چگونه عملکرد فیلتر شنی را بهبود ببخشیم؟

عملکرد فیلتر شنی به صورتی می باشد که ذرات معلق در آب (یا دیگر مایعات) با کمک لایه های شن و سیلیس موجود در بستر فیلتر به دام می اندازد. آب و یا مایعاتی كه مي بايست تصفيه شوند، از قسمت بالایی دستگاه وارد شده و پس از عبور از لايه هاي بستر صافي و انجام فرآيند زلال سازي، از قسمت پایینی فيلتر خارج مي شوند. ذرات حذف شده در لایه بالایی جمع می شوند و فشار بیشتری برای عبور آب از فیلتر شنی لازم است. برای جلوگیری از گرفتگی، پس از مدتی شستشوی معکوس انجام می دهیم. به این ترتیب ذرات حذف شده خارج می شوند و فیلتر می تواند دوباره استفاده شود. این شستشوی معکوس با معکوس کردن جهت جریان آب انجام می شود. با ما همراه باشید تا با عملکرد فیلتر شنی بیشتر آشنا شوید.

عملکرد فیلتر شنی چگونه است؟

عملکرد فیلتر شنی بدین صورت است که آب ورودی، از قسمت فوقانی دستگاه وارد شده و پس از عبور از لایه‌ های بستر صافی و انجام فرآیند زلال سازی، از قسمت زیرین فیلتر خارج می‌ شود. فیلتر شنی با فيلتراسيون فيزيكی آب سبب حذف ذرات معلق و کدورت موجود در آب می شود. فیلتر شنی به عنوان اولین مرحله تصفیه در دستگاه تصفیه آب صنعتی جهت حذف ذرات معلق موجود در آب تا قطر 50 ميكرون می باشد. این فیلترها، در واقع نوعی مخزن از جنس استیل،FRP و یا کربن استیل هستند که دارای یک شیر ورودی و یک خروجی و نازل هایی با پوشش شن و سیلیس می باشند. با عبور آب از بستر شنی، ذرات معلق موجود در آب بین ذرات شن و سیلیس گير افتاده و در نهایت آب خروجی آبی تمیز و تصفیه شده خواهد بود.

به طور کلی تصفیه آب با فیلتر شنی به صورت زیر می باشد:

• آب دارای املاح معلق جامد (آب ورودی) به وسیله پمپ های تغذیه (فشار 2 تا 5 بار) از شیر ورودی وارد مخزن می شود.
• در داخل مخزن نازل های پوشیده شده از شن و سیلیس در نظر گرفته شده است. به منظور جلوگیری از خوردگی نازل ها، پوشش شن و سیلیس بر روی نازل ها به ترتیب ابتدا دانه های درشت تر، سپس متوسط و در نهایت دانه های ریزتر قرار خواهند گرفت. عبور آب از نازل باعث میشود تا ذرات بزرگتر از 100 میکرون به دانه های شن و ماسه برخورد کنند و فقط آب بدون ذرات معلق بالای 100 میکرون از آن عبور می کند.
• آب بدون ذرات معلق جامد از شیر خروجی مخزن به بیرون از دستگاه منتقل شده و مورد استفاده قرار میگیرد.

نکته بسیار مهمی که در طراحی فیلتر شنی وجود دارد، نیرویی می باشد که باعث می شود آب از نازل عبور کند. بر همین اساس و با توجه به مقدار فشار وارد شده به آب برای عبور از فیلتر می توان فیلتر های شنی را در چند گروه کلی تقسیم بندی کرد:

عملکرد فیلتر شنی کند یا آرام (Slow Sand Filter)

فیلتر شنی کند بدون هیچگونه نیروی فشاری عمل می کند. عبور آب از بستر شنی با سرعت کاملا طبیعی و آرام در فضایی با مساحت یک متر مربع، در یک شبانه روز حدودا سه متر مکعب آب تصفیه شده خروجی می دهد. با توجه به سرعت بسیار کم، این نوع از فیلتر ها بیشتر برای محیط های صنعتی و خانگی کاربرد دارند که آب مورد نیاز تصفیه شده در آنها کم باشد. به عنوان مثال در تصفیه خانه های شبکه های آب روستایی این نوع فیلتر شنی می تواند گزینه مناسب و مقرون به صرفه به شمار رود.

قدیمی ترین نوع صافی شنی، فیلتر شنی کند می باشد. این مدل نسبت به مدل های امروزی بسیار کند عمل می کند و  علت نام گذاری آن نیز به همین دلیل است. معمولاً افت فشار در این فیلتر شنی کم است و نگهداری از آن بسیار راحت‌تر از سایر مدل ها می‌باشد. از فیلتر شنی کند اغلب در خانه‌های مسکونی استفاده می‌شود.

عملکرد فیلتر شنی تند ثقلی (Rapid Sand Gravity Filter)

فیلتر های شنی تند ثقلی شباهت بسیار زیادی با نوع کند یا آرام دارند و تنها تفاوت آنها در مساحت بستر شنی می باشد که آب از آن عبور می کند. برای عبور آب با فشار و سرعت بالاتر، بستر پوشیده شده از شن و سیلیس کم و حدود 40 تا 100 متر مربع در نظر گرفته می شود.

در نوع فیلتر شنی آرام مساحت بستر شن حدود 300 تا 800 متر مربع در نظر گرفته میشد. از مزایای این روش می توان به سرعت تصفیه بالاتر نسبت به نوع کند اشاره نمود. البته لازم به ذکر است که چون آب از بستر کوچکی از شن و ماسه عبور می کند، در نتیجه سرعت کثیف شدن بستر شنی بیشتر می شود و در نتیجه به شستشوی بیشتری نسبت به نوع کند نیاز دارد.

از نظر ظاهری شبیه اجزای فیلتر شنی کند است، اما افت فشار بیشتری نسبت به آن دارد. نگهداری و استهلاک فیلتر شنی ثقلی تند، کمی بیشتر است، اما سرعت تصفیه بالاتری دارند. از صافی شنی ثقلی تند در تصفیه خانه‌های بزرگ آب مانند تصفیه خانه هاس شهری استفاده می‌شود.

عملکرد فیلتر شنی تند تحت فشار (Rapid Sand Pressure Filter)

فیلتر شنی تند تحت فشار یکی از پرکاربردترین نوع فیلتر شنی می باشد که بیشتر در محیط های صنعتی و حتی خانگی که به سرعت بالاتری برای تصفیه آب نیاز می باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. عبور آب با فشار وارد شده از سمت پمپ باعث می شود تا سرعت عبور آن از بستر شنی و نازل ها افزایش یابد و در مدت زمان کوتاه خروجی آب تصفیه شده نسبت به دو روش قبلی خیلی بیشتر خواهد بود. از رایج ترین نوع فیلترشنی تحت فشار می توان به فیلترهای استخر اشاره نمود که در استخرهای خانگی و عمومی بسیار کاربرد دارند.

فیلتر شنی تحت فشار، سرعت بسیار بالایی دارد و نگهداری از آن بسیار آسان‌تر و کم هزینه تر است. از فیلترشنی تحت فشار در تصفیه خانه‌های کوچک، باغ‌ها، استخرها، کارخانه‌ها و مراکز صنعتی استفاده می‌شود. منظور از فیلترشنی در تمام قسمت های ذکر شده فیلتر های تحت فشار هستند.

آیا فیلترهای شنی نیاز به تعمیر و نگهداری دارند؟

مانند تمام سیستم های تصفیه آب، فیلتر شنی، نیز نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارد. تعمیر و نگهداری معمولی بسترهای فیلتر شنی تک پاسی و چرخشی می باشد و با توجه به اینکه هر چند وقت یکبار گرفتگی اتفاق می افتد، زمان تعمیر و نگهداری متغیر می باشد. به عنوان مثال، فیلترهای شنی دریافت کننده پساب سپتیک تانک، ممکن است نیاز به توجه بیشتری نسبت به فیلترهای دریافت کننده آب چاه، داشته باشند. گاهی اوقات به سادگی جمع کردن سطح فیلتر کافی نیست و لایه 25 میلیمتری بالایی از مواد باید برداشته شود. ولی معمولا از سیستم بکواش یا شستشو اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک برای فیلتر شنی استفاده می شود. این عمل باعث احیای فیلتر شنی می شود و عملکرد فیلتر شنی را بهبود می بخشد.

عوامل موثر بر عملکرد فیلتر شنی چیست؟

ترکیب، اندازه، یکنواختی و عمق محیط همگی بر عملکرد فیلتر شنی تأثیر می‌گذارند. اگر شن و ماسه به صورت محلی در دسترس نباشد، از مواد دیگری مانند شیشه خرد شده، آنتراسیت، گارنت، باطله معدنی، یا خاکستر کف، برای محیط فیلتر استفاده شده است. در طراحی فیلتر باید ویژگی های ترکیب مواد مانند حلالیت، اسیدیته و سختی آن در نظر گرفته شود. همچنین بسیار مهم است که مواد  شسته شوند. قبل از استفاده در فیلتر باید توسط یک فرد واجد شرایط از نظر تمیزی بررسی شود.

سرعت آب ورودی

سرعت آب ورودی تغییری در کیفیت آب تصفیه شده به وجود نمی آورد. اما سرعت آب ورودی تعیین کننده مدت بهره برداری از سیستم است. در صورتی که ذرات معلق زیادی بین روزنه های فیلتر شنی باقی بماند سیستم با افت فشار مواجه شده و نیاز به شست و شو دارد.

شستشو دوره ای فیلتر شنی

بک واش فیلتر شنی و شست و شوی آن از مهم ترین نکات بهره برداری از فیلتر ها است. در صورتی که شست و شو به درستی انجام نشود دبی خروجی دستگاه کاهش یافته و راندمان آن کم می شود. برای شست و شوی فیلتر شنی از آب و یا ترکیب آب و هوا استفاده می شود.

برای شستشو فیلتر شنی ورود آب باعث افزایش حجم بستر شده و به ذرات گیر افتاده اجازه می دهد تا از بین روزنه ها عبور کند و از فیلتر خارج شوند. در فیلتر های بزرگ که آب نمی تواند بستر فیلتر را به اندازه کافی جابجا کند، از ترکیب آب و هوا برای شست و شوی فیلتر شنی استفاده می شود.

بستر فیلتر شنی

دانه بندی پارامتری است که اندازه و شکل دانه های بستر فیلتر شنی را مشخص می کند. و با پارامتر های ضریب یکنواختی و اندازه موثر تعیین می شود. دانه بندی فیلتر یک پارامتر مهم در تعیین بازدهی تصفیه آب با کمک فیلترشنی است. ترتیب دانه بندی فیلتر شنی بر روی راندمان تصفیه آب بسیار موثر است.

دانه بندی مواد

اندازه و یکنواختی دانه ها نیز بر عملکرد، عمق فیلتر و مقدار فاضلاب قابل تصفیه در یک زمان تأثیر می گذارد. دانه ها از طریق یک سری غربال های مکانیکی دسته بندی و اندازه گیری می شوند. دانه بندی باید از نظر اندازه نسبتاً یکنواخت باشند تا از گرفتگی جلوگیری شود.

“اندازه موثر” و “ضریب یکنواختی” اندازه گیری هایی هستند که برای بیان این ویژگی ها استفاده می شوند. اندازه های موثر برای مواد های فیلتر شنی از قطر 0.3 میلی متر تا 3 دقیقه متغیر است. هر نوع فیلتر شنی نیازهای محدوده اندازه مواد خاص خود را دارد. ضریب یکنواختی چهار یا کمتر برای همه مواد های فیلتر توصیه می شود.

علاوه بر این، مواد نباید نه خیلی درشت و نه خیلی ریز باشد. محیط درشت به فاضلاب اجازه می دهد تا خیلی سریع از فیلتر بدون دریافت تصفیه کافی عبور کند، در حالی که محیط های بسیار ریز تصفیه را بسیار کند می کنند، مستعد گرفتگی هستند و می توانند اکسیژن را از رسیدن به قسمت های خاصی از فیلتر جلوگیری کنند.

عمق فیلتر

عمق فیلتر به نوع فیلتر و اندازه مواد بستگی دارد، اما معمولاً بین 61 تا 91.5 سانتی متر است. بیشتر تصفیه در 15 تا 30 سانتی متر اول انجام می شود. چند سانتی متر اضافی باعث بهبود عملکرد کلی، حذف پاتوژن و امکان نگهداری می شود.

عملکرد بکواش فیلتر شنی

بدیهی است که به مرور زمان سیلیس فیلتر شنی کارایی خود را از دست داده و اصطلاحاً اشباع می شود. چرا که تمامی خلل ها و منافذ میان آن ها به واسطه آلودگی ها و ناخالصی های فیزیکی آب پر شده و پوشانده می شود. در این حالت فیلتر شنی عملاً قابلیت تصفیه آب را از دست داده و برای احیا و شروع مجدد عملیات تصفیه، احتیاج به بکواش دارد.

بک واش در واقع راهی ا‌ست برای تمیز کردن فیلتر شنی، به طوری که در این روش آب با فشار بصورت معکوس از مخزن فیلتر برای چند دقیقه عبور می دهند. این باعث می شود تا ذرات معلق جامد که در بین ذرات سیلیس افتاده است جدا شود و از طریق شیر تعبیه شده خارج گردد.

به مرور زمان، با حرکت آب در یک جهت ثابت، ذرات جامد گیر افتاده در میان ذرات سیلیس، در همان جهت انباشته می شوند و فیلتر را مسدود می کنند. این امر سبب کم شدن کارآمدی فیلتر و عدم توانایی آن در تمیز و شفاف کردن آب می شود. زمانی که شما فیلتر را بک واش می کنید، درواقع آب را از جهت معکوس از فیلتر عبور می دهید و این کار ذرات گیر افتاده در بین ذرات سیلیس را جدا میکند.

بک واش فیلتر شنی یک فرآیند بسیار ساده و کاملاً قابل فهم می باشد. برای انجام بک واش، کافیست آب در جهت عکس جهت همیشگی وارد فیلتر شنی و سپس از آن خارج شود. در فرآیند فیلتر ، آب از بالای فیلتر وارد شده و از پایین خارج می گردد. در حالیکه در فرآیند بک واش ، آب از قسمت پایین ، وارد فیلتر شده و این بار از بالا خارج می شود. به همین دلیل است که بک واش به شستشوی معکوس فیلتر شنی معروف است. همین حرکت جریان در عکس جهت همیشگی ، سبب می گردد ضایعات و آلودگی های فیزیکی بجا مانده و گیرافتاده در میان سیلیس ها ، از آن ها جدا شده و از بالای فیلتر خارج شوند. بدین ترتیب سیلیس ها از وجود ناخالصی پاک شده و فیلتر شنی دوباره آماده تصفیه فیزیکی آب می گردد.

بیشتر بخوانید: فیلتر شنی چیست؟

بکواش چگونه صورت می گیرد؟

برای انجام فرآیند بکواش سه حالت مختلف وجود دارد که در زیر به آنها اشاره شده است:

حالت اتوماتیک : در این حالت فرآیند بکواش به صورت کاملاً اتوماتیک و بدون دخالت نیروی انسانی انجام می پذیرد. به این صورت که با توجه به اختلاف فشار، برای سیلیس ها دو وضعیت متمایز تحت عناوین سیلیس تمیز و سیلیس آلوده تعیین می گردد و در بازه های زمانی مشخص با توجه به وضعیت سیلیس ها، عملیات بکواش به صورت اتوماتیک انجام میگیرد.

حالت نیمه اتوماتیک : در این حالت عملیات بکواش به واسطه شیرهای شش راهه صورت می گیرد. این شیرها که بر روی فیلترهای شنی نصب می شوند، دارای یک اهرم می باشند که قرارگیری فیلتر در حالت های مختلف از جمله تصفیه (فیلتر) ، بک واش و … به وسیله آن انجام می گیرد.

حالت دستی : در این حالت فرآیند بک واش به صورت کاملاً دستی و به واسطه ۴ یا ۵ عدد شیر صورت می گیرد. با وجود اینکه حالت دستی بکواش یک روش قدیمی محسوب می شود اما هنوز هم در بسیاری از موارد از جمله فیلتر های صنعتی و فلزی بزرگ از این شیوه استفاده می شود.

حال اگر بخواهیم این سه روش را با یکدیگر مقایسه کنیم، می توانیم بگوییم بیشترین کاربرد و مورد استفاده، به ویژه در صنایع خانگی، مربوط به حالت نیمه اتوماتیک می باشد. به طوری که چیزی حدود ۹۰ الی ۱۰۰ درصد از دستگاه تصفیه آب نیمه صنعتی و خانگی از شیرهای اهرمی شش راهه (حالت نیمه اتوماتیک) برای انجام عملیات بکواش فیلترهای شنی استفاده می کنند.

مراحل انجام بک واش

پس از استفاده مکرر از فیلترشنی و بر اساس اندازه گیری های صورت گرفته از قبیل دبی آب و غیره، لازم است فرآیند بک واش انجام شود. نحوه بک واش فیلتر شنی به شرح زیر می باشد:

1. پمپ را خاموش کنید و شیر تعبیه شده را آن را به حالت بک واش تغییر دهید.
2. با کمی فاصله از پمپ مجدد آن را روشن کنید و اجازه دهید حدود 3 تا 4 دقیقه عمل بک واش ادامه پیدا کند.
3. بک واش تا زمانی باید ادامه پیدا کند که آب با فشار نرمال خارج شود و آب خروجی از آن کاملا شفاف باشد.
4. پمپ را مجدد خاموش کنید.
5. برای شستشوی سیلیس موجود در فیلتر لازم است شیر را در حالت 3 قرار دهید و حدود یک تا 2 دقیقه پمپ را روشن کنید تا سطح آن به طور کامل تمیز شود.
6. در نهایت پمپ را خاموش نموده و شیر را در حالت Filter قرار داده و پمپ و هیتر را روشن کنید.

نکته بسیار مهم در شستشوی معکوس فیلتر شنی اینکه، تنها در صورتی باید این کار صورت گیرد که بعضی از فاکتورها از قبیل دبی جریان آب یا عملکرد دستگاه با کاهش مواجه گردد. استفاده مکرر از آن بدون نیاز دستگاه به شستشو به مرور منجر به کاهش عملکرد فیلتر خواهد شد.