فیلتراسیون

فیلتراسیون یک پروسه مکانیکی یا فیزیکی است که ذرات معلق و کلوئیدی را از مایعات (مایعات یا گازها) جدا کرده با محیطی که تنها مایع می تواند عبور کند. در فرآیند تصفیه آب معمولی، فیلتراسیون معمولا به معنای انعقاد و رسوب گذاری است.

فرآیند فیلتراسیون:

در طی فیلتراسیون در فیلتر عمیق جریان پایین ، فاضلاب حاوی مواد معلق به بالای فیلتر می آید.

زمانی که فاضلاب از فیلتر عبور میکند ، مواد معلق موجود در فاضلاب توسط مکانیزم های مختلف حذف می شوند.

پس از گذشتن زمانی ، فیلتر به علت انباشته شدن مواد معلق درون بستر فیلتر باید تمیز شود.

این کار با معکوس کردن جریان از طریق فیلتر انجام می شود . جریان کافی از آب شستشو تا زمانی اعمال می شود که محیط فیلترینگ گسترش یابد.

فیلتراسیون معمولا به سه روش زیر دسته بندی می شوند:

1-فیلتراسیون عمقی

فیلتراسیون شنی آهسته

فیلتراسیون محیطی سریع و متخلخل

فیلتر متخلخل متوسطه متناوب

فیلتر محيط متخلخل

2-فیلتراسیون سطحی

فیلترهای آزمایشگاهی مورد استفاده برای آزمایش TSS

فیلتراسیون Diatomaceous

3-فیلترهای غشائی

4-فیلترهای کربنی

فیلتراسیون عمقی

در این روش ، حذف مواد ذرات معلق از دوغاب مایع با عبور از مایع از طریق یک تخت فیلتر که متشکل از محیط فیلتر متراکم یا فشرده است انجام می شود.

• فیلتراسیون عمقی فرآیند جداسازی جامد / مایع است که در آن یک واکنش رقیق شده یا فاضلاب از طریق یک فیلتر شن و ماسه ، انتراسیت یا سایر رسانه های گرانول عبور داده می شود.

• ذرات ، به ذرات از پیش مانده در فیلتر متصل می شوند و از مایع حذف میگردند.

• این روش عملا ً در همه جا در درمان آب‌های سطحی برای تامین آب آشامیدنی به کار می‌رود .

• فیلتراسیون عمقی هم اغلب با موفقیت به عنوان یک سومین درمان برای فاضلاب استفاده می‌شود .

• عملکرد یک فیلتر با راندمان حذف ذره و افت سر در طول بستر مورد ارزیابی قرار می‌گیرد .

فیلتراسیون شنی آهسته(SSF)

• این فیلتراسیون برای حذف میکروارگانیسم ها مانند جلبک ها، باکتری ها، ویروس ها و غیره بسیار موثر است.

• فیلتراسیون شن و ماسه آهسته (SSF)، با سرعت جریان بین 0.1 و 0.2 متر مکعب است.

• این روش یک درمان استاندارد بیوفیلتراسيون برای دهه ها در صنعت فاضلاب بوده است.

فیلترسریع شنی(RSF)

• تفاوت اصلی SSF و RSF در سرعتی است که در آن آب از طریق فیلتر عبور می کند.

• در فیلتر تصفیه شن و ماسه (RSF)، آب از طریق یک فیلتر ماسه ای تخت عبور می کند که ذرات معلق را از بین می برد.

• امروزه RSF به عنوان یک روش پیشگیرانه موثر برای افزایش کیفیت آب قبل از غشاهای اسمز معکوس (RO) در تصفیه آب کاربرد دارد.

فیلتراسیون سطحی

• فيلتراسيون سطحي شامل حذف مواد معلق در يک مايع مي باشد. در این روش، مایع از طریق یک جداره نازک عبور می کند (به عنوان مثال، ماده فیلتر).

• مواد مورد استفاده به عنوان سپتوم فیلتر شامل پارچه های فلزی بافته شده، پارچه های پارچه ای بافته های مختلف و انواع مواد مصنوعی است.

فیلتر های غشائی

• فیلتراسیون غشایی می تواند به طور گسترده ای به عنوان یک فرایند جداسازی تعریف شود که از غشاء نیمه پراکنده برای تقسیم جریان به دو بخش تعریف می شود: نفوذ پذیری که شامل ماده ای است که از غشاء عبور می کند و یک retentat شامل گونه ای است که پشت آن قرار دارد.

• فیلتراسیون غشایی می‌تواند در قالب طیف وسیعی از گونه‌های نفوذ پذیر, سازوکارهای طرد , نیروهای محرکه بکار رفته , ساختار شیمیایی و ترکیب غشاها و هندسه ساخت و طبقه‌بندی شود .

مهم‌ترین انواع فیلتراسیون غشایی عبارت‌اند از :

میکروفیلتراسیون(MF)،اولترافیلتراسیون(UF)،نانوفیلتراسیون(NF)،اسمز معکوس(RO)

فیلتر کربنی

فیلتر کربن فعال برای جذب کلر،(THM)، طعم، بوی و رنگ از آب و فاضلاب استفاده می شود. کربن فعال یک زغال چوب است که با اکسیژن درمان شده است تا میلیون ها منافذ کوچک بین اتم های کربن را باز کند. کربن فعال سطح وسیعی دارد (2000 – 3000 متر مربع در هر گرم کربن فعال) و باعث می شود تا در جذب ناخالصی ها از آب بسیار موثر باشد.

از مزایای این فیلتر : نگهداری آسان ، هزینه کم ، فیلتراسیون عالی و هیچ گونه مواد شیمیایی به آباضافه نمی شود.

مكانيزم هايي كه در فرآيند فيلتراسيون دخيل هستند

فشار به عنوان مکانیزم اصلی که در حذف جامدات معلق در طول فیلتراسیون مواد معلق ثانویه از فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی عمل می‌کند , شناسایی شده‌است . مکانیسم‌های دیگری از جمله impaction ، رهگیری ، و چسبندگی نیز موثر هستند اگر چه تاثیرات آن‌ها کوچک بوده و برای اکثر آن‌ها توسط عمل فشار دهی مشخص شده‌است .

مشخصات فیلتر

اندازه دانه ، مشخصه اصلی فیلتر است که عملیات فیلتراسیون را تحت‌تاثیر قرار می‌دهد . اندازه دانه هم بر کاهش آب شفاف و هم انباشته طول اجرای فیلتر تاثیر می‌گذارد . اگر یک محیط فیلتر کردن بسیار کوچک باشد , بیشتر نیروی محرکه در غلبه بر مقاومت اصطکاکی بس‌تر صافی تلف می‌شود . از طرف دیگر , اگر اندازه محیط فیلتر کردن زیاد باشد , بسیاری از ذرات کوچک در ورودی مستقیما ً از بستر عبور می‌کنند .

سرویس و نگهداری فیلترها

سه شاخص زیر معرف چگونگی عملکرد فیلتر هستند که باید به طور منظم ارزیابی شوند:

1)کدورت آب فیلتر شده

2)طول زمان سرویس دهی فیلتر (فاصله زمانی دو شستشو)

3)نسبت حجم آب لازم برای شستشو به حجم آب فیلتر شده

در شرایط عملکرد مطلوب فیلتر، کدورت آب فیلتر شده همواره کمتر از NTU 5/0 می باشد و کمال مطلوب NTU2/0 می باشد.ل زمان سرئیس دهی فیلتر، بستگی به اندازه ذرات بستر و کیفیت آب ورودی به فیلتر را دارد که این دو، خود تابعی از TDS (املاح) و دمای آب ورودی ، سرعت فیلتراسیون و ویژگی های بستر هستند. فیلتری که سرعت فیلتراسیون آن کمتر از m/h15 باشدو طول زمان سرویس دهی آن کمتر از 24 ساعت نباشد می تواند هم از نظر طراحی و هم از نظر بهره برداری مطلوب باشد. طول زمان سرویس دهی کمتر می تواند ناشی از مشکلات اصلی زیر باشد:

1.تجمع ذرات ریز بستر فیلتر (آکنه) در سطح بستر آن توضیح اینکه ذرات بستر فیلتر دقیقا یک اندازه نیستند.بنابراین امکان دارد زمانی پیش بیاید که ذرات خیلی ریز بستر همه در بالای بستر تجمع کنند.

2.اندازه موثر ذرات بستر فیلتر برای سرعت فعلی فیلتراسیون بسیار کوچک باشد.

3.ذرات معلق و لخته شده در آب ورودی به فیلتر زیاد باشد.

4.بستر فیلتر پوشیده از گل و لای شده باشد.

5.فراوانی بیش از اندازه جلبک ها در منبع آبی که به فیلتر وارد می شود.

6.حبس هوا

7.استفاده بیش از حد مطلوب از کمک مواد منعقده کننده یا پلیمری

8.برگشت دادن ناکافی آب شستشوی فیلتر به آب ورودی

در مورد فیلتراسیون مستقیم (بدون پیش تصفیه، انعقاد سازی وته نشینی) کم شدن سریع زمان سرویس دهی فیلتر ناشی از غلظت زیاد مواد معلق در آب خام و یا تزریق بیش از اندازه ماده منعقد کننده (بیش از mg/l 6 آلوم) است.

باید به این نکته توجه کرد که عملکرد فیلتر در فصولی که دما بالاست بهتر از فصولی است که هوا سرد است و علتش این است که در دمای بالا تشکیل لخته ها سریع تر انجام شده و همچنین لخته ها سریع تر ته نشین می شود.

یکی از بهترین شاخص های عملکرد فیلتر، نسبت آب مصرف شده برای شستشوی فیلتر به مقدار آبی است که قبل از شستشو، فیلتر تصفیه کرده است. در شرایط معمولی، این نسبت کمتر از %3 می باشد و اگر این نسبت به 2% کاهش یابد بسیار مطلوب است و اگر بیش از 5% برسد، کار فیلتر ضعیف ارزیابی می شوند.

از فیلتری که خوب نگهداری شده است انتظار می رود که نسبت فوق در ایام زمستان برابر 5/2 تا 3 درصد و در ایام تابستان برابر 5/1 تا 2 درصد باشد.

شاخص دیگر برای عملکرد فیلتر، حجم آبی است که به ازای واحد بستر فیلتر در هر سرویس تصفیه می شود که با UFRV نشان می دهند. UFVRحاصلضرب دبی حجم فیلتراسیون (لیتر در هر ساعت و در هر سانتیمتر مربع از سطح) در طول زمان هر سرویس (ساعت) است. اگر UFRV کمتر از lit/cm22 باشد قابل قبول نیست و اگر بیش از lit/cm2 4 باشد معرف عملکرد خوب فیلتر است.

مقایسه فیلترهای فشاری و ثقلی

به طور کلی هرجا که بخواهند هزینه کار و تعمیر را کاهش دهند و نیز کیفیت خروجی را بالا نگه دارند فیلترهای ثقلی بر فیلتر های فشاری ترجیح داده می شوند، اما از فیلترهای فشاری در صنایع استفاده زیادی می کنند.

محاسن فیلترهای فشاری

فیلترهای فشاری را میتوان در بین لوله های تحت فشاری گذاشت و از این رو احتیاج به پمپاز کردن نیست.

در مقایسه با فیلترهای ثقلی به حجم بسیار کمتری احتیاج دارند.

در افت فشار زیاد هم کار می کنند.

فیلترهای فشاری جدید را می توان به راحتی به مجموعه سیستم تصفیه آب اضافه کرد.

معایب فیلترهای فشاری

شن های داخل فیلترفشاری را نمی توان دید و موثر بودن شستشو را نمی توان مشاهده کرد.

در فیلترهای فشاری نمی توان به راحتی فیلترهای ثقلی، کار مواد منعقد کننده را کنترل کرد.

با فیلترفشاری ثابت نگه داشتن دبی خروجی مشکل می باشد در حالی که با فیلترهای ثقلی این کار راحت امکان می پذیرد.