Filtri kā galvenās iekārtas ūdens attīrīšanas jomā tiek plaši izmantoti dažādās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanā, dzeramā ūdens attīrīšanā un citos scenārijos. Tomēr faktiskā lietošanā filtriem bieži ir slikta veiktspēja, piemēram, lēns filtrēšanas ātrums, viegla filtra materiāla aizsērēšana, vājš pretskalošanas efekts, maza attīrīšanas jauda, nestabila notekūdeņu kvalitāte, kā arī var izraisīt neatbilstību-izplūdes standartiem vai sekundāru piesārņojumu. Šīs problēmas ne tikai ietekmē ārstēšanas efektivitāti, bet arī palielina ekspluatācijas izmaksas un uzturēšanas grūtības. Tāpēc ir jāizpēta veidi, kā uzlabot filtra veiktspēju, lai nodrošinātu tā stabilu un efektīvu darbību. Šajā rakstā ir aprakstīti veidi, kā uzlabot ūdens apstrādes profesionāļu filtru veiktspēju.
I. Viena slāņa{1}}filtru datu nesēju vājās vietas
Tradicionālajos viena slāņa{0}}smilšu filtros kā filtra materiāls galvenokārt tiek izmantotas kvarca smiltis, kuru daļiņu izmērs pakāpeniski palielinās no augšas uz leju (smalkas augšpusē, rupjas apakšā). Virspusēji šķiet, ka tas filtrē piemaisījumus slāni pēc slāņa, bet faktiskajā darbībā bieži rodas problēmas. Filtra netīrumu noturēšanas spēja{3}} ir galvenais veiktspējas rādītājs, kas attiecas uz aizturēto piemaisījumu daudzumu filtra materiāla tilpuma vienībā (vienība: kg/m³ vai g/cm²). Spēcīga netīrumu noturēšanas spēja{5}}nozīmē, ka filtra slānim ir nozīmīga loma, kas nodrošina augstu filtrēšanas efektivitāti, ilgu darba ciklu un lielu ūdens attīrīšanas jaudu. Tomēr vienā filtra materiāla slānī ieslodzīto piemaisījumu sadalījums ir ārkārtīgi nevienmērīgs: virsma (augšējais slānis) uzkrāj visvairāk piemaisījumu, samazinoties tālāk, gandrīz bez aizķeršanās zem 30 cm. Tas izraisa galvas zudumu (plūsmas pretestību) galvenokārt virsmas slānī, ievērojami saīsinot filtrēšanas ciklu un bieži vien dažu stundu laikā izraisot aizsērēšanu. Tas ir tāpēc, ka ūdens plūsmas virziens sakrīt ar pieaugošo daļiņu izmēru, izraisot piemaisījumu strauju uzkrāšanos augšējā slānī. Ja daļiņu izmērs tiek mainīts, lai pakāpeniski samazinātos ūdens plūsmas virzienā (no liela uz mazu), ti, "reversā daļiņu izmēra" filtrēšana, piemaisījumi var vienmērīgi sadalīties, palielinot netīrumu noturēšanas spēju, samazinot spiediena zudumu, pagarinot darba ciklu un pat palielinot filtrēšanas ātrumu.
II. Augšupējas plūsmas filtrēšana
Parastajiem filtra materiāliem ir smalkāks daļiņu izmērs augšpusē un rupjāks daļiņu izmērs apakšā, ūdenim ieplūstot no augšas un izejot no apakšas. Augšupvērstas plūsmas filtrēšana saglabā to pašu daļiņu izmēru, bet maina ūdens plūsmas virzienu: ūdens ieplūst no apakšas un iziet no augšas, veidojot "apgrieztā daļiņu izmēra" režīmu.
Šīs konstrukcijas priekšrocības ir: vienmērīgs piemaisījumu sadalījums filtra slānī, uzlabota netīrumu-turēšanas spēja, lēnāks ūdens plūsmas pretestības pieaugums un pagarināts darba cikls. Tomēr ir nepieciešams kontrolēt filtrēšanas ātrumu, jo augsts filtrēšanas ātrums var izraisīt filtra slāņa izplešanos, smalku smilšu zudumu no augšējā slāņa un ietekmēt notekūdeņu kvalitāti. Tāpēc aizsardzībai virsmas slānim jāpievieno siets vai režģis. Lai gan šīs metodes priekšrocība ir apgrieztā daļiņu izmēra sadalījums, tā cieš no tādām problēmām kā ierobežota filtra slāņa izplešanās pretskalošanas laikā, grūtības ar dūņu noņemšanu un nepilnīga dūņu noņemšana, jo pretskalošanas ūdens plūsma ir saskaņota ar filtrēšanas virzienu. Šīs problēmas ir grūti pilnībā novērst, tāpēc tas netiek plaši izmantots notekūdeņu attīrīšanas praksē.
III. Divvirzienu plūsmas filtrēšana-
Nepietiekama pretskalošana augšupejošās plūsmas filtrācijā izraisīja divvirzienu plūsmas filtrēšanas izveidi. Ūdens vienlaicīgi ieplūst no filtra tvertnes apakšas un augšpuses un ārā no vidus. Augšējā filtra slānī tiek izmantota lejupvērstās plūsmas metode, savukārt apakšējā slānī tiek izmantots apgrieztais daļiņu izmēra sadalījums ar plūsmu uz augšu, kā parādīts diagrammā. Augšējā daļa stabilizē apakšējo daļu, novēršot pārmērīgu filtra slāņa izplešanos. Šis dizains var uzlabot filtra materiāla netīrumu noturēšanas{5}}spēju un pagarināt filtrēšanas ciklu. Tomēr filtra tvertnes struktūra ir sarežģīta, darbība ir apgrūtinoša, un uzturēšanas izmaksas ir augstas, tāpēc praksē to izmanto reti.
Lai gan iepriekš minētajām divām metodēm ir ierobežojumi, tās parāda, ka ūdens plūsmas virziena un filtra materiāla izkārtojuma maiņa var ievērojami uzlabot filtra veiktspēju.
IV. Divslāņu-filtru multivide
Pašlaik vispopulārākais veids ir divslāņu{0}}filtru datu nesējs. Tā struktūra ir līdzīga viena-slāņa modelim, taču filtra slāņa sastāvs ir mainīts. Augšējais slānis izmanto vieglu filtru materiālu ar zemu īpatnējo svaru un lielu daļiņu izmēru; apakšējā slānī izmanto smagus filtru materiālus ar lielu īpatnējo svaru un mazu daļiņu izmēru. Atgriezeniskās mazgāšanas laikā īpatnējā smaguma atšķirības dēļ vieglāks materiāls atrodas augšpusē, bet smagāks materiāls atrodas apakšā, dabiski veidojot dubultu slāni.
Katra slāņa daļiņu izmērs paliek smalkāks augšpusē un rupjāks apakšā, bet augšējā slāņa vidējais daļiņu izmērs ir lielāks nekā apakšējā slānī, panākot vispārēju apgrieztā daļiņu izmēra efektu. Faktiskie mērījumi liecina, ka divu slāņu filtru materiāla netīrumu noturēšanas spēja{2} ir vairāk nekā divas reizes lielāka nekā viena slāņa materiālam. Ar tādu pašu filtrēšanas ātrumu filtrēšanas cikls tiek pagarināts; un tajā pašā filtrēšanas ciklā filtrēšanas ātrumu var palielināt. Salīdzinājuma līkne zemāk esošajā attēlā skaidri parāda, ka netīrumu-uzturēšanas laukums divslāņu-filtra materiālam ir daudz lielāks nekā viena-slāņa filtra materiālam, kas norāda, ka netīrumu-uzturēšanas spēja dubultojas, ja filtra slāņa biezums ir vienāds. Ja ieplūstošā ūdens kvalitāte ir nemainīga, divu slāņu filtra materiāla darba cikls ir divreiz lielāks nekā viena slāņa filtra materiālam.
Šī tehnoloģija tiek plaši izmantota notekūdeņu attīrīšanas iekārtās gan vietējā, gan starptautiskā mērogā ar ievērojamiem rezultātiem, un tā ir praktisks veids, kā uzlabot filtru veiktspēju.
V. Daudzslāņu filtru datu nesējs
Daudzslāņu filtru materiāls parasti attiecas uz trīs slāņiem: augšējais slānis no lielas-daļiņas, viegla materiāla (piemēram, antracīta), vidējais slānis ar vidēja blīvuma daļiņām, vidēja blīvuma materiāls (piemēram, kvarca smiltis) un apakšējais slānis no mazām-daļiņām, piemēram, smags materiāls (granulēts magnēta tīkls). Daļiņu izmērs samazinās no augšas uz leju, pilnībā mainot daļiņu izmēru sadalījumu.
Šis dizains ievērojami uzlabo filtra materiāla netīrumu{0}}uzturēšanas spēju, savukārt smalkais filtra materiāls apakšā nodrošina stabilu notekūdeņu kvalitāti. Filtrēšanas ātrums var būt lielāks nekā ar divslāņu{2}}filtriem. Ja notekūdeņu duļķainība ir zema un ūdens kvalitāte ir stabila, var veikt tiešu filtrēšanu (novēršot sedimentācijas procesu), lai panāktu primāro attīrīšanu. Pašlaik tiešai filtrēšanai parasti tiek izmantoti divslāņu-un daudzslāņu{6}}filtri. Lai nodrošinātu, ka notekūdeņi atbilst izplūdes vai atkārtotas izmantošanas standartiem, iepriekš var pievienot augstas{8}}molekulāras- filtru palīgierīces, piemēram, poliakrilamīdu vai aktivētu silīcija dioksīdu. Tiešā filtrēšana vienkāršo procesu un ietaupa ieguldījumus. Filtra slāņu sastāvs un biezums jāpielāgo atbilstoši notekūdeņu kvalitātei, un filtrācijas ātrumam jābūt zemam, aptuveni 5 m/h. Pēc šiem pirmapstrādes procesiem notekūdeņu kvalitāte kopumā atbilst standartiem; daži tiek izmantoti rūpnieciskai atkārtotai izmantošanai, daži atbilst turpmākajām apstrādes prasībām, un dažiem ir nepieciešama papildu apstrāde.
Kopsavilkums
No viena slāņa-filtru materiāla nepilnībām līdz iedvesmai no reversās daļiņu filtrēšanas un pēc tam uz augšupplūsmas, divvirzienu plūsmas, divslāņu un daudzslāņu filtru evolūciju, notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģija attīstās uz augstu efektivitāti un zemu patēriņu. Šīs pieejas var uzlabot filtra materiāla netīrumu-uzturēšanas spēju, pagarināt filtrēšanas ciklu, optimizēt notekūdeņu kvalitāti un veicināt vides aizsardzību. Praksē divslāņu-un daudzslāņu{7}}filtri ir vispraktiskākie-viegli lietojami un ar augstu-atdevi. Nākotnē, uzlabojot materiālus un optimizējot ūdens sadales dizainu, filtri kļūs vēl jaudīgāki.