Filtre, ako základné zariadenia v oblasti úpravy vody, sú široko používané v rôznych čističkách odpadových vôd, čistení priemyselných odpadových vôd, čistení pitnej vody a iných scenároch. Pri skutočnom používaní však filtre často vykazujú slabý výkon, ako je pomalá rýchlosť filtrácie, ľahké upchávanie filtračného média, slabý spätný preplach, malá kapacita čistenia, nestabilná kvalita odpadovej vody a môže dokonca viesť k -dodržiavaniu noriem vypúšťania alebo sekundárnemu znečisteniu. Tieto problémy ovplyvňujú nielen účinnosť úpravy, ale zvyšujú aj prevádzkové náklady a náročnosť údržby. Preto je potrebné preskúmať spôsoby, ako zlepšiť výkon filtra, aby sa zabezpečila jeho stabilná a efektívna prevádzka. Tento článok uvádza spôsoby, ako zlepšiť výkon filtra pre profesionálov na úpravu vody.
I. Úzke miesta jednovrstvových filtračných médií-
Tradičné jednovrstvové pieskové filtre používajú ako filtračné médium najmä kremenný piesok s veľkosťou častíc, ktorá sa postupne zväčšuje zhora nadol (jemné navrchu, hrubé naspodku). Na prvý pohľad sa zdá, že to filtruje nečistoty vrstvu po vrstve, ale v skutočnej prevádzke často vznikajú problémy. Schopnosť filtra zadržiavať nečistoty-je kľúčovým meradlom výkonu, čo sa týka množstva nečistôt zadržaných na jednotku objemu filtračného média (jednotka: kg/m³ alebo g/cm²). Silná schopnosť zachytávať nečistoty- znamená, že vrstva filtra zohráva významnú úlohu, čo vedie k vysokej účinnosti filtrácie, dlhému pracovnému cyklu a veľkej kapacite úpravy vody. Distribúcia nečistôt zachytených v jedinej vrstve filtračného média je však extrémne nerovnomerná: povrch (horná vrstva) hromadí najviac nečistôt a ďalej klesá, pričom pod 30 cm sa takmer vôbec nezachytáva. To spôsobuje, že strata hlavy (prietokový odpor) sa koncentruje hlavne v povrchovej vrstve, čo výrazne skracuje filtračný cyklus a často vedie k upchatiu v priebehu niekoľkých hodín. Je to preto, že smer prúdenia vody je v súlade so zvyšujúcou sa veľkosťou častíc, čo spôsobuje rýchle hromadenie nečistôt v hornej vrstve. Ak sa veľkosť častíc zmení tak, aby sa postupne zmenšovala pozdĺž smeru toku vody (z veľkej na malú), tj filtrácia „obrátená veľkosť častíc“, nečistoty sa môžu rovnomerne rozložiť, čím sa zvýši kapacita zachytávania nečistôt, zníži sa strata hlavy, predĺži sa pracovný cyklus a dokonca sa zvýši rýchlosť filtrácie.
II. Filtrácia smerom nahor
Bežné filtračné médiá majú jemnejšiu veľkosť častíc v hornej časti a hrubšiu veľkosť častíc v spodnej časti, pričom voda vstupuje zhora a vystupuje zospodu. Filtrácia s tokom nahor zachováva rovnakú veľkosť častíc, ale obráti smer toku vody: voda vstupuje zdola a vystupuje zhora, čím sa vytvára režim „obrátenej veľkosti častíc“.
Výhody tohto dizajnu sú: rovnomerné rozloženie nečistôt vo filtračnej vrstve, lepšia schopnosť zachytávať nečistoty-, pomalší nárast odporu prúdenia vody a predĺžený pracovný cyklus. Je však potrebné kontrolovať rýchlosť filtrácie, pretože vysoká rýchlosť filtrácie môže spôsobiť expanziu filtračnej vrstvy, stratu jemného piesku z hornej vrstvy a ovplyvniť kvalitu odpadovej vody. Preto by sa na povrchovú vrstvu mala pridať sieťka alebo mriežka na ochranu. Hoci tento spôsob má výhodu reverznej distribúcie veľkosti častíc, trpí problémami, ako je obmedzená expanzia filtračnej vrstvy počas spätného preplachovania, ťažkosti pri odstraňovaní kalu a neúplné odstraňovanie kalu v dôsledku zosúladenia prietoku preplachovacej vody so smerom filtrácie. Tieto problémy je ťažké úplne odstrániť, preto sa v praxi čistenia odpadových vôd veľmi nepoužíva.
III. Dvojcestná filtrácia-
Nedostatočné spätné preplachovanie pri filtrácii s vzostupným prietokom viedlo k vývoju obojsmernej{0} filtrácie s prietokom. Voda prúdi súčasne zo spodnej a hornej časti filtračnej nádrže a von zo stredu. Horná vrstva filtra využíva metódu prúdenia smerom nadol, zatiaľ čo spodná vrstva využíva reverznú distribúciu veľkosti častíc s prúdením smerom nahor, ako je znázornené na diagrame. Horná časť stabilizuje spodnú časť, čím zabraňuje nadmernému rozťahovaniu filtračnej vrstvy. Tento dizajn môže zvýšiť kapacitu filtračného média-zadržiavať nečistoty a predĺžiť cyklus filtrácie. Konštrukcia filtračnej nádrže je však zložitá, prevádzka je ťažkopádna a náklady na údržbu sú vysoké, takže sa v praxi používa len zriedka.
Hoci vyššie uvedené dve metódy majú obmedzenia, demonštrujú, že zmena smeru prúdenia vody a rozloženia filtračného média môže výrazne zlepšiť výkon filtra.
IV. Dvojvrstvové filtračné médiá-
V súčasnosti je najpopulárnejším typom dvojvrstvové filtračné médium-. Jeho štruktúra je podobná modelu s jednou vrstvou-, ale zloženie vrstvy filtra je zmenené. Horná vrstva využíva ľahké filtračné médiá s nízkou špecifickou hmotnosťou a veľkou veľkosťou častíc; spodná vrstva využíva ťažké filtračné médiá s vysokou špecifickou hmotnosťou a malou veľkosťou častíc. Počas spätného preplachovania je kvôli rozdielu v špecifickej hmotnosti ľahšie médium navrchu a ťažšie médium dole, čím sa prirodzene vytvára dvojitá vrstva.
Veľkosť častíc každej vrstvy zostáva jemnejšia v hornej časti a hrubšia v spodnej časti, ale priemerná veľkosť častíc hornej vrstvy je väčšia ako veľkosť častíc spodnej vrstvy, čím sa dosiahne celkový efekt obrátenej veľkosti častíc. Skutočné merania ukazujú, že kapacita dvojvrstvových filtračných médií-zadržujúcich nečistoty je viac ako dvojnásobná v porovnaní s jednovrstvovými- médiami. Pri rovnakej rýchlosti filtrácie sa predĺži filtračný cyklus; a pri rovnakom filtračnom cykle sa môže zvýšiť rýchlosť filtrácie. Porovnávacia krivka na obrázku nižšie jasne ukazuje, že oblasť zachytávania nečistôt-dvojvrstvového-filtračného média je oveľa väčšia ako plocha jednovrstvového filtračného média-, čo naznačuje, že kapacita-zachytenia nečistôt sa zdvojnásobí, keď je hrúbka vrstvy filtra rovnaká. Ak je kvalita pritekajúcej vody konzistentná, pracovný cyklus dvojvrstvového filtračného média je dvakrát väčší ako pracovný cyklus jednovrstvového filtračného média.
Táto technológia je široko používaná v čistiarňach odpadových vôd na domácom aj medzinárodnom trhu s významnými výsledkami a je praktickým spôsobom na zlepšenie výkonu filtra.
V. Viac-vrstvové filtračné médiá
Viac{0}}vrstvové filtračné médium zvyčajne označuje tri vrstvy: horná vrstva veľkých-častíc, ľahký materiál (ako je antracit), stredná vrstva materiálu strednej-častíc, stredná-hustota (ako je kremenný piesok) a spodná vrstva malých-častíc, ťažký materiál (ako je granát alebo granulát). Veľkosť častíc sa znižuje zhora nadol, čím sa úplne obráti distribúcia veľkosti častíc.
Tento dizajn výrazne zlepšuje schopnosť filtračného média zachytávať nečistoty-, zatiaľ čo jemné filtračné médium v spodnej časti zaisťuje stabilnú kvalitu odpadovej vody. Rýchlosť filtrácie môže byť vyššia ako pri dvoj{2}}vrstvových filtroch. Keď je zákal odpadovej vody nízky a kvalita vody je stabilná, je možné vykonať priamu filtráciu (vylúčenie sedimentačného procesu), aby sa dosiahlo primárne čistenie. V súčasnosti sa na priamu filtráciu bežne používajú dvoj{5}}vrstvové a viac{6}}vrstvové filtre. Aby sa zaistilo, že odpadová voda spĺňa normy pre vypúšťanie alebo opätovné použitie, môžu sa vopred pridať pomocné prostriedky na filtrovanie s vysokou-molekulovou-hmotnosťou, ako je polyakrylamid alebo aktivovaný oxid kremičitý{10}}. Priama filtrácia zjednodušuje proces a šetrí investície. Zloženie a hrúbka filtračných vrstiev by mala byť prispôsobená kvalite odpadovej vody a rýchlosť filtrácie by mala byť nízka, približne 5 m/h. Po týchto procesoch predúpravy kvalita odpadovej vody vo všeobecnosti spĺňa normy; niektoré sa používajú na priemyselné opätovné použitie, niektoré spĺňajú požiadavky na následné spracovanie a niektoré vyžadujú ďalšiu pokročilú úpravu.
Zhrnutie
Od nedostatkov jednovrstvových filtračných médií, po inšpiráciu z reverznej filtrácie častíc a potom až po vývoj vzostupných, obojsmerných, dvojvrstvových a viacvrstvových filtrov, technológia čistenia odpadových vôd sa vyvíja smerom k vysokej účinnosti a nízkej spotrebe. Tieto prístupy môžu zlepšiť kapacitu filtračného média-zadržiavať nečistoty, predĺžiť cyklus filtrácie, optimalizovať kvalitu odpadovej vody a prispieť k ochrane životného prostredia. V praxi sú dvoj-vrstvové a viac{7}}vrstvové filtre najpraktickejšie-s jednoduchou obsluhou a vysokou-návratnosťou. V budúcnosti s pokrokom v materiáloch a optimalizovaným dizajnom rozvodu vody budú filtre ešte výkonnejšie.