Filtrai, kaip pagrindiniai įrenginiai vandens valymo srityje, yra plačiai naudojami įvairiuose nuotekų valymo įrenginiuose, pramoninių nuotekų valyme, geriamojo vandens valyme ir kituose scenarijuose. Tačiau iš tikrųjų naudojant filtrus dažnai prastai veikia, pvz., lėtas filtravimo greitis, lengvai užsikemša filtro medžiaga, prastas atgalinio plovimo efektas, mažas valymo pajėgumas, nestabili nuotekų kokybė ir netgi gali būti-neatitikimas išleidimo standartų arba antrinė tarša. Šios problemos turi įtakos ne tik gydymo efektyvumui, bet ir padidina eksploatacines išlaidas bei priežiūros sunkumus. Todėl būtina ištirti būdus, kaip pagerinti filtro veikimą, kad būtų užtikrintas stabilus ir efektyvus jo veikimas. Šiame straipsnyje pateikiami būdai, kaip pagerinti vandens valymo specialistų filtrų veikimą.
I. Vieno-sluoksnio filtravimo laikmenos kliūtis
Tradiciniuose vieno sluoksnio{0}}smėlio filtruose kaip filtravimo medžiaga dažniausiai naudojamas kvarcinis smėlis, kurio dalelių dydis palaipsniui didėja nuo viršaus iki apačios (smulkus viršuje, stambus apačioje). Paviršutiniškai atrodo, kad tai filtruoja priemaišas sluoksnis po sluoksnio, tačiau iš tikrųjų dažnai kyla problemų. Filtro nešvarumų-laikymo geba yra pagrindinis našumo matas, nurodantis sulaikytų priemaišų kiekį filtro medžiagos tūrio vienete (vienetas: kg/m³ arba g/cm²). Didelis nešvarumų-sulaikymas reiškia, kad filtro sluoksnis atlieka svarbų vaidmenį, todėl užtikrinamas didelis filtravimo efektyvumas, ilgas darbo ciklas ir didelis vandens valymo pajėgumas. Tačiau viename filtravimo terpės sluoksnyje įstrigusių priemaišų pasiskirstymas yra itin netolygus: paviršiuje (viršutiniame sluoksnyje) susikaupia daugiausia nešvarumų, jų mažėja toliau, žemiau 30 cm beveik nesikaupia. Dėl to slėgio praradimas (atsparumas srautui) daugiausia koncentruojasi paviršiniame sluoksnyje, o tai žymiai sutrumpina filtravimo ciklą ir dažnai sukelia užsikimšimą per kelias valandas. Taip yra todėl, kad vandens srauto kryptis susilygina su didėjančiu dalelių dydžiu, todėl priemaišos greitai kaupiasi viršutiniame sluoksnyje. Jei dalelių dydis pakeičiamas taip, kad palaipsniui mažėtų vandens srauto kryptimi (nuo didelės iki mažos), ty „atvirkštinio dalelių dydžio“ filtravimas, priemaišos gali pasiskirstyti tolygiai, todėl padidės nešvarumų{13}}laikymo geba, sumažėja slėgio nuostoliai, pailgėja darbo ciklas ir netgi padidėja filtravimo greitis.
II. Viršutinio srauto filtravimas
Įprastos filtravimo priemonės turi smulkesnį dalelių dydį viršuje, o stambesnį – apačioje, vanduo patenka iš viršaus ir išeina iš apačios. Viršutinio srauto filtravimas išlaiko tą patį dalelių dydį, bet pakeičia vandens srauto kryptį: vanduo patenka iš apačios ir išeina iš viršaus, sudarydamas „atvirkštinio dalelių dydžio“ režimą.
Šios konstrukcijos pranašumai yra šie: tolygus priemaišų pasiskirstymas filtro sluoksnyje, geresnis nešvarumų-laikymo pajėgumas, lėtesnis vandens srauto pasipriešinimo padidėjimas ir ilgesnis darbo ciklas. Tačiau būtina kontroliuoti filtravimo greitį, nes didelis filtravimo greitis gali sukelti filtro sluoksnio išsiplėtimą, smulkaus smėlio praradimą iš viršutinio sluoksnio ir paveikti nuotekų kokybę. Todėl apsaugai ant paviršiaus sluoksnio reikia pridėti tinklelį arba tinklelį. Nors šio metodo pranašumas yra atvirkštinis dalelių dydžio pasiskirstymas, jis susiduria su tokiomis problemomis kaip ribotas filtro sluoksnio plėtimasis atgalinio plovimo metu, dumblo pašalinimo sunkumai ir nepilnas dumblo pašalinimas dėl to, kad atgalinio plovimo vandens srautas yra suderintas su filtravimo kryptimi. Šias problemas sunku visiškai pašalinti, todėl nuotekų valymo praktikoje jis nėra plačiai naudojamas.
III. Dviejų-krypčių srauto filtravimas
Dėl nepakankamo atgalinio plovimo aukštyn nukreiptame srauto filtravimo sistemoje buvo sukurtas dvipusis srauto filtravimas. Vanduo vienu metu teka iš filtro bako apačios ir viršaus bei iš jo vidurio. Viršutiniame filtro sluoksnyje naudojamas srauto žemyn metodas, o apatiniame sluoksnyje naudojamas atvirkštinis dalelių dydžio pasiskirstymas su srautu į viršų, kaip parodyta diagramoje. Viršutinė dalis stabilizuoja apatinę dalį, neleidžiant per daug išsiplėsti filtro sluoksniui. Šis dizainas gali padidinti filtravimo terpės nešvarumų{5}}sulaikymą ir pailginti filtravimo ciklą. Tačiau filtro bako struktūra yra sudėtinga, eksploatacija sudėtinga, o priežiūros išlaidos didelės, todėl praktikoje jis naudojamas retai.
Nors pirmiau minėti du metodai turi apribojimų, jie rodo, kad vandens srauto krypties ir filtro terpės išdėstymo pakeitimas gali žymiai pagerinti filtro veikimą.
IV. Dviejų-sluoksnių filtrų laikmena
Šiuo metu populiariausias tipas yra{0}}dviejų sluoksnių filtrų laikmena. Jo struktūra panaši į vieno-sluoksnio modelį, tačiau filtro sluoksnio sudėtis pakeista. Viršutiniame sluoksnyje naudojamos lengvos filtravimo medžiagos, kurių savitasis svoris yra mažas ir dalelių dydis yra didelis; apatiniame sluoksnyje naudojamos sunkios filtravimo medžiagos, turinčios didelį savitąjį svorį ir mažą dalelių dydį. Atbulinio plovimo metu dėl savitojo svorio skirtumo lengvesnė medžiaga yra viršuje, o sunkesnė – apačioje, natūraliai sudarydama dvigubą sluoksnį.
Kiekvieno sluoksnio dalelių dydis išlieka smulkesnis viršuje, o stambesnis apačioje, tačiau vidutinis viršutinio sluoksnio dalelių dydis yra didesnis nei apatinio, todėl pasiekiamas bendras atvirkštinio dalelių dydžio efektas. Faktiniai matavimai rodo, kad dviejų sluoksnių filtrų laikmenos-nešvarumų- gebėjimas yra daugiau nei dvigubai didesnis nei vieno-sluoksnio terpės. Tuo pačiu filtravimo greičiu filtravimo ciklas pratęsiamas; ir tuo pačiu filtravimo ciklu filtravimo greitis gali būti padidintas. Palyginimo kreivė žemiau esančiame paveikslėlyje aiškiai parodo, kad dviejų sluoksnių filtravimo terpės-nešvarumų sulaikymo plotas yra daug didesnis nei vieno-sluoksnio filtravimo terpės, o tai rodo, kad nešvarumų laikymo talpa padvigubėja, kai filtro sluoksnio storis yra vienodas. Jei įtekančio vandens kokybė yra vienoda, dviejų sluoksnių filtravimo terpės darbo ciklas yra du kartus didesnis nei vieno sluoksnio filtravimo terpės.
Ši technologija plačiai naudojama nuotekų valymo įrenginiuose tiek šalies viduje, tiek tarptautiniu mastu, duodama reikšmingų rezultatų ir yra praktiškas būdas pagerinti filtro veikimą.
V. Daugiasluoksnė filtravimo laikmena
Daugiasluoksnė filtravimo medžiaga paprastai reiškia tris sluoksnius: viršutinį sluoksnį iš didelių-dalelių, lengvos medžiagos (pvz., antracito), vidurinį sluoksnį iš vidutinio-dalelių, vidutinio tankio medžiagos (pvz., kvarcinio smėlio) ir apatinį sluoksnį iš mažų-dalelių, pavyzdžiui, garų tinklelio, sunkiosios medžiagos. Dalelių dydis mažėja iš viršaus į apačią, visiškai pakeisdamas dalelių dydžio pasiskirstymą.
Ši konstrukcija žymiai pagerina filtravimo medžiagos{0}}nešvarumų sulaikymą, o smulkios filtravimo medžiagos apačioje užtikrina stabilią nuotekų kokybę. Filtravimo greitis gali būti didesnis nei naudojant dvigubo sluoksnio{2}}filtrus. Kai nuotekų drumstumas mažas, o vandens kokybė stabili, galima atlikti tiesioginį filtravimą (pašalinus sedimentacijos procesą), kad būtų pasiektas pirminis valymas. Šiuo metu tiesioginiam filtravimui dažniausiai naudojami dviejų{5}}sluoksnių ir{6}}daugiasluoksniai filtrai. Siekiant užtikrinti, kad nuotekos atitiktų išleidimo arba pakartotinio naudojimo standartus, iš anksto galima pridėti didelės-molekulinės-masės filtravimo priemonių, pvz., poliakrilamido arba aktyvinto silicio dioksido. Tiesioginis filtravimas supaprastina procesą ir taupo investicijas. Filtro sluoksnių sudėtis ir storis turi būti koreguojami pagal nuotekų kokybę, o filtravimo greitis turi būti mažas, apie 5 m/val. Po šių pirminio apdorojimo procesų nuotekų kokybė paprastai atitinka standartus; kai kurie naudojami pakartotiniam pramoniniam naudojimui, kai kurie atitinka tolesnio apdorojimo reikalavimus, o kai kuriems reikalingas tolesnis pažangus apdorojimas.
Santrauka
Nuo vieno-sluoksnio filtravimo terpės trūkumų iki įkvėpimo iš atvirkštinio dalelių filtravimo, o vėliau iki srauto, dvikrypčio srauto, dvigubo-sluoksnio ir{2}}daugiasluoksnių filtrų evoliucijos – nuotekų valymo technologija vystosi siekiant didelio efektyvumo ir mažo suvartojimo. Šie metodai gali pagerinti filtravimo terpės-nešvarumų sulaikymą, prailginti filtravimo ciklą, optimizuoti nuotekų kokybę ir prisidėti prie aplinkos apsaugos. Praktikoje dviejų sluoksnių-ir kelių sluoksnių-filtrai yra praktiškiausi,-lengvai valdomi ir labai{9}}grąžinami. Ateityje, tobulėjant medžiagoms ir optimizuojant vandens paskirstymo dizainą, filtrai taps dar galingesni.