Kum filtresi - Sand filter
Kum filtreleri , su arıtma su arıtma sürecinde bir adım olarak kullanılır .
Üç ana türü vardır; hızlı (yerçekimi) kum filtreleri , yukarı akışlı kum filtreleri ve yavaş kum filtreleri . Her üç yöntem de dünya çapında su endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır . İlk ikisi etkili bir şekilde çalışmak için flokülant kimyasallarının kullanılmasını gerektirirken, yavaş kum filtreleri % 90'dan>% 99'a (suşlara bağlı olarak) patojenlerin giderilmesiyle çok yüksek kalitede su, kimyasal yardıma ihtiyaç duymadan tat ve koku üretebilir . Kum filtreleri, su arıtma tesislerinde kullanılmasının yanı sıra, çoğu insan için mevcut olan malzemeleri kullandıkları için tekil evlerde su arıtma için de kullanılabilir.
Tarih
Filtre malzemeleri çok eski dönemlerde kullanımdayken ayırma tekniklerinin tarihi çok eskilere dayanmaktadır. Katı ve sıvı malzemeleri ayıran eleme kaplarını doldurmak için akıntılar ve genista bitkileri kullanıldı. Mısırlılar ayrıca içme suyunu, şarabı ve diğer sıvıları filtrelemek için gözenekli kil kaplar kullandılar.
Kum yatağı filtreleme konsepti
.jpg)
Kum yatağı filtresi, bir tür derinlik filtresidir . Genel olarak, partikül katıları sıvılardan ayırmak için iki tür filtre vardır :
- Partiküllerin geçirgen bir yüzeyde yakalandığı yüzey filtreleri
- Parçacıkların gözenekli bir malzeme gövdesi içinde yakalandığı derinlik filtreleri.
Ayrıca çökeltme tankları , kendi kendini temizleyen elek filtreler, hidrosiklonlar ve santrifüjler gibi katı-sıvı ayrışmasına neden olan pasif ve aktif cihazlar bulunmaktadır .
Bazıları lifli malzeme kullanan ve diğerleri granüler malzemeler kullanan birkaç çeşit derinlik filtresi vardır . Kum yatağı filtreleri, granüler gevşek ortam derinliği filtresine bir örnektir. Genellikle küçük miktarlarda (milyonda <10 parça veya <10 g / metre küp) ince katıları (<100 mikrometre) sulu çözeltilerden ayırmak için kullanılırlar. Ek olarak, katıları değerli bir malzeme olarak yakalamaktan ziyade sıvıyı saflaştırmak için kullanılırlar. Bu nedenle kullanımlarının çoğunu sıvı atık ( atık su ) arıtımında bulurlar .
Partikül katıları yakalama mekanizmaları
Kum yatağı filtreleri, parçacıklı katıların bir kum tanesi yüzeyinde yakalanması için birçok fırsat sağlayarak çalışır. Sıvı gözenekli kumun içinden dolambaçlı bir yol boyunca akarken, parçacıklar kum taneciklerine yaklaşır. Birkaç mekanizmadan biriyle yakalanabilirler:
- Doğrudan çarpışma
- Van der Waals veya Londra kuvvet cazibe merkezi
- Yüzey yükü çekimi
- Difüzyon
Ek olarak, kumun yüzey yükü parçacık halindeki katınınki ile aynı işarete (pozitif veya negatif) sahipse , parçacıklı katıların yüzey yükünün itilmesi ile yakalanması önlenebilir . Ayrıca, yatak içinde daha büyük bir derinlikte yeniden yakalanabilmelerine rağmen, yakalanan partiküllerin yerinden çıkarılması mümkündür. Son olarak, halihazırda partikül katı maddelerle kirlenmiş bir kum tanesi daha çekici hale gelebilir veya ilave partikül katıları itebilir. Bu, partikülat kum tanesine yapışarak yüzey yükünü kaybederse ve ek partiküller için çekici hale gelirse veya tam tersi ve yüzey yükü tutulursa, kum taneciklerinden daha fazla partikül iter.
Bazı uygulamalarda, partikül katıların yakalanabilmesini sağlamak için bir kum yatağına akan atık sıvının ön işleme tabi tutulması gerekir. Bu, birkaç yöntemden biriyle sağlanabilir:
- PH'ı değiştirerek partikül ve kum üzerindeki yüzey yükünün ayarlanması
- Pıhtılaşma - küçük, yüksek yüklü katyonların eklenmesi (genellikle alüminyum 3+ veya kalsiyum 2+ kullanılır)
- Flokülasyon - partikül katılar arasında (onları büyütür) veya partikül katılar ile kum arasında bir köprü oluşturan küçük miktarlarda yük polimer zincirlerinin eklenmesi.
İşletim rejimleri
Yukarı doğru akan sıvılarla veya aşağı doğru akan sıvılarla çalıştırılabilirler, ikincisi çok daha olağandır. Aşağı doğru akan cihazlar için sıvı, basınç altında veya tek başına yerçekimi ile akabilir. Basınçlı kum yataklı filtreler, endüstriyel uygulamalarda kullanılma eğilimindedir ve genellikle hızlı kum yatağı filtreleri olarak anılır. İçme suyu başta olmak üzere su arıtmada yerçekimi beslemeli üniteler kullanılmaktadır ve bu filtreler gelişmekte olan ülkelerde geniş kullanım alanı bulmuştur (yavaş kum filtreleri).
Genel olarak, birkaç kum yatağı filtresi kategorisi vardır:
- hızlı (yerçekimi) kum filtreleri
- hızlı (basınçlı) kum yataklı filtreler
- yukarı akış kum filtreleri
- yavaş kum filtreleri
Çizim, hızlı basınçlı kum filtresinin genel yapısını göstermektedir. Filtre kumu haznenin çoğu alanını kaplar. Ya bir nozul tabanına ya da filtrelenmiş suyun çıkmasına izin veren bir drenaj sisteminin üstüne oturur. Ön arıtılmış ham su, üst kısımdaki filtre odasına girer, filtre ortamından akar ve atık su, alt kısımdaki drenaj sisteminden akar. Büyük proses tesislerinde ayrıca ham suyu filtreye eşit olarak dağıtmak için uygulanan bir sistem vardır. Ek olarak, hava akışını kontrol eden bir dağıtım sistemi genellikle dahil edilir. Sabit bir hava ve su dağılımına izin verir ve belirli alanlarda çok yüksek su akışını önler. Sık sık geri yıkama nedeniyle tipik bir tane dağılımı ortaya çıkar. Kum tabakasının üst kısmında daha küçük çaplı taneler, alt kısımlarda ise iri taneler hakimdir.
Bir filtrenin işlevselliğini etkileyen iki süreç olgunlaşma ve yenilenmedir.
Yeni bir filtre çalışmasının başlangıcında, filtre verimliliği ortamda yakalanan partikül sayısı ile aynı anda artar. Bu işleme filtre olgunlaştırma adı verilir. Filtrenin olgunlaşması sırasında, atık su kalite kriterlerini karşılamayabilir ve tesisteki önceki adımlarda yeniden enjekte edilmelidir. Rejenerasyon yöntemleri, filtre ortamının yeniden kullanımına izin verir. Filtre yatağından biriken katılar çıkarılır. Geri yıkama sırasında su (ve hava) filtre sisteminden geriye doğru pompalanır. Geri yıkama suyu, filtre işleminin önünde kısmen yeniden enjekte edilebilir ve oluşan kanalizasyonun atılması gerekir. Geri yıkama süresi, ya filtrenin arkasındaki belirli bir eşiği aşmaması gereken bulanıklık değeriyle ya da filtre ortamı boyunca belirli bir değeri aşmaması gereken yük kaybı ile belirlenir.
Hızlı basınçlı kum yatağı filtre tasarımı
Daha küçük kum taneleri, daha fazla yüzey alanı ve dolayısıyla giriş suyunun daha yüksek bir dekontaminasyonunu sağlar, ancak aynı zamanda sıvıyı yataktan geçirmek için daha fazla pompalama enerjisi gerektirir. Bir uzlaşma, çoğu hızlı basınçlı kum yatağı filtresinin 0,6 ila 1,2 mm aralığındaki tahılları kullanmasıdır, ancak özel uygulamalar için başka boyutlar da belirtilebilir. Daha büyük besleme parçacıkları (> 100 mikrometre) yatağın gözeneklerini tıkama ve onu hızla körleşen bir yüzey filtresine dönüştürme eğiliminde olacaktır. Bu sorunun üstesinden gelmek için daha büyük kum taneleri kullanılabilir, ancak beslemede önemli miktarlarda büyük katı maddeler varsa, bunların çökeltme gibi bir işlemle kum yatağı filtresinin yukarı akışında çıkarılması gerekir.
Kum yatağının derinliğinin, uygulamaya bakılmaksızın yaklaşık 0,6-1,8 m (2-6 ft) olması önerilir. Bu, aşağıda tartışılan maksimum verimle bağlantılıdır.
Hızlı kum yatağı filtresi tasarımına Rehberlik da 9 m maksimum akış oranı ile çalıştırılan gerektiğini göstermektedir 3 / m 2 / saat (220 ABD gal / ft 2 / saat). Gerekli iş hacmi ve maksimum akış hızı kullanılarak, yatağın gerekli alanı hesaplanabilir.
Son kilit tasarım noktası, sıvının yatak boyunca düzgün bir şekilde dağıldığından ve kumun yıkanıp filtrenin tehlikeye atılabileceği tercih edilen sıvı yollarının olmadığından emin olmaktır.
Hızlı basınçlı kum yataklı filtreler tipik olarak 2 ila 5 bar (a) (28 ila 70 psi (a)) besleme basıncıyla çalıştırılır. Temiz bir kum yatağı boyunca basınç düşüşü genellikle çok düşüktür. Yatakta partikül katılar yakalandıkça oluşur. Parçacık katılar derinlikle aynı şekilde yakalanmazlar, daha fazlası, katlanarak konsantrasyon gradyanının azalmasıyla birlikte yatakla daha yukarılarda yakalanır.
Bu filtre türü, çok küçük boyutlara kadar parçacıkları yakalayacaktır ve parçacıkların her zaman altından geçeceği gerçek bir kesme boyutuna sahip değildir. Filtrenin partikül boyutu-verimlilik eğrisinin şekli, en küçük ve en büyük partiküller için yüksek partikül yakalama oranlarına sahip bir U-şeklidir ve orta büyüklükteki partiküller için aralarında bir dalma vardır.
Partiküllü katıların birikmesi, belirli bir akış hızı için yatak boyunca kaybedilen basınçta bir artışa neden olur. Yerçekimi beslemeli bir yatak için mevcut basınç sabit olduğunda, akış hızı düşecektir. Basınç kaybı veya akış kabul edilemez olduğunda ve filtre artık etkili bir şekilde çalışmadığında, biriken parçacıkları gidermek için yatak ters yıkanır. Basınçlı hızlı kum yatağı filtresi için bu, basınç düşüşü yaklaşık 0,5 bar olduğunda meydana gelir. Geri yıkama sıvısı, akışkanlaşana ve yaklaşık% 30'a kadar genişleyene kadar yatağın içinden geriye doğru pompalanır (kum taneleri karışmaya başlar ve birbirine sürtündükçe parçacıklı katıları uzaklaştırır). Daha küçük parçacıklı katılar, geri yıkama sıvısı ile yıkanır ve genellikle bir çökeltme tankında tutulur. Yatağın akışkanlaştırılması için gerekli olan sıvı akışını, tipik olarak 3-10 m 3 / m 2 kadar (bir kaç dakika) aday / saat değil. Geri yıkama işleminde az miktarda kum kaybolabilir ve yatağın periyodik olarak doldurulması gerekebilir.
Yavaş kum filtresi tasarımı
Başlığın da belirttiği gibi, yavaş kum filtresinde filtrasyon hızı değiştirilir , ancak yavaş ve hızlı kum filtresi arasındaki en büyük fark, sisteme mikrobiyal topluluklar dahil edildiğinden kumun üst katmanının biyolojik olarak aktif olmasıdır. Filtrenin önerilen ve olağan derinliği 0,9 ila 1,5 metredir. Operasyonun başlamasından itibaren 10–20 gün içinde mikrobiyal tabaka oluşur. Filtreleme işlemi sırasında, ham su gözenekli kum ortamından süzülerek organik materyali, bakterileri, virüsleri ve Giardia ve Cryptosporidium gibi kistleri durdurup hapsedebilir . Yavaş kum filtreleri için rejenerasyon prosedürüne kazıma denir ve filtredeki kurumuş partikülleri mekanik olarak çıkarmak için kullanılır. Bununla birlikte, bu işlem, bireysel sisteme bağlı olarak su altında da yapılabilir. Arıtılmakta olan su için bir başka sınırlayıcı faktör , 10 NTU (Nefelometrik Bulanıklık Birimi) olarak tanımlanan yavaş kum filtreleri için olan bulanıklıktır . Yavaş kum filtreleri, filtreleme herhangi bir kimyasal madde kullanmadığından ve çok az mekanik yardım gerektirdiğinden veya hiç gerektirmediğinden, sınırlı bütçeli işlemler için iyi bir seçenektir. Bununla birlikte, topluluklarda sürekli artan nüfus nedeniyle, çoğunlukla çalışma süresinin uzunluğu nedeniyle, hızlı kum filtreleri için yavaş kum filtreleri değiştirilmektedir.
Hızlı ve yavaş kum filtrelerinin özellikleri
| Özellikler | Hızlı kum filtresi | Yavaş kum filtresi |
|---|---|---|
| Filtrasyon hızı [m / h] | 5–15 | 0,08–0,25 |
| Etkin ortam boyutu [mm] | 0.5–1.2 | 0,15–0,30 |
| Yatak derinliği [m] | 0.6–1.9 | 0.9–1.5 |
| Koşu mesafesi | 1-4 gün | 1-6 ay |
| Olgunlaşma dönemi | 15 dk - 2 saat | Birkaç gün |
| Rejenerasyon yöntemi | Geri yıkama | Kazıma |
| Maksimum ham su bulanıklığı | Uygun ön işlem ile sınırsız | 10 NTU |
Karışık yatak filtreleri
Filtreler, karışık yataklı filtreler adı verilen farklı katmanlarla oluşturulabilir. Kum, yaygın bir filtre malzemesidir, ancak antrasit, granül aktif karbon (GAC), granat ve ilmenit de yaygın filtre malzemeleridir. Antrasit daha sert bir malzemedir ve diğer kömürlere göre daha az uçuculuğa sahiptir. İlmenit ve granat kuma göre ağırdır. Granat, çeşitli minerallerden oluşur ve kırmızı bir renge neden olur. İlmenit, bir demir ve titanyum oksittir. GAC, aynı anda adsorpsiyon ve filtrasyon sürecinde kullanılabilir. Bu malzemeler hem tek başlarına hem de diğer ortamlarla birlikte kullanılabilir. Farklı kombinasyonlar, farklı filtre sınıflandırması verir. Monomedia, genellikle kumdan oluşan tek katmanlı bir filtredir ve bugün yerini daha yeni teknolojiye bırakmaktadır. Derin yataklı monomedya ayrıca antrasit veya GAC'den oluşan tek katmanlı bir filtredir. Derin yataklı monomedya filtresi, tutarlı bir su kalitesi olduğunda kullanılır ve bu daha uzun bir çalışma süresi sağlar. Çift ortam (iki katmanlı) genellikle altta bir kum tabakası ve üstte bir antrasit veya GAC tabakası içerir. Trimedya veya karışık medya, üç katmanlı bir filtredir. Trimedia genellikle alt katmanda granat veya ilmenit, ortada kum ve üstte antrasit içerir.
Su arıtmada kullanım alanları
Tüm bu yöntemler dünya çapında su endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yukarıdaki listedeki ilk üç madde, etkili bir şekilde çalışması için topaklaştırıcı kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Yavaş kum filtreleri, kimyasal yardımcılar kullanılmadan yüksek kaliteli su üretir.
Geçme floküle üzerinden hızlı bir yerçekimi kum filtre suşları ile su floc sayısının azaltılması ve bunun içinde kalmış parçacıklar bakteri ve katıların en çıkarılması. Filtrenin ortamı çeşitli derecelerde kumdur . Tat ve kokunun bir sorun olabileceği durumlarda (organoleptik etkiler), kum filtresi bu tür tat ve kokuyu gidermek için bir aktif karbon tabakası içerebilir .
Kum filtreleri, bir süre kullanıldıktan sonra topaklanma ile tıkanır veya biyolojik olarak tıkanır . Yavaş kum filtreleri daha sonra kazınırken (yukarıya bakın) hızlı kum filtreleri geri yıkanır veya topaklanmayı gidermek için basınçlı yıkanır. Bu geri yıkama suyu çökeltme tanklarına akıtılır, böylece topak çökelebilir ve daha sonra atık malzeme olarak bertaraf edilir. Süpernatan su daha sonra arıtma işlemine geri döndürülür veya atık su akışı olarak atılır. Bazı ülkelerde çamur, toprak düzenleyici olarak kullanılabilir . Yetersiz filtre bakımı, ara sıra içme suyu kirlenmesine neden olmuştur.
Kum filtreleri ara sıra atık su arıtımında son cilalama aşaması olarak kullanılır. Bu filtrelerde kum trans malzeme ve bakteri süspanse arta kalan ve da dahil olmak üzere azot içeren bir madde, bakteri ayrışma için bir fiziksel matris sağlar amonyak ve nitratlar içine, azot gazı.
Filtreleme işlemi (özellikle yavaş kum filtrasyonu ile) kendi içinde birçok arıtma fonksiyonunu birleştirdiğinden, kum filtreleri en kullanışlı arıtma proseslerinden biridir.
Başvuru sürecindeki zorluklar
Su arıtma sürecinde, uygun şekilde tedavi edilmezse ciddi sorunlara neden olabilecek belirli faktörlerin farkında olunmalıdır. Filtrenin olgunlaştırılması ve ters yıkama gibi yukarıda bahsedilen işlemler sadece su kalitesini değil, aynı zamanda tam arıtma için gereken süreyi de etkiler. Geri yıkama aynı zamanda atık suyun hacmini de azaltır. Örneğin bir topluluğa belirli miktarda su ulaştırılması gerekiyorsa, bu su kaybının dikkate alınması gerekir. Ek olarak, geri yıkama atığının işlenmesi veya uygun şekilde atılması gerekir. Kimyasal açıdan, değişen ham su kaliteleri ve sıcaklık etkisindeki değişiklikler, zaten tesisin girişinde, arıtma işleminin verimliliği.
Kum filtrelerinin yapımında kullanılan modellerle ilgili önemli ölçüde belirsizlik söz konusudur. Bu, tüm tahılların küresel olması gibi yapılması gereken matematiksel varsayımlardan kaynaklanmaktadır. Küresel şekil, küresel ve küresel olmayan tanecikler için çap farklı olduğundan boyutun yorumlanmasını etkiler. Tane içindeki tanelerin paketlenmesi de tanelerin şekline bağlıdır. Bu daha sonra gözenekliliği ve hidrolik akışı etkiler.