Филтрите, като основни съоръжения в областта на пречистването на водата, се използват широко в различни пречиствателни станции, пречистване на промишлени отпадъчни води, пречистване на питейна вода и други сценарии. При действителна употреба обаче филтрите често имат лоша производителност, като бавна скорост на филтриране, лесно запушване на филтърната среда, слаб ефект на обратно промиване, малък капацитет за пречистване, нестабилно качество на отпадъчните води и дори може да доведе до не-съответствие със стандартите за заустване или вторично замърсяване. Тези проблеми не само засягат ефективността на лечението, но също така увеличават оперативните разходи и трудностите при поддръжката. Следователно е необходимо да се проучат начини за подобряване на производителността на филтъра, за да се гарантира неговата стабилна и ефективна работа. Тази статия споделя начини за подобряване на работата на филтъра за професионалистите по пречистване на вода.
I. Тесни места на едно-слойни филтърни медии
Традиционните еднослойни-пясъчни филтри използват главно кварцов пясък като филтърна среда, като размерът на частиците е проектиран да нараства постепенно отгоре надолу (фин отгоре, груб отдолу). Повърхностно изглежда, че това филтрира примесите слой по слой, но при реална работа често възникват проблеми. Капацитетът за-задържане на мръсотия на филтъра е ключова мярка за ефективност, отнасяща се до количеството примеси, задържани на единица обем филтърна среда (единица: kg/m³ или g/cm²). Силният-капацитет за задържане на мръсотия означава, че филтърният слой играе важна роля, което води до висока ефективност на филтриране, дълъг работен цикъл и голям капацитет за пречистване на водата. Въпреки това разпределението на примесите, уловени в един слой филтърна среда, е изключително неравномерно: повърхността (горният слой) натрупва най-много примеси, като намалява по-надолу, като почти не се улавят под 30 cm. Това причинява загуба на напор (съпротивление на потока) да се концентрира главно в повърхностния слой, което значително съкращава цикъла на филтриране и често води до запушване в рамките на часове. Това е така, защото посоката на водния поток се изравнява с нарастващия размер на частиците, което води до бързо натрупване на примеси в горния слой. Ако размерът на частиците се промени, така че постепенно да намалява по посока на водния поток (от големи към малки), т.е. филтриране с „обратен размер на частиците“, примесите могат да бъдат равномерно разпределени, увеличавайки капацитета за-задържане на мръсотия, намалявайки загубата на напор, удължавайки работния цикъл и дори увеличавайки скоростта на филтриране.
II. Филтриране на възходящ поток
Конвенционалните филтърни среди имат по-фин размер на частиците в горната част и по-груб размер на частиците в долната част, като водата влиза отгоре и излиза отдолу. Филтрирането на възходящ поток поддържа същия размер на частиците, но обръща посоката на водния поток: водата влиза отдолу и излиза отгоре, образувайки режим на "обратен размер на частиците".
Предимствата на този дизайн са: равномерно разпределение на примесите във филтърния слой, подобрен капацитет-за задържане на мръсотия, по-бавно нарастване на съпротивлението на водния поток и удължен работен цикъл. Въпреки това е необходимо да се контролира скоростта на филтриране, тъй като високите скорости на филтриране могат да причинят разширяване на филтърния слой, загуба на фин пясък от горния слой и да повлияят на качеството на отпадъчните води. Следователно към повърхностния слой трябва да се добави мрежа или решетка за защита. Въпреки че този метод има предимството на обратното разпределение на размера на частиците, той страда от проблеми като ограничено разширение на филтърния слой по време на обратно промиване, трудности при отстраняване на утайката и непълно отстраняване на утайката поради потока на водата за обратно промиване, който е подравнен с посоката на филтриране. Тези проблеми са трудни за пълно отстраняване, така че не се използва широко в практиката за пречистване на отпадъчни води.
III. Дву{1}}филтриране на потока
Недостатъчното обратно промиване при филтриране на възходящ поток доведе до разработването на дву-поточно филтриране на потока. Водата тече едновременно от дъното и горната част на филтърния резервоар и излиза от средата. Горният филтърен слой използва метод на низходящ поток, докато долният слой използва обратно разпределение на размера на частиците с възходящ поток, както е показано на диаграмата. Горната част стабилизира долната част, предотвратявайки прекомерното разширяване на филтърния слой. Този дизайн може да подобри капацитета за-задържане на мръсотията на филтърната среда и да удължи цикъла на филтриране. Въпреки това структурата на филтърния резервоар е сложна, работата е тромава и разходите за поддръжка са високи, така че рядко се използва на практика.
Докато горните два метода имат ограничения, те показват, че промяната на посоката на водния поток и разположението на филтърната среда може значително да подобри работата на филтъра.
IV. Дву{1}}слойна филтърна медия
Понастоящем най-популярният тип е двуслойната-филтрираща медия. Структурата му е подобна на едно-слойния модел, но съставът на филтърния слой е променен. Горният слой използва лека филтърна среда с ниско специфично тегло и голям размер на частиците; долният слой използва тежка филтърна среда с високо специфично тегло и малък размер на частиците. По време на обратно промиване, поради разликата в специфичното тегло, по-лекият носител е отгоре, а по-тежкият носител е отдолу, образувайки естествено двоен слой.
Размерът на частиците на всеки слой остава по-фин в горната част и по-груб в долната част, но средният размер на частиците на горния слой е по-голям от този на долния слой, постигайки цялостен обратен ефект на размера на частиците. Действителните измервания показват, че капацитетът за-задържане на мръсотия на дву-слойната филтърна среда е повече от два пъти по-голяма от едно-слойната среда. При същата скорост на филтриране цикълът на филтриране се удължава; и при същия цикъл на филтриране скоростта на филтриране може да се увеличи. Сравнителната крива на фигурата по-долу ясно отразява, че площта за-задържане на мръсотията на дву-слойната филтърна среда е много по-голяма от тази на едно-слойната филтърна среда, което показва, че капацитетът за-задържане на мръсотия се удвоява, когато дебелината на филтърния слой е същата. Ако качеството на входящата вода е постоянно, работният цикъл на дву-слойната филтърна среда е два пъти по-голяма от тази на едно-слойната филтърна среда.
Тази технология се използва широко в пречиствателни станции за отпадъчни води както в страната, така и в чужбина, със значителни резултати и е практичен начин за подобряване на ефективността на филтъра.
V. Много{1}}слойна филтърна среда
Много{0}}слойната филтърна среда обикновено се отнася до три слоя: горен слой от големи-частици, лек материал (като антрацит), среден слой от средни-частици, средна-плътност материал (като кварцов пясък) и долен слой от малки-частици, тежък материал (като гранат или гранулиран магнетит). Размерът на частиците намалява отгоре надолу, като напълно обръща разпределението на размера на частиците.
Този дизайн значително подобрява капацитета за{0}}задържане на мръсотията на филтърната среда, докато фината филтърна среда в долната част осигурява стабилно качество на отпадъчните води. Скоростта на филтриране може да бъде по-висока, отколкото при дву-слойните филтри. Когато мътността на отпадъчните води е ниска и качеството на водата е стабилно, може да се извърши директно филтриране (елиминиране на процеса на утаяване), за да се постигне първично пречистване. Понастоящем дву{5}}слойните и много-слойните филтри обикновено се използват за директно филтриране. За да се гарантира, че отпадъчните води отговарят на стандартите за изхвърляне или повторна употреба, могат да бъдат предварително-добавени филтриращи добавки с високо-молекулярно-тегло, като полиакриламид или активиран силициев диоксид. Директното филтриране опростява процеса и спестява инвестиции. Съставът и дебелината на филтърните слоеве трябва да се регулират според качеството на отпадъчните води, а скоростта на филтриране трябва да бъде ниска, приблизително 5 m/h. След тези процеси на предварителна обработка качеството на отпадните води като цяло отговаря на стандартите; някои се използват за промишлена повторна употреба, някои отговарят на изискванията за последващо третиране, а някои изискват допълнително усъвършенствано третиране.
Резюме
От недостатъците на едно-слойните филтърни среди, до вдъхновението от обратната филтрация на частиците и след това до еволюцията на възходящ поток, двупосочен поток, дву-слойни и много-слойни филтри, технологията за пречистване на отпадъчни води се развива към висока ефективност и ниска консумация. Тези подходи могат да подобрят-капацитета за задържане на мръсотия на филтърната среда, да удължат цикъла на филтриране, да оптимизират качеството на отпадъчните води и да допринесат за опазването на околната среда. На практика дву-слойните и много-слойните филтри са най-практичните-лесни за работа и висока-възвращаемост. В бъдеще, с напредъка в материалите и оптимизирания дизайн на разпределението на водата, филтрите ще станат още по-мощни.