فیلتراسیون بخش دوم

فیلتراسیون

فیلتراسیون

بخش دوم

 

فیلترهای شنی

فیلتر شنی جهت حذف ذرات معلق Suspended Dolids تا قطر 500 میکرون یا به بیان ساده کاهش کدورت آب می‌باشد. در این صافی‌ها با عبور مایع از درون بستر مواد معلق و ذرات ریز در بین خلل و فرج بستر باقی می‌مانند و آب زلال خارج می‌گردد. در اثر کارکرد مداوم صافی مواد معلق موجود در آب بین ذرات بستر تجمع می‌کند و در نتیجه شدت جریان آب عبوری کاهش یافته و افت فشار درون صافی افزایش می‌یابد. در این حالت لازم است که صافی شستشو داده شود و این عمل با عبور آب در جهت معکوس انجام می‌گیرد. برای شستشو آب را با سرعت خطی زیاد از بستر صافی عبور می‌دهند به گونه‌ای که فضای بین ذرات بستر به اندازه 50% افزایش یابد. در این صورت آب می‌تواند به خوبی بین ذرات گردش کرده و گل ولای و مواد معلق باقی مانده از عمل صاف کردن را از بین شن و ماسه‌ها جدا نماید و به خارج از صافی منتقل کند. به طور معمول در طراحی صافی‌ها افت فشار بین 20 الی 2 بار در نظر گرفته می‌شود. جنس بدنه فیلترهای شنی می‌تواند از کربن استیل با پوشش رنگ اپوکسی، استینلس استیل و یا FRP باشد و سیلیس با دانه‌بندی‌های مختلف درون این مخازن ریخته می‌شود. فرایند شست و شوی معکوس می‌تواند به صورت دستی نیمه اتوماتیک و یا اتوماتیک باشد.

ویژگی‌های فیلتر شنی: 

  • قابلیت تحمل فشار تا 10بار
  • مجهز به شیر هواگیری و فشارسنج
  • بدنه از جنس استیل/ فایبرگلاس (FRP) / کربن استیل
  • استفاده از سه لایه سنگ سیلیس دانه‌بندی شده در فیلترهای شنی
  • قابل ارائه با سه شیردستی نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک جهت شستشوی معکوس

مزیت‌های فیلتر شنی:

  • راهبردی ساده
  • سرعت بالا در تصفیه
  • هزینه نگهداری کم در بهره‌برداری
  • نیاز به فضای کم در نصب و بهره‌برداری

فیلترهای شنی می‌توانند در صنایع رنگ، صنایع غذایی، صنایع شیشه، صنایع نساجی، صنایع شیمیایی، استخرهای شنا، صنایع کاغذسازی، صنایع فولاد و فلزات، صنایع لاستیک و پلاستیک، تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب، کلیه سیستم‌های حرارتی و برودتی و نیروگاه‌ها پتروشیمی و پالایشگاه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

 

فیلتر کربن اکتیو

فیلتر کربن فعال جهت حذف طعم نامطبوع بو و رنگ آب استفاده می‌شود. کربن فعال به دلیل خاصیت جذب بالا باعث حذف عوامل فوق از آب می‌گردد. از این نوع فیلترها در صنعت آب جهت حذف کلر آزاد و همینطور حذف کدورت و رنگ و بو می‌توان استفاده کرد. کربن فعال مواد آلی موجود در آب را جذب و سپس تجزیه می‌کند. در صافی کربنی آب از بستر کربن فعال گرانولی عبور کرده و رنگ و بوی آن توسط ذغال کربن جذب شده و در نتیجه آب خروجی بدون هرگونه طعم رنگ بو و رنگی خواهد بود. درصافی کربنی آب ورودی باید کاملاً زلال‌سازی شود و فاقد هرگونه مواد کلوئیدی و معلق باشد. به همین دلیل فیلترهای کربنی معمولاً بعد از فیلترهای شنی در فرایند تصفیه آب قرار می‌گیرند.PH  آبی که با کربن فعال در تماس قرار می‌گیرد، نباید اسیدی یا قلیائی باشد و قبل از عبور از بستر کربن فعال باید خنثی شود. کربن فعال می‌بایست هرچند وقت یکبار در کوره تا درجه حرارت 900 درجه سانتی‌گراد حرارت داده شود تا دوباره فعال شود. در برخی موارد می‌توان کربن فعال را توسط بخار احیاء نمود.

جنس بدنه فیلترهای کربن فعال می‌تواند استیل و یا کربن استیل با پوشش رنگ باشد و دانه‌های کربن فعال درون این مخازن ریخته می‌شود. این فیلترها هرچند وقت یکبار باتوجه به میزان مواد جامد معلق در آب نیاز به شستشوی معکوس دارد. فیلتر کربن فعال توسط کنترل دستی و یا اتوماتیک شستشو شده تا فضای انبساط خود را حفظ کند. فیلتر کربن فعال به تنهایی و یا به عنوان قسمت بسیار مهمی از سیستم‌های پیش‌تصفیه در اکثر فرایندهای تصفیه آب و پساب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کربن فعال:

عنصر کربن فعال به دو صورت آلوتراپی بلوری با نام‌های الماس و گرافیت وجود دارد. کربنی که از چوب سخت پوسته نارگیل ساخته می‌شوند در صنایع شیمیایی یا در مواردی دیگر از زغال سنگ ساخته می‌شود، کربن صافی و کربن فعال نامیده می‌شود. براساس مطالعات حاصله  از اشعه x ثابت شده است که ذغال چوب دارای ساختمانی شبیه گرافیت است. لکن از نظر بلوری بخوبی توسعه نیافته است که می‌توان آن را ناشی از معایب ساختمان بلوری و زیاد بودن سطح دانست. باید توجه داشت که در حالت فعال زغال چوب جاذب گازها مایعات و جامدات است و فعال کردن زغال بوسیله بخار در دمای 950 درجه سانتی‌گراد صورت می‌پذیرد. در این حال هیدروکربن‌های جذب شده از سطح برداشته شده و از آن جدا می‌شود. ذکر این نکته ضروری به نظر می‌رسد که خاصیت جذب‌کنندگی زغال از سطح زیاد آن ﻧﺸﺄت می‌گیرد وcm3 1 از ذغال دارای سطح m21000 است. بطور کلی ماکروپورها حفره‌های ورودی یا عوامل اصلی جذب و مزوپورها حفره‌های موقت گذرا و میکروپورها حفره‌های اصلی ذخیره‌سازی می‌باشند. معمولاً ماکروپروها به مقدار خیلی کم در حدود 5% در تشکیل سطوح ویژه داخلی دخالت می‌کنند. و این حفره‌ها که بعنوان گذرگاه عمل می‌نمایند، موجب تسهیل در پدیده جذب در سطوح داخلی کربن اکتیو می‌شوند. در حالیکه حفره‌های مزو نقشی در حدود 95% در پدیده سطوح ویژه جذب را دارا می‌باشند و محل اصلی ذخیره مواد جذب شده می‌باشند. بطور متوسط40 درصد از کل حفره‌ها مربوط به حفره‌های متوسط می‌باشد. توزیع قطر حفره‌ها در یک نمونه کربن فعال بستگی به نوع ماده اولیه و روش تولید کربن فعال دارد. جذب سطحی مولکول‌ها عموماً در حفره‌های ریز و متوسط رخ می‌دهد و حفره‌های بزرگ به عنوان مجراهایی برای عبور ماده جذب‌شونده و رسیدن آن به حفره‌های ریزتر به کارمی‌آیند. فرآیند جذب توسط کربن فعال شامل 3 مرحله ذیل می‌باشد:

  1. مواد جامد با یک نیروی واندوالسی و پیوند دوقطبی لحظه‌ای جذب سطوح بیرونی کربن فعال می‌شوند.
  2. مواد جامد به داخل حفره‌ها به حرکت درمی‌آیند.
  3. مواد جامد جذب دیواره‌های داخلی حفره‌های کربن فعال می‌شوند.

چون مواد کربن فعال یک ماده آلی دارای قیمت و سرعت جذب بسیار بالاتری نسبت به ترکیبات معدنی می‌باشد

مواد اولیه برای تهیه کربن فعال:

تکنولوژی امروز، تولید انبوه کربن‌های فعال با مشخصات مناسب را جهت کاربردهای ویژه طلب می‌کند. بطور کلی کربن فعالی که بطور عمومی کاربرد دارد و مورد استفاده می‌شود باید دارای ظرفیت جذبی کافی، استحکام مکانیکی و خلوص شیمیایی باشد. علاوه بر همه این ویژگی‌ها این ماده باید با قیمتی پائین تولید شود اما چندین دهه است که کربن فعال بصورت تجاری از مواد اولیه کربن دار تهیه می‌شود که در زیر به آنها اشاره شده است.

زغال سنگ، لیگنیت (زغال سنگ قهوه‌ای)، زغال چوب، زغال سنگ آنتراسیت، کربن سیاه (دوده)، زغال سنگ قیری، کربیدهای فلزی، زائدات محتوی حاصل از فاضلاب، خاکستر، پلی وینیل کلراید، زائدات سایر پلیمرها و…

از میان مواد اولیه نام برده در بالا که تاکنون بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن فعال داشته اند، زغال‌های سخت بیشترین کاربرد را در تولید تجاری کربن فعال داشته اند، زغال‌های سخت بیشترین سهم را به خود اختصاص داده‌اند. در حال حاضر آنها ماده مناسب برای تولید 60 درصد از کربن‌های فعال به حساب می‌آیند و نقش آنها بطور قابل ملاحظه‌ای از سال 1945 افزایش یافته است.

مشخصات فنی فیلترهای کربن اکتیو:

کارتریج فیلترها یا فیلترهای شمعی

کارتریج فیلترها یا فیلترهای شمعی نیز نوعی فیلترهای مکانیکی هستند که کاربردشان تنها در صنایع و جهت حذف ذرات مغناطیسی آهن در سیکل‌های آب و بخار می‌باشد. وقتی بویلرها مشغول بکار است و اکسیژن محلول در آب به دلیل افزایش درجه حرارت از آن خارج می‌شود آهن در روی سطح خودش با آب واکنش داده و تولید مگنیتیت سیاهرنگ (Fe3O4) می‌کند. اگر اکسیدهای دیگری از آهن نیز موجود باشد مثل (Fe2O3) آنها نیز در نتیجه واکنش با هیدرازین افزوده شده به سیستم احیاء شده و به مگنتیت تبدیل می‌شوند. در شرایط عادی لایه مگنتیت در سرتاسر لوله یکنواخت است و آهن را در مقابل اکسیژن مازاد محافظت می‌کند. در مدت توقف باید به کمک یک جریان بخار و بالا نگهداشتن مقدار هیدرازین از ورود اکسیژن و اثرات مخرب آن ممانعت بعمل آورد تا لایه مگنتیت از بین نرود. اما خوردگی پروسه‌ای است غیر قابل پیش‌گیری و تنها با اعمال روش‌های شیمیایی مختلف می‌توان سرعت آنرا کم و کمتر نمود. وجود اکسیدهای آهن علاوه بر اینکه میزان خوردگی را افزایش می‌دهد ممکن است همراه با مواد دیگر در بویلر ته‌نشین شده و از انتقال حرارت در دیگ‌های بخار جلوگیری کند که این خود سبب بالا رفتن درجه حرارت لوله‌های بویلر و نهایتاً آسیب آنها می‌گردد و استفاده از کارتریج فیلترها در حالت عادی تنها به علت حذف همین ذرات ریز و معلق اکسیدهای آهن موجود در سیکل آب و بخار می‌باشد. اما استفاده از آنها در سیستم آب و بخار دلیل دیگری نیز دارد که عبارت است از حذف یا کاهش ناخالصی‌های دیگری که از طریق منابع زیر وارد سیکل می‌شوند:

  1. مواد جامدی که احتمالاً از طریق makeup وارد سیستم می‌گردد. 
  2. ناخالصی‌های غیر محلولی که در اثر نشست از لوله‌های سیستم خنک‌کن به سیکل وارد می‌شوند (خصوصاً به هنگام شکستن یکی از این لوله‌ها) 
  3. ناخالصی‌های حاصل از راه‌اندازی و اسید‌شویی و تغییرات ناگهانی بار اما کارتریج فیلترها از تعدادی لوله‌های توخالی پلاستیکی تشکیل شده‌اند که این لوله‌ها از بیرون توسط پشم مصنوعی با منافذ بسیار ریز پوشیده شده و می‌توانند در ابتدای کار تا 100% آب در گردش را از ذرات بسیار ریز و در حد چند میکرون و نیز اکسیدهای آهن آن را جذب نماید.
نحوه بهره‌برداری از کارتریج فیلترها در تصفیه آب

مسیر بهره‌برداری در کارتریج فیلترها از پایین به بالا می‌باشد. آب از پایین وارد کارتریج فیلتر که یک محفظه بزرگ فلزی است شده و پس از عبور از روی لوله‌های پوشیده شده از الیاف و حذف اکسیدهای آهن نامحلول از بالای محفظه فوق خارج می‌شود. بدین شکل که ابتدا آب وارد یک کانال مشترک یا مرکزی گشته سپس تقسیم شده و از سطح الیاف‌ها عبور کرده و پس از جذب اکسیدها بر روی آنها آب به داخل لوله‌های پلاستیکی وارد شده و نهایتاً وارد کانال مشترک خروجی می‌گردد.

در هر فیلتر بسته به فلوی آب ورودی مقدار متفاوتی از این لوله‌ها وجود دارد که این تعداد تا 200 لوله در بعضی از کارتریج فیلترها می‌رسد و مهم‌تر اینکه همیشه 2 سری از این نوع فیلترها در یک سیستم تصفیه آب می‌بایست وجود داشته باشد که بصورت موازی در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند تا در هنگام نیاز به شستشوی، دیگری قابل استفاده باشد.

نحوه ششستشوی کارتریج فیلترها

معمولاً زمان شستشوی این فیلترها بر اساس اختلاف فشار بین آب ورودی و خروجی از فیلتر مشخص می‌شود (ΔP) و برای هر فیلتر با توجه به دستورالعمل سازنده آن ΔPkg/cm2  1.5 می‌باشد. پس از رسیدن به این اختلاف فشار فیلتر از مدار خارج شده و توسط شستشوی معکوس با آب و هوای فشرده مجدداً قابل استفاده می‌شود. بدین ترتیب که پس از خارج کردن فیلتر از مدار ابتدا آن را تا نیمه از آب بی‌یون (تصفیه شده) پر نموده سپس توسط هوای فشرده آن را تا فشارkg/cm2 4.5 رسانده و سپس توسط پمپ‌های شستشو(wash weter pump) این فشار به حداکثرkg/cm2 6-5.5 می‌رسانیم و بلافاصله آنرا تخلیه می‌نمایم. طبق دستورالعمل سازنده فشار از 6 بار به هیچ وجه بالاتر نباید برود معمولاً با انجام یک مرتبه اختلاف فشار به مقدار زیادی کاهش پیدا می‌کند در غیر اینصورت خصوصاً به هنگام راه‌اندازی ممکن است نیاز باشد تا این عمل چندین مرتبه دیگر تکرار شود. در صورتیکه این عمل ﻣﺆثر واقع نشود نشانگر آن است که این فیلتر بر اثر مرور زمان کارارایی خود را از دست داده و می‌بایست برای حفاظت سیستم هرچه زودتر الیاف‌های داخل آن تعویض گردد.

صافی‌ها

 صافی‌ها را از نقطه نظر سرعت کارشان یعنی سرعت جریان آب در درون ماسه به دو دسته کند و تند تقسیم می‌کنند:

الف) صافی‌های کند: از خواص این نوع صافی‌ها همانطور که از نامشان پیداست همانا کمی سرعت جریان آب در درون ماسه آنها می‌باشدکه مقدارش m/h 0.05 تا 0.5 (بطور متوسط  m/h0.1 تا 0.2) است. افت حاصله در قشر ماسه بسته به مدت زمان کار صافی برابر 0.5 تا 1.5متر ارتفاع آب می‌باشد. ماسه مصرفی را معمولاً از جنس کوارتز (SiO296%) با قطرهای 0.2 تا 2 میلیمتر (مناسب‌ترین قطر 0.3 تا 0.4 میلیمتر) وکلفتی لایه ماسه فعال را 0.5 تا 1.2 متر انتخاب می‌کنند . قطر دانه‌های ﻣﺆثر ماسه برای صافی‌های تهیه‌کننده آب آشامیدنی ریزتر از صافی‌های تصفیه‌کننده آب کارخانجات می‌باشند.

ب) صافی‌های تند:  در این نوع صافی‌ها سرعت گذر جریان آب از داخل لایه ماسه بیشتر می‌باشد و اختلاف اصلی این گونه صافی‌ها با صافی‌های کند تنها در همین تفاوت سرعت عبور جریان آب از داخل لایه ماسه آنها و در نتیجه تفاوت در ضخامت لایه ماسه آنهاست. طبیعتاً چون در صافی‌های تند سرعت جریان آب در درون ماسه خیلی بیشتر از سرعت جریان آب در صافی‌های کند می‌باشد لذا عمل تصفیه آب در داخل آنها نسبت به صافی‌های کند خیلی کمتر انجام می‌شود به همین خاطر و با توجه به کیفیت مطلوب آب مورد نیاز می‌توان از یکی از این دو نوع استفاده نمود.

اختلاف اصلی این گونه صافی‌ها با صافی‌های کند، سرعت حرکت آب و راندمان تصفیه آنهاست. در این نوع صافی سرعت جریان آب در ماسه خیلی بیشتر است. به علاوه شکل شستشوی صافی‌های تند تنها با کمک جریان وارونه آب و هوای فشرده در ماسه انجام می‌پذیرد.

انواع صافی‌های تند

 صافی‌های تند به شکل‌های مختلف زیر وجود داشته و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  • صافی‌های تند و بدون فشار که خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:
    • الف) صافی‌های تند سرپوشیده و بدون فشار که سرپوشیده بودن آنها تنها برای جلوگیری از ورود گرد وغبار و اجسام موجود در محیط اطراف به درون صافی یا فیلتر می‌باشد که آنها هم بیشتر در محل‌هایی صورت می‌گیرد که احتمال وزش بادهای پر گرد و غبار وجود دارد.
    • ب) صافی‌های تند و سرپوشیده و تحت فشار (pressure filters)

در صافی‌هایی بدون فشار (موارد الف و ب)  سرعت آب در ماسه با توجه به میزان آلودگی آب مورد استفاده و میزان تصفیه مورد نیاز از (4-10) متر در ساعت انتخاب می‌گردد.

اما در صافی‌هایی تحت فشار سرعت آب بیشتر شده و به (20-15) متر در ساعت افزایش می‌یابد که در صورت نیاز می‌توان این سرعت را باز هم افزایش داده و تا 50 متر در ساعت نیز رساند.

به همین خاطر این نوع صافی‌های تحت فشار دارای قدرت تصفیه بیشتری نسبت به صافی‌های بدون فشار می‌باشند که تنها به علت مسائل اقتصادی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. صافی‌های تند سرپوشیده و تحت فشار خود به 2 شکل زیر وجود دارند:

  • الف) صافی‌های تند سرپوشیده و ایستاده یا عمودی
  • ب)صافی‌های تند سرپوشیده و خوابیده یا افقی

که بازده صافی‌های ایستاده یا عمودی به جهت آنکه عمل جذب ذرات یا همان تصفیه فیزیکی در تمام طول ارتفاع آنها انجام می‌گردد بیشتر بوده و بر صافی‌های افقی ترجیح داده می‌شوند. از نوع فیلترهای ایستاده تحت فشار در قسمت پیش‌تصفیه‌خانه نیروگاه نکا استفاده می‌گردد.

 

صافی‌ها برای تصفیه آب چند کار را همزمان انجام می‌دهند:

  • اول: تصفیه مکانیکی به صورت صاف کردن آب و گرفتن مواد کلوئیدی و الکل‌ها و انگل‌های موجود در آب شدت این کار بسته به بزرگی و کوچکی خلل و فرج لایه ماسه دارد.
  • دوم: در اثر خاصیت جذب سطحی دانه‌های ریز ماسه مواد کلوئیدی موجود در آب را به دور خود جمع می‌کند.
  • سوم: اکسیداسیون مستقیم مواد معدنی و آلی آب با کمک اکسیژن محلول در آب
  • چهار: کمک به رشد و تکثیر باکتری‌های هوازی که به صورت لایه لجن در روی ماسه‌ها نمودار می‌گردند.

در روزهای اول کار صافی‌ها به علت نبودن لایه لجن نام‌برده تصفیه با کمک باکتری‌ها رخ نمی‌دهد، ضمن اینکه اگر سرعت جریان آب در صافی زیاد باشد، عمل تصفیه با کمک باکتری‌ها ناچیز خواهد بود.

 

پایان بخش دوم

مطالعه بخش اول
Subscribe
Notify of
guest
2 Comments
جدیدترین
قدیمی ترین بیشترین رای
Inline Feedbacks
View all comments
H.Kh
H.Kh
2020-12-12 1:34 ق.ظ

سلام وقت بخیر
در رابطه با طراحی فیلتر پرس ممکن هست منبعی معرفی کنید که حاوی روابط و فرمول های طراحی باشد؟