Filteri, kao osnovni objekti u oblasti tretmana vode, široko se koriste u različitim postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda, prečišćavanju industrijskih otpadnih voda, prečišćavanju vode za piće i drugim scenarijima. Međutim, u stvarnoj upotrebi, filteri često imaju slabe performanse, kao što je spora brzina filtracije, lako začepljenje filterskog medija, loš učinak povratnog ispiranja, mali kapacitet tretmana, nestabilan kvalitet efluenta, pa čak mogu dovesti do ne-usklađenosti sa standardima za ispuštanje ili sekundarnog zagađenja. Ovi problemi ne utiču samo na efikasnost tretmana, već i povećavaju operativne troškove i poteškoće u održavanju. Stoga je neophodno istražiti načine za poboljšanje performansi filtera kako bi se osigurao njegov stabilan i efikasan rad. Ovaj članak dijeli načine za poboljšanje performansi filtera za profesionalce za tretman vode.
I. Uska grla jednoslojnog{1}}filter medija
Tradicionalni jednoslojni pješčani filteri-uglavnom koriste kvarcni pijesak kao filtarski medij, s veličinom čestica dizajniranom da se postepeno povećava od vrha do dna (fino na vrhu, grubo na dnu). Površno se čini da ovo filtrira nečistoće sloj po sloj, ali u stvarnom radu često se javljaju problemi. Kapacitet filtera{3}}pridržavanja prljavštine je ključna mjera performansi, koja se odnosi na količinu zadržanih nečistoća po jedinici zapremine filterskog medija (jedinica: kg/m³ ili g/cm²). Snažan kapacitet zadržavanja-prljavštine znači da sloj filtera igra značajnu ulogu, što rezultira visokom efikasnošću filtracije, dugim radnim ciklusom i velikim kapacitetom obrade vode. Međutim, distribucija nečistoća zarobljenih u jednom sloju filterskog medija je izuzetno neravnomjerna: površina (gornji sloj) akumulira najviše nečistoća, smanjujući se dalje prema dolje, bez zarobljavanja ispod 30 cm. Ovo uzrokuje da se gubitak glave (otpor protoka) koncentriše uglavnom u površinskom sloju, što značajno skraćuje ciklus filtracije i često dovodi do začepljenja u roku od nekoliko sati. To je zato što je smjer toka vode u skladu s povećanjem veličine čestica, uzrokujući brzo akumulaciju nečistoća u gornjem sloju. Ako se veličina čestica mijenja kako bi se postepeno smanjivala duž smjera protoka vode (od velikih prema malom), tj. filtracijom "obrnute veličine čestica", nečistoće se mogu ravnomjerno rasporediti, povećavajući kapacitet-zadržavanja prljavštine, smanjujući gubitak glave, produžavajući radni ciklus, pa čak i povećavajući brzinu filtracije.
II. Filtracija uzlaznog toka
Konvencionalni filtarski mediji imaju manju veličinu čestica na vrhu i krupniju veličinu čestica na dnu, pri čemu voda ulazi odozgo i izlazi odozdo. Filtracija uzlaznog toka održava istu veličinu čestica, ali obrće smjer toka vode: voda ulazi odozdo i izlazi s vrha, formirajući modus "obrnute veličine čestica".
Prednosti ovog dizajna su: ujednačena distribucija nečistoća u sloju filtera, poboljšani kapacitet{0}}pridržavanja prljavštine, sporije povećanje otpora protoka vode i produžen radni ciklus. Međutim, potrebno je kontrolirati brzinu filtracije, jer visoke brzine filtracije mogu uzrokovati širenje sloja filtera, gubitak finog pijeska iz gornjeg sloja i utjecati na kvalitetu efluenta. Stoga je potrebno dodati mrežicu ili rešetku na površinski sloj radi zaštite. Iako ova metoda ima prednost obrnute distribucije veličine čestica, pati od problema kao što su ograničeno širenje sloja filtera tokom povratnog ispiranja, poteškoće u uklanjanju mulja i nepotpuno uklanjanje mulja zbog protoka vode za povratno ispiranje koji je usklađen sa smjerom filtracije. Ove probleme je teško u potpunosti otkloniti, pa se ne koristi široko u praksi tretmana otpadnih voda.
III. Dvosmjerna -filtracija protoka
Nedovoljno povratno ispiranje u filtraciji uzlaznog toka dovelo je do razvoja dvosmjerne filtracije protoka. Voda ulazi istovremeno sa dna i vrha rezervoara filtera i izlazi iz sredine. Gornji sloj filtera koristi metodu protoka naniže, dok donji sloj koristi obrnutu distribuciju veličine čestica sa uzlaznim tokom, kao što je prikazano na dijagramu. Gornji dio stabilizira donji dio, sprječavajući pretjerano širenje sloja filtera. Ovaj dizajn može povećati kapacitet filterskog medija-za zadržavanje prljavštine i produžiti ciklus filtracije. Međutim, struktura rezervoara filtera je složena, rad je težak, a troškovi održavanja su visoki, pa se retko koristi u praksi.
Iako gornje dvije metode imaju ograničenja, one pokazuju da promjena smjera protoka vode i rasporeda filterskog medija mogu značajno poboljšati performanse filtera.
IV. Dvoslojni filter medija
Trenutno, najpopularniji tip je dvoslojni filter medija. Njegova struktura je slična modelu jednog-sloja, ali je sastav sloja filtera promijenjen. Gornji sloj koristi lagane filterske medije niske specifične težine i velike veličine čestica; donji sloj koristi teške filterske medije visoke specifične težine i male veličine čestica. Tokom povratnog ispiranja, zbog razlike u specifičnoj težini, lakši medij je na vrhu, a teži medij je na dnu, prirodno formirajući dvostruki sloj.
Veličina čestica svakog sloja ostaje finija na vrhu i grublja na dnu, ali prosječna veličina čestica gornjeg sloja je veća od one donjeg sloja, čime se postiže ukupni efekat obrnutog veličine čestica. Stvarna mjerenja pokazuju da je kapacitet-zadržavanja prljavštine dvoslojnog{2}}filterskog medija više nego dvostruko veći od jednoslojnog-medija. Pri istoj brzini filtracije, ciklus filtracije se produžava; a pri istom ciklusu filtracije, brzina filtracije se može povećati. Krivulja poređenja na donjoj slici jasno odražava da je površina-zadržavanja prljavštine na dvoslojnom-filterskom mediju mnogo veća od one u jednoslojnom-filterskom mediju, što ukazuje da se kapacitet zadržavanja prljavštine-udvostručuje kada je debljina sloja filtera ista. Ako je kvalitet ulazne vode dosljedan, radni ciklus dvoslojnog-filtarskog medija je dvostruko veći od jednoslojnog{12}}filter medija.
Ova tehnologija se široko koristi u postrojenjima za prečišćavanje otpadnih voda u zemlji i inostranstvu, sa značajnim rezultatima i praktičan je način za poboljšanje performansi filtera.
V. Multi-filterski mediji
Više-filterski medij se obično odnosi na tri sloja: gornji sloj od velikih-čestica, laganog materijala (kao što je antracit), srednji sloj od srednje-čestica, srednje-materijala (kao što je kvarcni pijesak) i donji sloj od sitnog-materijala od malih{4}}mrežnih čestica (magnetne granule, teških granula). Veličina čestica se smanjuje od vrha do dna, potpuno obrćući distribuciju veličine čestica.
Ovaj dizajn značajno poboljšava kapacitet filterskog medija{0}}za zadržavanje prljavštine, dok fini filter medija na dnu osigurava stabilan kvalitet efluenta. Brzina filtracije može biti veća nego kod dvoslojnih-filtera. Kada je zamućenost otpadne vode niska i kvalitet vode stabilan, može se izvršiti direktna filtracija (eliminisanje procesa sedimentacije) kako bi se postiglo primarno prečišćavanje. Trenutno se dvoslojni-i višeslojni-filteri obično koriste za direktnu filtraciju. Kako bi se osiguralo da efluent ispunjava standarde za ispuštanje ili ponovnu upotrebu, mogu se unaprijed-dodati filteri visoke{8}}molekularne-pomage, kao što su poliakrilamid ili aktivirani silicijum dioksid. Direktna filtracija pojednostavljuje proces i štedi ulaganje. Sastav i debljinu slojeva filtera treba prilagoditi kvalitetu otpadne vode, a brzina filtracije treba biti niska, otprilike 5 m/h. Nakon ovih procesa predtretmana, kvalitet otpadnih voda općenito zadovoljava standarde; neki se koriste za ponovnu industrijsku upotrebu, neki ispunjavaju zahtjeve naknadnog tretmana, a neki zahtijevaju daljnji napredni tretman.
Rezime
Od nedostataka jednoslojnih -filtarskih medija, do inspiracije reverznom filtracijom čestica, a zatim i do evolucije uzlaznog, dvosmjernog toka, dvoslojnih-i višeslojnih- filtera, tehnologija prečišćavanja otpadnih voda razvija se prema visokoj efikasnosti i niskoj potrošnji. Ovi pristupi mogu poboljšati{4}}kapacitet filterskog medija za zadržavanje prljavštine, produžiti ciklus filtracije, optimizirati kvalitet efluenta i doprinijeti zaštiti okoliša. U praksi, dvoslojni-i višeslojni-filteri su najpraktičniji-jednostavni za rukovanje i sa visokim-prinosom. U budućnosti, s napretkom u materijalima i optimiziranim dizajnom distribucije vode, filteri će postati još moćniji.
