A szűrőket, mint alapvető létesítményeket a vízkezelés területén, széles körben használják különféle szennyvíztisztító telepeken, ipari szennyvízkezelésben, ivóvíz tisztításában és más forgatókönyvekben. A tényleges használat során azonban a szűrők gyakran gyenge teljesítményt tapasztalnak, például lassú szűrési sebességet, a szűrőközeg könnyű eltömődését, gyenge visszamosási hatást, kis tisztítókapacitást, instabil szennyvízminőséget, és akár a kibocsátási szabványok be nem tartásához vagy másodlagos szennyezéshez is vezethetnek. Ezek a problémák nemcsak a kezelés hatékonyságát befolyásolják, hanem növelik a működési költségeket és a karbantartási nehézségeket is. Ezért meg kell vizsgálni a szűrő teljesítményének javításának módjait a stabil és hatékony működés biztosítása érdekében. Ez a cikk megosztja a szűrőteljesítmény javításának módjait a vízkezelő szakemberek számára.
I. Az egyrétegű-szűrőhordozók szűk keresztmetszete
A hagyományos egyrétegű{0}}homokszűrők főként kvarchomokot használnak szűrőközegként, amelynek részecskeméretét úgy tervezték, hogy fokozatosan nőjön fentről lefelé (finom felül, durva alul). Felületesen úgy tűnik, hogy ez rétegről rétegre szűri a szennyeződéseket, de a tényleges működés során gyakran adódnak problémák. A szűrő szennyeződés-megtartó képessége{3}}a teljesítmény kulcsfontosságú mérőszáma, amely a szűrőanyag egységnyi térfogatára jutó szennyeződések mennyiségére vonatkozik (egység: kg/m³ vagy g/cm²). Az erős szennyeződés{5}}megtartó képessége azt jelenti, hogy a szűrőréteg jelentős szerepet játszik, ami magas szűrési hatékonyságot, hosszú munkaciklust és nagy vízkezelési kapacitást eredményez. Az egyrétegű szűrőközegben megfogott szennyeződések eloszlása azonban rendkívül egyenetlen: a felületen (felső rétegben) halmozódik fel a legtöbb szennyeződés, lejjebb csökken, 30 cm alatt szinte egyáltalán nem. Emiatt a fejveszteség (áramlási ellenállás) főként a felületi rétegben koncentrálódik, jelentősen lerövidítve a szűrési ciklust, és gyakran órákon belül eltömődéshez vezet. Ennek az az oka, hogy a víz áramlási iránya igazodik a növekvő részecskemérethez, így a szennyeződések gyorsan felhalmozódnak a felső rétegben. Ha a részecskeméretet úgy változtatjuk meg, hogy fokozatosan csökkenjen a víz áramlási iránya mentén (nagyról kicsire), azaz "fordított részecskeméretű" szűrés, akkor a szennyeződések egyenletesen oszlanak el, növelve a szennyeződésmegtartó képességet, csökkentve a nyomásveszteséget, meghosszabbítva a munkaciklust és még a szűrési sebességet is.
II. Felfelé irányuló áramlási szűrés
A hagyományos szűrőközegek felül finomabb, alul durvább részecskeméretűek, a víz felülről jut be, és alulról távozik. A felfelé irányuló áramlású szűrés megtartja ugyanazt a részecskeméretet, de megfordítja a víz áramlási irányát: a víz alulról lép be és felülről távozik, így "fordított részecskeméret" módot alkot.
Ennek a kialakításnak az előnyei a következők: egyenletes szennyeződéseloszlás a szűrőrétegben, jobb szennyeződés--megtartó képesség, lassabb vízáramlási ellenállás növekedése és meghosszabbított munkaciklus. Szükséges azonban a szűrési sebesség szabályozása, mivel a nagy szűrési sebesség a szűrőréteg tágulását, a finom homok elvesztését okozhatja a felső rétegből, és befolyásolhatja a szennyvíz minőségét. Ezért a védelem érdekében hálót vagy rácsot kell hozzáadni a felületi réteghez. Bár ennek a módszernek az előnye a fordított részecskeméret-eloszlás, olyan problémákkal küzd, mint a szűrőréteg korlátozott tágulása a visszamosás során, az iszap eltávolításának nehézségei és a nem teljes iszapeltávolítás, mivel a visszamosó víz áramlása a szűrési irányhoz igazodik. Ezeket a problémákat nehéz teljesen kiküszöbölni, ezért a szennyvízkezelési gyakorlatban nem széles körben alkalmazzák.
III. Két-utas áramlási szűrés
A felfelé irányuló áramlású szűrés elégtelen visszamosása a két-irányú áramlású szűrés kifejlesztéséhez vezetett. A víz egyszerre folyik be a szűrőtartály aljáról és tetejéről, valamint a közepéről kifelé. A felső szűrőréteg lefelé irányuló áramlási módszert alkalmaz, míg az alsó réteg fordított részecskeméret-eloszlást használ felfelé irányuló áramlással, ahogy az a diagramon látható. A felső rész stabilizálja az alsó részt, megakadályozva a szűrőréteg túlzott kitágulását. Ez a kialakítás növelheti a szűrőanyag{5}}szennyeződés-megtartó képességét és meghosszabbíthatja a szűrési ciklust. A szűrőtartály szerkezete azonban bonyolult, üzemeltetése körülményes, a karbantartási költségek magasak, ezért a gyakorlatban ritkán használják.
Bár a fenti két módszernek vannak korlátai, azt mutatják, hogy a víz áramlási irányának és a szűrőanyag elrendezésének megváltoztatása jelentősen javíthatja a szűrő teljesítményét.
IV. Kettős-rétegű szűrőhordozó
Jelenleg a legnépszerűbb típus a kétrétegű{0}}szűrőhordozó. Felépítése hasonló az egyrétegű-modelléhez, de a szűrőréteg összetétele megváltozott. A felső réteg könnyű, kis fajsúlyú és nagy részecskeméretű szűrőanyagot használ; az alsó réteg nehéz, nagy fajsúlyú és kis részecskeméretű szűrőanyagot használ. A visszamosás során a fajsúlykülönbség miatt a könnyebb közeg felül, a nehezebb pedig alul van, természetesen kettős réteget képezve.
Az egyes rétegek szemcsemérete felül finomabb, alul durvább marad, de a felső réteg átlagos részecskemérete nagyobb, mint az alsó rétegé, így összességében fordított részecskeméret hatás érhető el. A tényleges mérések azt mutatják, hogy a kétrétegű-szűrőanyag szennyeződés-megtartó képessége több mint kétszerese az egyrétegű-hordozókénak. Ugyanazon szűrési sebesség mellett a szűrési ciklus meghosszabbodik; és ugyanazon szűrési ciklus mellett a szűrési sebesség növelhető. Az alábbi ábrán látható összehasonlítási görbe egyértelműen azt tükrözi, hogy a kétrétegű-szűrőanyag szennyeződés-tartó felülete sokkal nagyobb, mint az egyrétegű-szűrőanyagé, ami azt jelzi, hogy a szennyeződés-megtartó képesség megduplázódik, ha a szűrőréteg vastagsága megegyezik. Ha a befolyó víz minősége konzisztens, a kétrétegű{11}}szűrőközeg munkaciklusa kétszerese az egyrétegű szűrőanyagénak.
Ezt a technológiát széles körben alkalmazzák szennyvíztisztító telepeken belföldön és nemzetközileg is, jelentős eredménnyel, és praktikus módja a szűrőteljesítmény javításának.
V. Több-rétegű szűrőhordozó
A többrétegű szűrőanyag általában három rétegre utal: egy nagy-részecskékből álló, könnyű anyagból (például antracitból) álló felső rétegből, egy közepes-részecskéből, közepes sűrűségű anyagból (például kvarchomokból) és egy alsó rétegen, amely kis-részecskékből áll, például szemcsés mágneshálóból vagy nehéz anyagból. A részecskeméret felülről lefelé csökken, teljesen megfordítva a részecskeméret-eloszlást.
Ez a kialakítás jelentősen javítja a szűrőanyag szennyeződés{0}}megtartó képességét, míg az alján található finom szűrőanyag stabil kiömlési minőséget biztosít. A szűrési sebesség magasabb lehet, mint a kétrétegű-szűrők esetében. Ha a szennyvíz zavarossága alacsony és a víz minősége stabil, közvetlen szűrés végezhető (kiküszöbölve az ülepedési folyamatot) az elsődleges tisztítás elérése érdekében. Jelenleg a közvetlen szűréshez általában kétrétegű-és több-rétegű szűrőket használnak. Annak biztosítása érdekében, hogy a szennyvíz megfeleljen a kibocsátási vagy újrafelhasználási szabványoknak, nagy-molekuláris-tömegű szűrési segédanyagok, például poliakrilamid vagy aktivált szilícium-dioxid előre-adhatók hozzá. A közvetlen szűrés leegyszerűsíti a folyamatot és befektetést takarít meg. A szűrőrétegek összetételét és vastagságát a szennyvíz minőségéhez kell igazítani, a szűrési sebességnek alacsonynak, körülbelül 5 m/h-nak kell lennie. Ezen előkezelési eljárások után a szennyvíz minősége általában megfelel a szabványoknak; néhányat ipari újrafelhasználásra használnak, némelyik megfelel a későbbi kezelési követelményeknek, és néhány további fejlett kezelést igényel.
Összegzés
Az egyrétegű-szűrőanyag hiányosságaitól a fordított részecskeszűrés inspirációjáig, majd a feláramlás, a kétirányú áramlás, a két-rétegű és a több-rétegű szűrők fejlődéséig a szennyvízkezelési technológia a nagy hatékonyság és az alacsony fogyasztás irányába fejlődik. Ezek a megközelítések javíthatják a szűrőanyag-szennyeződés-megtartó képességét, meghosszabbíthatják a szűrési ciklust, optimalizálhatják a szennyvíz minőségét, és hozzájárulhatnak a környezetvédelemhez. A gyakorlatban a kétrétegű- és a több{7}}rétegű szűrők a legpraktikusabb,-könnyen kezelhetők és magas{9} hozamúak. A jövőben az anyagok fejlesztésével és az optimalizált vízelosztási kialakítással a szűrők még erősebbek lesznek.