Филтери, као основни објекти у области пречишћавања воде, широко се користе у различитим постројењима за пречишћавање отпадних вода, пречишћавању индустријских отпадних вода, пречишћавању воде за пиће и другим сценаријима. Међутим, у стварној употреби, филтери често имају лоше перформансе, као што су спора брзина филтрације, лако зачепљење филтерског медија, лош ефекат повратног испирања, мали капацитет пречишћавања, нестабилан квалитет отпадних вода, па чак могу довести до не-усклађености са стандардима за испуштање или секундарног загађења. Ови проблеми не утичу само на ефикасност лечења, већ и повећавају оперативне трошкове и потешкоће у одржавању. Због тога је неопходно истражити начине за побољшање перформанси филтера како би се осигурао његов стабилан и ефикасан рад. Овај чланак дели начине за побољшање перформанси филтера за професионалце за третман воде.
И. Уска грла једнослојног{1}}медијалног филтера
Традиционални једнослојни -филтери за песак углавном користе кварцни песак као медиј за филтрирање, са величином честица дизајнираном да се постепено повећава од врха до дна (фино на врху, грубо на дну). Површно, изгледа да ово филтрира нечистоће слој по слој, али у стварном раду, проблеми се често јављају. Капацитет филтера{3}}за задржавање прљавштине је кључна мера перформанси, која се односи на количину задржаних нечистоћа по јединици запремине филтер медија (јединица: кг/м³ или г/цм²). Снажан капацитет{5}}задржавања прљавштине значи да слој филтера игра значајну улогу, што резултира високом ефикасношћу филтрације, дугим радним циклусом и великим капацитетом за пречишћавање воде. Међутим, дистрибуција нечистоћа заробљених у једном слоју филтерског медија је изузетно неуједначена: површина (горњи слој) акумулира највише нечистоћа, смањујући се даље доле, без заробљавања испод 30 цм. Ово узрокује да се губитак главе (отпор протока) концентрише углавном у површинском слоју, што значајно скраћује циклус филтрације и често доводи до зачепљења у року од неколико сати. То је зато што се смер протока воде усклађује са повећањем величине честица, што доводи до брзог нагомилавања нечистоћа у горњем слоју. Ако се величина честица промени да би се постепено смањивала дуж правца тока воде (од великих ка малим), тј. филтрацијом „обрнуте величине честица“, нечистоће се могу равномерно распоредити, повећавајући капацитет{13}}задржавања прљавштине, смањујући губитак главе, продужавајући радни циклус, па чак и повећавајући брзину филтрације.
ИИ. Филтрација узлазног тока
Конвенционални филтери имају финију величину честица на врху и крупнију величину честица на дну, при чему вода улази са врха и излази са дна. Филтрација узлазног тока одржава исту величину честица, али обрће смер тока воде: вода улази са дна и излази са врха, формирајући режим „обрнуте величине честица“.
Предности овог дизајна су: уједначена дистрибуција нечистоћа у слоју филтера, побољшан капацитет{0}}задржавања прљавштине, спорије повећање отпора протока воде и продужен радни циклус. Међутим, неопходно је контролисати брзину филтрације, јер високе брзине филтрације могу изазвати ширење слоја филтера, губитак финог песка из горњег слоја и утицати на квалитет ефлуента. Због тога на површински слој треба додати мрежицу или решетку ради заштите. Иако ова метода има предност обрнуте дистрибуције величине честица, она пати од проблема као што су ограничено ширење слоја филтера током повратног испирања, потешкоће у уклањању муља и непотпуно уклањање муља због тога што је ток воде за повратно испирање усклађен са смером филтрације. Ове проблеме је тешко у потпуности отклонити, тако да се не користи широко у пракси пречишћавања отпадних вода.
ИИИ. Двосмерна-филтрација протока
Недовољно повратно испирање у филтрацији узлазног тока довело је до развоја двосмерне филтрације протока-. Вода улази истовремено са дна и врха резервоара филтера и излази из средине. Горњи слој филтера користи методу протока наниже, док доњи слој користи обрнуту дистрибуцију величине честица са узлазним током, као што је приказано на дијаграму. Горњи део стабилизује доњи део, спречавајући прекомерно ширење слоја филтера. Овај дизајн може да побољша капацитет филтерског медија-за задржавање прљавштине и продужи циклус филтрације. Међутим, структура резервоара филтера је сложена, рад је тежак, а трошкови одржавања су високи, тако да се ретко користи у пракси.
Иако горње две методе имају ограничења, оне показују да промена смера протока воде и распореда филтерског медија могу значајно побољшати перформансе филтера.
ИВ. Двослојни{1}}медијални филтери
Тренутно, најпопуларнији тип је двослојни филтер{0}}медиј. Његова структура је слична моделу једног-слоја, али је састав слоја филтера промењен. Горњи слој користи лагане филтерске медије ниске специфичне тежине и велике величине честица; доњи слој користи тешке филтерске медије велике специфичне тежине и мале величине честица. Током повратног испирања, због разлике у специфичној тежини, лакши медијум је на врху, а тежи на дну, природно формирајући двоструки слој.
Величина честица сваког слоја остаје финија на врху и грубља на дну, али просечна величина честица горњег слоја је већа од оне доњег слоја, чиме се постиже укупни ефекат обрнутог величине честица. Стварна мерења показују да је капацитет-задржавања прљавштине двослојних{2}}филтерских медија више него двоструко већи од једнослојних{3}}медија. При истој брзини филтрације, циклус филтрације се продужава; а при истом циклусу филтрације, брзина филтрације се може повећати. Крива поређења на доњој слици јасно одражава да је површина-област задржавања прљавштине на двослојном-филтерском медијуму много већа од оне код једнослојног-медија филтера, што указује да се капацитет задржавања прљавштине-удвостручује када је дебљина слоја филтера иста. Ако је квалитет улазне воде конзистентан, радни циклус двослојног-медија за филтер је двоструко већи од једнослојног{12}}медија за филтер.
Ова технологија се широко користи у постројењима за пречишћавање отпадних вода у земљи и иностранству, са значајним резултатима и практичан је начин за побољшање перформанси филтера.
В. Вишеслојни филтери{1}}
Више-филтерски медиј за више слојева се обично односи на три слоја: горњи слој великих-честица, лаганог материјала (као што је антрацит), средњи слој од средње-честица, средње-материјала (као што је кварцни песак) и доњи слој од ситног-материјала од малих{4}}мрежних честица (магнетни гранулат, тешких гранула). Величина честица се смањује од врха до дна, потпуно обрћући дистрибуцију величине честица.
Овај дизајн значајно побољшава капацитет филтерског медија{0}}за задржавање прљавштине, док фини филтер на дну обезбеђује стабилан квалитет ефлуента. Брзина филтрације може бити већа него код двослојних-филтера. Када је замућеност отпадне воде ниска и квалитет воде стабилан, може се извршити директна филтрација (елиминисање процеса седиментације) да би се постигло примарно пречишћавање. Тренутно се двослојни-и вишеслојни-филтери обично користе за директну филтрацију. Да би се обезбедило да ефлуент испуњава стандарде за испуштање или поновну употребу, могу се унапред-додати филтери високе{8}}молекуларне-помоћности, као што су полиакриламид или активирани силицијум диоксид. Директна филтрација поједностављује процес и штеди улагање. Састав и дебљину слојева филтера треба прилагодити квалитету отпадне воде, а брзина филтрације треба да буде ниска, приближно 5 м/х. Након ових процеса претходног третмана, квалитет ефлуента генерално задовољава стандарде; неки се користе за поновну индустријску употребу, неки испуњавају захтеве накнадног третмана, а неки захтевају даљи напредни третман.
Резиме
Од недостатака једнослојних-филтарских медија, до инспирације обрнутом филтрацијом честица, а затим и до еволуције узлазног тока, двосмерног тока, двослојних-и вишеслојних-филтера, технологија пречишћавања отпадних вода се развија ка високој ефикасности и ниској потрошњи. Ови приступи могу побољшати{4}}капацитет филтерског медија да задржи прљавштину, продуже циклус филтрације, оптимизују квалитет отпадних вода и допринесу заштити животне средине. У пракси, двослојни-и вишеслојни-филтери су најпрактичнији-једноставни за руковање и са високим-приносом. У будућности, са напретком у материјалима и оптимизованим дизајном дистрибуције воде, филтери ће постати још моћнији.