کنید.

برای آشنایی بیشتر با سایر روش های مرسوم جهان می توانید به سایت Greywater Action مراجعه کنید.

خلاصه عملکرد صافی یا فیلتر شنی کند

فیلتر شنی کند یک سیستم متمرکز یا نیمه متمرکز برای تصفیه آب است. یک فیلتر شنی کند (SSF) که به درستی طراحی و ساخته شده باشد، کدورت و ارگانیسم های پاتوژن موجود در آب را در یک مرحله از طریق فرآیندهای بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی به خوبی تصفیه و حذف می‌کند.

فرآیندهای پیش تصفیه (مانند ته نشینی) تنها در صورتی ضروری و مورد نیاز می باشد که میزان کدورت و یا آلودگی جلبکی در ورودی فیلتر بسیار بالا باشد. از مشخصه های اصلی سیستم های فیلتر شنی کند می توان به قابلیت اطمینان بالا و هزینه های پایین آن اشاره نمود. همچنین غیر از ساخت، راهبری و تعمیر و نگهداری آن نیاز به مهارت های خاصی ندارد. از این رو فیلتر شنی کند، روش فیلتراسیون بسیار مناسبی برای تصفیه آب روستاهای کوچک و متوسطی که دارای منابع آبی سطحی با کیفیت مناسب هستند، می باشد. طبق اعلام سازمان جهانی بهداشت (WHO) فیلتر شنی کند روشی ساده و ارزان و در عین حال بسیار کارآمد برای مدیریت منابع آبی است.

مقدمه

فیلتر شنی کند در طول 150 سال گذشته روشی بسیار مناسب برای تصفیه آب و جلوگیری از شیوع بیماری های گوارشی بوده است که برای اولین بار در بریتانیا و سپس در سایر کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار گرفته است. این سیستم در حال حاضر در لندن، اروپای غربی و سایر نقاط جهان مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل اصلی کاهش محبوبیت فیلتر شنی کند در کشورهای صنعتی و توسعه یافته در سال های اخیر، افزایش قیمت زمین و نیروی کار می باشد. این امر موجب بالا رفتن قیمت آب خروجی تصفیه شده توسط این سیستم می گردد. در مناطقی که افزایش قیمت وجود نداشته باشد، فیلتر شنی روشی مقرون به صرفه و پربازده برای تصفیه آب می باشد. از آنجایی که این شرایط در بسیاری از کشورهای در حال توسعه مانند ایران وجود دارد، به کارگیری این سیستم برای تصفیه آب روشی مناسب و کاملا اقتصادی است.

فیلتر شنی در حال کار در مقیاس بزرگ-پورتسموث 1927

اصول اولیه طراحی صافی شنی کند

اصول اولیه این فرآیند بسیار ساده می باشد. جریان آب شیرین آلوده با عبور از لایه ای از شن و ماسه نه تنها به صورت فیزیکی فیلتر خواهد شد بلکه به صورت بیولوژیکی نیز تصفیه شده و لذا رسوبات و پاتوژن های آن حذف می گردند. مبنای اصلی این فرآیند بر پایه ی توانایی ارگانیسم ها برای حذف پاتوژن ها است. این نکته وجه تمایز میان فیلتر شنی سریع و کند می باشد. تفاوت میان این دو سیستم صرفا در مورد سرعت فیلتراسیون نمی باشد، بلکه در مفهوم اصلی تصفیه است. فیلتراسیون فیلتر شنی کند فرآیندی بیولوژیکی نیز می باشد. در حالی که فیلتر شنی سریع فرآیند تصفیه ای فیزیکی است.

فرآیند

اگر چه حذف فیزیکی ذرات جامد بخش مهمی از فرآیند یک فیلتر شنی کند می باشد، اما جنبه ی مهم دیگر آن فیلتراسیون بیولوژیکی می باشد. با تشکیل شدن یک کلونی میکروبی در لایه ی بالایی شن، لایه های بالایی فیلتر از لحاظ بیولوژیکی فعال می گردند. این میکروب ها معمولا از طریق آب ورودی وارد سیستم می شوند و ظرف مدت چند روز یک کلونی را تشکیل می دهند. استفاده از شن ریز و نرخ آهسته فرآیند فیلتراسیون موجب تسهیل شکل گیری این کلونی میکروبی می گردد. بخش عمده ای از این کلونی را باکتری های شکارچی ای تشکیل می‌دهند که از میکروب های منتقل شده از طریق آب و در حال عبور از فیلتر شنی، تغذیه می‌کنند. از این رو اصل اساسی در فیلتر شنی های کند بیو فیلتراسیون صورت گرفته توسط شن و ماسه است.

شمای کلی یک فیلتر شنی کند

ساختار

همانند فرآیند، ساختار اصلی فیلتر شنی کند نیز بسیار ساده می باشد. در حالت کلی این سیستم فقط به مخزن فیلتر، نوعی تانک ذخیره و لوله کشی نیاز دارد. مخزن فیلتر با توجه به شرایط آب و هوایی می تواند به صورت روباز یا بسته ساخته شود. (در مناطق سردسیر به دلیل تاثیر درجه حرارت پایین بر روی عملکرد سیستم، از مدل روبسته استفاده می شود)

فیلتر شنی کند با یک شیر تنظیم و تانک ذخیره

پس از ساخت و فراهم نمودن تجهیزات یک فیلتر شنی کند، تنها نیاز به شن تمیز برای تعویض دوره ای آن می باشد. ترتیب قرار گرفتن لایه های فیلتر شنی بر اساس اندازه شن ها می باشد: دانه های درشت پایین و دانه های ریزتر بالای مخزن قرار می گیرند. معمولا بر روی بستر شنی یک متر آب وجود دارد. از آنجا که فرآیند فیلتراسیون بیولوژیکی برای تصفیه مناسب آب نیازمند زمان کافی می باشد، لذا فیلترهای شنی کند معمولا با دبی کمی و در حدود  0/3 – 0/1  متر مکعب بر ساعت در هر متر مربع در سطح کار می کنند. بنابراین آب به مدت چند ساعت در نیمه ی بالایی قرار خواهد گرفت و ذرات بزرگتری می توانند جداسازی و ته نشین شوند. سپس آب از بستر شنی عبور کرده و همزمان چند فرآیند تصفیه بر روی آن صورت می گیرد.

آب برای عبور از میان لایه های شن به نوعی فشار فیزیکی نیاز دارد و بسته به نوع ساخت دو نوع راه مختلف برای این کار وجود دارد. این فشار می تواند بوسیله پمپ یا نیروی جاذبه ایجاد شود. واضح است که در صورت استفاده از پمپ به نوعی نیروی محرک نیاز بوده و سیستم پیچیده تر خواهد شد.

جنبه های بهداشتی

فیلتر شنی کند روشی بسیار مفید و پربازده برای حذف آلودگی های میکروبی می باشد و در اغلب موارد شاخصه ی قابل توجهی از باکتری ها نیز در خروجی نیز وجود نخواهد داشت. این سیستم هم چنین برای حذف پروتوزوآ و ویروس ها نیز مفید است. در صورتی که کدورت جریان خروجی کمتر از 1NTU  باشد، فرآیند موفق به حذف 90 تا 99 درصد باکتری ها و ویروس‌های موجود می شود. با این حال فیلتر شنی کند برای حذف اغلب مواد شیمیایی کارایی چندانی ندارد. با این حال با توجه به آلودگی های شدید ناشی از باکتری ها می توان اذعان داشت که استانداردهای شیمیایی برای آب آشامیدنی نگرانی دوم در تامین منابع آبی هستند.

کاربردهای معمول فیلتر های شنی کند

گند زدایی

با وجود آن که فیلتر های شنی کند برای حذف پاتوژن های میکروبیولوژیکی بسیار کارآمد می‌باشند، از گندزداها (مانند کلرزنی) به عنوان مرحله بعدی تصفیه در واحدهای فیلتر شنی کند استفاده می شود. در ابتدا با هدف غیرفعال کردن باکتری های باقی مانده به عنوان واحد نهایی تصفیه است. هدف بعدی نیز از بین بردن بقایای باکتری هایی می باشد که در حین ذخیره یا توزیع تولید شده اند.

برای جلوگیری از ایجاد اختلال بر روی فرآیند بیولوژیکی، معمولا کلرزنی بعد از واحد فیلتراسیون می باشد. در مواردی که آب حاوی مقادیر زیادی از مواد آلی طبیعی (NOMs) باشد، به عنوان مثال آب های سطحی در مناطق گرمسیر، به دلیل خطر تشکیل محصولات ضد عفونی کننده(DBPs) نباید از کلرزنی استفاده نمود. هنگامی که مواد آلی طبیعی در معرض رادیکال های کلر قرار می گیرند باعث تولید تری هالومتان ها (THMs) و سایر مواد ضد عفونی کننده آلی (DBPs) می شوند که سرطان زا می باشند.

ساخت، راهبری، تعمیر و نگهداری فیلتر شنی کند

ساخت

فیلترهای شنی کند شامل یک مخزن (معمولا بتنی) می باشند که درون آن بستری از شن و ماسه بر روی لایه ای از گرانول و لوله های سوراخ دار قرار دارد. وظیفه این لوله ها جمع آوری آب تصفیه شده می باشد. برای مصارف عمومی، مخازن فیلتر می تواند از آجر یا فوم سیمان نیز ساخته شود. در سال های اخیر استفاده از انواع مخازن پلاستیکی نیز رواج پیدا کرده است.

نمونه ای از یک مخزن پلاستیکی کوچک فیلتر شنی

نمونه ای از مخازن بتنی فیلتر شنی کند در تصفیه خانه ها

با طراحی ساده و اصولی فیلترهای شنی کند می توان با استفاده از مواد، وسایل و نیروهای تخصصی موجود اقدام به ساخت آن نمود. با توجه به سادگی مراحل ساخت می توان با به کارگیری پیمانکاران باتجربه و یا توسط خود مجموعه و مشاوره های فنی لازم، اقدام به ساخت این مخازن نمود. در صورت بزرگ بودن مجموعه، استفاده از تجهیزات هیدرولوژیکی اصلی مانند شیرها و دستگاه های اندازه گیری ضروری می باشد.

ساخت فندانسیون یک فیلتر شنی کند توسط نیروهای محلی

راهبری

راهبری و تعمیر و نگهداری صحیح دو عامل اساسی در تعیین بازدهی فیلترهای شنی کند هستند. در صورت مساعد بودن شرایط جغرافیایی منطقه می توان از نیروی جاذبه برای برقراری جریان آب در تمام طول فرآیند استفاده نمود، که در این صورت دیگر نیازی به پمپ و نیروی الکتریکی نخواهیم داشت. این نکته را باید در نظر داشت که دبی آب باید در بازه ی 0/1 – 0/3 متر در ساعت نگه داشته شود. این کار باعث ایجاد جریان ثابتی از مواد مغذی و اکسیژن برای میکروارگانیسم ها شده و زمان مورد نیاز برای تصفیه را برای آن ها فراهم می کند.

با گذشت چند هفته یا حتی چند ماه ممکن است تراکم میکروارگانیسم ها به قدری بالا برود که موجب گرفتگی فیلتر شود. در صورتی که جریان بسیار کم باشد، پس از تخلیه نمودن فیلتر، لایه های بالایی شن را برداشته، پس از شستشو برای خشک شدن در معرض آفتاب قرار داده و دوباره به مخزن بر می گردانیم. برای جبران نمودن میزان شن از دست رفته در طی فرآیند فوق مقداری شن جدید نیز به مخزن اضافه می کنیم. پیشنهاد می شود هر دو ماه یکبار برای جلوگیری از گرفتگی شیرها، آن ها را باز و بسته نموده و در صورت مشاهده هرگونه نشتی در سیستم به سرعت آن را برطرف کنید.

تعمیر و نگهداری

در صورت آموزش صحیح و کامل، بهره برداری و نظارت بر عملکرد فیلتر شنی کند می تواند توسط خود افراد نیز صورت پذیرد. بازرسی روزانه ی عملکرد سیستم و در صورت نیاز، تنظیم جریان بسیار ساده بوده و کمتر از یک ساعت زمان خواهد برد. شستشوی فیلتر نیز کار دشواری نبوده و به راحتی توسط چند نفر در یک روز انجام می شود، اما بررسی مداوم پارامترهای بهداشتی سیستم بسیار مهم و ضروری می باشد. در صورت طراحی و ساخت اصولی فیلتر نیاز به انجام تعمیرات بر روی مخازن و سیستم زه کشی به ندرت بوجود می آید، اما شیرها و لوله های فلزی سیستم نیاز به بازرسی دوره ای و مرتب دارند.

شستشو و پاکسازی فیلتر توسط نیروهای محلی

در صورت وجود کیت های ساده ی اندازه گیری، کنترل کیفیت آب به سادگی و بدون نیاز به آموزش های تخصصی قابل اجرا می باشد. اما وجود آموزش ها، هر چند مختصر و کوتاه، ضروری می باشد. علاوه بر مبحث تعیین مقدار شن جدید مورد نیاز برای مخزن پس از شستشو، تعیین میزان کلر، مواد آزمایشی مورد نیاز و … نیاز به آموزش دارد. با به کارگیری مشاوره ها و آموزش‌ها از شرکت ها و نیروهای متخصص، صاحبان این سیستم ها می توانند خودشان به راحتی عملیات بهره برداری و تعمیرات را بر عهده بگیرند.

هزینه ها

هزینه های ساخت

قیمت فیلتر شنی کند به شدت وابسته به شرایط محلی است. از آن جا که این سیستم‌ها غالبا نیاز به فضای زیاد و تجهیزات کمی دارند، لذا سهم عمده ی هزینه های ساخت آن به قیمت زمین و دستمزد نیروی کار اختصاص دارد و هزینه های مربوط به مواد و تجهیزات در مقایسه با آن ناچیز می باشد. لذا تصفیه آب بوسیله فیلتر شنی کند در مناطقی که هزینه نیروی کار پایین و در دسترس بودن زمین و قیمت آن عامل محدود کننده ای نمی باشد، بسیار مقرون به صرفه می باشد.

هزینه های راهبری و تعمیرات و نگهداری

هزینه های راهبری تقریبا با صرف نظر از هزینه های مربوط به شستشوی بسترهای فیلتر شنی در نظر گرفته می شود. در این فرآیند غالبا نیازی به مواد شیمیایی یا سایر مواد افزودنی، هوای فشرده شده، هم زن های مکانیکی یا آب پرفشار برای بک واش نمی باشد. بنابراین هزینه های مربوط به راهبری، تعمیر و نگهداری و تامین انرژی (سوخت و برق) بسیار ناچیز می باشد.

صافی شنی کند در یک نگاه

قابلیت اجرا

جریان ورودی به فیلتر شنی باید کدورتی کمتر از 30NTU داشته باشد. (مقدار ایده آل کمتر از 10NTU است) در غیر این صورت برای اطمینان از عدم بارگذاری بیش از حد روی فیلتر، پیش تصفیه (ته نشینی) ضروری می باشد. علاوه بر این شرایط آب و هوایی باید در حالت معتدل باشد. بازدهی فیلتر شنی کند برای حذف میکروارگانیسم ها از آب سرد به دلیل کم شدن فعالیت های بیولوژیکی با کاهش دما، به شدت افت می کند.

از آن جا که ساخت، بهره برداری و تعمیر و نگهداری فیلترهای شنی کند کار دشواری نمی باشد و به مهارت های تخصصی نیاز ندارد، تصفیه آب با این روش بسیار کارآمد و اقتصادی بوده و راه حل مناسبی برای مدیریت منابع آبی در کشورهای در حال توسعه می باشد. با وجود آن که فیلترهای شنی کند به صورت خودکار قابلیت سازگاری و تطبیق با نوسانات کم موجود در کیفیت آب ورودی، دما، شرایط آب و هوایی و مقدار کدورت آب را برای مدت کوتاهی دارا هستند، بازرسی و کنترل مداوم و مرتب شرایط بسیار ضروری می باشد.

مزایا

• حذف کارآمد کدروت، سم ها، پاتوژن ها، ویروس ها و فلزات سنگین از آب شیرین آلوده
• سادگی طراحی و قابلیت خودآموزی بالا
• در صورت امکان استفاده از نیروی جاذبه، نیازی به پمپ و نیروی برق نمی باشد
• برای ساخت می توان از امکانات موجود نیز استفاده نمود
• قابلیت اطمینان بالا و توانایی سازگاری با نوسانات آب
• عدم نیاز به فرآیندهای شیمیایی
• مناسب برای مناطق روستایی و نیمه شهری
• طول عمر بالا (حداقل بیش از 10 سال)

معایب

• شرایط خاص در جریان ورودی نیاز است. باید کدورت پایین بین 10 تا 30 باشد. آلودگی های جلبکی پایین نیاز است. در غیر این صورت پیش تصفیه ضروری می باشد.
• هوای سرد به دلیل کاهش فعالیت های بیولوژیکی موجب پایین آمدن راندمان سیستم می شود.
• از دست دادن بهره وری در خلال فرآیندهای گاها طولانی مدت مانند filter skimming (تخلیه و شستشوی لایه سطحی فیلتر شنی کند) و ripening (مدت زمان لازم برای رسیدن به حداکثر راندمان فیلتر از طریق به دام افتادن ذرات در بستر فیلتر و کاهش اندازه خلل و فرج بستر فیلتر)
• ضرورت بازرسی مداوم برخی از تجهیزات اصلی و نمونه برداری پارامترهای فیزیکی و شیمیایی دارند.
• آب با عبور از یک فیلتر سبز رنگ و نازک، بدون فرآیندهای شیمیایی برای نوشیدن کاملا مناسب نمی باشد. ترکیبات شیمیایی (مانند فلوراید) به صورت کامل حذف نمی شوند.
• عدم حذف مواد آلی طبیعی و سایر DBP ها
• نیاز به فضای زیاد، مقدار زیادی مدیای فیلتر و شستشوی دستی و هم چنین نرخ پایین فیلتراسیون

منبع: SSWM

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

چرا باید از بازیافت آب استفاده نمود؟

استفاده از بازیافت آب روش نوینی در جوامع پیشرفته می باشد که موجب افزایش بهره وری، کاهش فشار بر روی منابع آبی موجود مانند آب های زیرزمینی و رودخانه ها و کاهش هزینه ها می گردد.

در واکنش به تاثیر خشکسالی و تغییرات جوی، تقاضا برای استفاده از آب های بازیافتی (آب خاکستری) روز به روز در حال افزایش است. همچنین به دلیل مشکلات سیاست های آبی دولت‌های حاکم در اکثر نقاط در تغییر و اصلاح می باشد و همین امر در آینده ای نزدیک موجب تغییر الگوی رفتاری آبی مردم در جوامع خواهد شد.

با تصفیه فاضلاب، رواناب ها و از همه مهم تر آب خاکستری و در نظر گرفتن شبکه ای جداگانه برای آن، می توان از این منابع آبی مجددا استفاده نمود و به محیط زیست نیز کمک شایانی نمود.

با تصفیه فاضلاب و آب خاکستری متناسب با نوع استفاده از آن و انتقال آن به منازل از طریق سیستم جداگانه لوله کشی می توان از بازیافت آب در امور متعددی مانند آبیاری فضاهای سبز، شستشوی اتومبیل و سطوح، فلاش تانک های سرویس های بهداشتی و … استفاده نمود. این کار علاوه بر کاهش هزینه های آب برای محیط زیست نیز مفید می باشد چرا که باعث کاهش نیاز به استفاده از منابع آب شیرین و تخلیه فاضلاب به آن می گردد.

آیا استفاده از بازیافت آب روش مطمئنی است؟

بازیافت آب، فاضلاب تصفیه شده ای می باشد که متناسب با مورد استفاده به استاندارد خاصی رسیده است. در برخی موارد این آب شامل رواناب های تصفیه شده نیز می باشد.

یکی از نکات حیاتی در رابطه با استفاده مجدد از بازیافت آب، استفاده از لوله کش های باتجربه و حرفه ای می باشد، چرا که لوله کشی خطوط مربوط به بازیافت آب باید به دقت صورت گیرد و در صورت اتصال این سیستم به شبکه آب آشامیدنی مشکلات بهداشتی و سلامتی جدی می‌تواند اتفاق بیفتد.

یکی از ساده ترین راه های جلوگیری از بروز این اشتباه استفاده از رنگ منحصر به فردی برای لوله کشی خطوط مربوط به این سیستم است. این کار موجب اطمینان از عدم اتصال تصادفی بازیافت آب به سیستم آب شرب می شود.

در مواردی که آب خاکستری برای مصارف غیرشرب تصفیه می شود، مانند شستشو و آبیاری، استفاده از علایم هشدار دهنده مناسب برای آگاه سازی افراد و یادآوری مداوم این مطلب به خود مهم می باشد.

از بازیافت آب برای چه مواردی می توان استفاده نمود؟

• آبیاری چمن ها، پارک ها، باغ ها و فضای سبز
• فلاش تانک های سرویس های بهداشتی
• شستشوی اتومبیل
• پر کردن حوض های تزئینی (بدون ماهی)
• آبیاری باغات میوه، سبزی و گلخانه ها
• شستشوی حیوانات
• کولرهای تبخیری و سیستم های تهویه هوا

تامین استاندارد آب نوشیدنی برای بازیافت آب ها کاری بسیار دقیق، حساس و هزینه بر است. در صورتی از دستیابی به این استاندارد اطمینان ندارید از آب خاکستری تصفیه شده برای موارد زیر به هیچ عنوان استفاده نکنید:

• آشامیدن
• پخت و پز(سایر مصارف آشپزخانه مانند شستشوی سبزیجات)
• استحمام یا مسواک زدن (حتی شستشوی دست ها)
• نظافت محیط داخلی خانه
• استخرها و آبگرم ها
• فعالیت های تفریحی آبی (مانند پارک های آبی یا اسباب بازی های کودکان مانند آبپاش‌ها)

1-پیش از اتصال هرگونه وسیله ای به بازیافت آب، از مناسب بودن دستگاه برای اتصال به این نوع منابع آبی اطمینان حاصل کنید (مشورت با سازنده یا تامین کننده).

2-میزان مواد مغذی، املاح و نمک ها در بازیافت آب بیشتر از آب های آشامیدنی می‌باشد. لذا برای جلوگیری از تغذیه بیش از حد باغ، سبزیجات و فضای سبز خود توسط این مواد با افراد متخصص مشورت کنید.

3-از آنجا که بخش قابل قبولی از موارد استفاده از آب را مصارف غیرشرب تشکیل می دهد، به کارگیری بازیافت آب برای این مقاصد سودمند و مقرون به صرفه می باشد. با این حال بازیافت آب منبع ارزشمندی برای مصارف آبیاری نیز به حساب می آید.

چگونه از موفق بودن عملیات بازیافت آب اطمینان حاصل کنیم؟

محلی که دارای دو منبع تامین کننده آب (آب شرب و بازیافت آب) است، می تواند از دو ابزار کنترلی (کنتور) برای اندازه گیری آب مصرفی استفاده کند.

همانطور که گفته شد با استفاده از یک رنگ منحصر به فرد می توان به سادگی شبکه بازیافت آب را متمایز نمود. و از همه مهم تر اطمینان از عدم اتصال این سیستم با شبکه آب آشامیدنی می باشد. همچنین می توان برای اطمینان بیشتر، شیرهای استفاده برای دسترسی به آب بازیافتی را نیز به رنگ خاصی درآورده تا از مصرف نادرست آن جلوگیری شود.

وظایف شما

شما بایستی به صورت دوره ای و منظم از سیستم مورد استفاده خود بازدید به عمل آورده و از عملکرد مطلوب و نبود مشکلات اطمینان حاصل نمایید. در برخی موارد نیز شرکت تصفیه هوشمند آویسا با اعزام متخصصان مربوطه اقدام به بازرسی دوره ای، عیب یابی و رفع این عیوب می نماید. این بازرسی ها موجب اطمینان از عملکرد مطلوب سیستم و برطرف نمودن نقص های احتمالی در کمترین زمان ممکن با پایین ترین هزین می گردد. در صورت نیاز، شرکت می تواند چک لیستی از مهم ترین موارد را نیز در اختیار شما قرار دهد.

لوله کشی مربوط به هر دو بخش شبکه آشامیدنی و شبکه بازیافتی بر عهده متقاضی بوده و شرکت تنها مسئول انجام لوله کشی های مربوط به سیستم و اتصال آن ها به کنتورها (در صورت وجود) می باشد.

 

شما چطور می توانید کمک کنید؟

• اطمینان از مصرف بازیافت آب برای موارد ذکر شده
• برداشتن سرشیرهای بازیافت آب برای اطمینان از عدم دسترسی افراد متفرقه و ناآگاه به ویژه کودکان
• انجام بازرسی ها دوره ای و منظم برای زیر نظر داشتن سلامت و عملکرد مجموعه
• بررسی خطوط لوله کشی بازیافت آب پیش از آغاز به کار سیستم برای اطمینان از عدم اتصال به خطوط آب شرب
• آگاه سازی دیگر افرادی که امکان دسترسی و استفاده از این آب را دارند
• متمایز نمودن شیرهای مربوط به بازیافت آب
• اطمینان از نصب تابلوهای هشدار دهنده در مناطق مورد نیاز

منبع : greywateraction