Su arıtma alanındaki temel tesisler olan filtreler, çeşitli kanalizasyon arıtma tesislerinde, endüstriyel atık su arıtmasında, içme suyu arıtmasında ve diğer senaryolarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, fiili kullanımda filtreler genellikle yavaş filtreleme hızı, filtre ortamının kolay tıkanması, zayıf geri yıkama etkisi, küçük arıtma kapasitesi, istikrarsız atık su kalitesi gibi düşük performansla karşılaşır ve hatta-deşarj standartlarıyla uyumsuzluğa veya ikincil kirliliğe yol açabilir. Bu problemler sadece arıtma verimliliğini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda işletme maliyetlerini ve bakım zorluklarını da arttırır. Bu nedenle, filtrenin istikrarlı ve verimli çalışmasını sağlamak için filtre performansını iyileştirmenin yollarını araştırmak gerekir. Bu makale, su arıtma profesyonelleri için filtre performansını iyileştirmenin yollarını paylaşıyor.
I. Tek-Katmanlı Filtre Ortamının Darboğazları
Geleneksel tek-katmanlı kum filtreleri, filtre ortamı olarak çoğunlukla kuvars kumu kullanır; parçacık boyutu yukarıdan aşağıya doğru kademeli olarak artacak şekilde tasarlanmıştır (üstte ince, altta kaba). Yüzeysel olarak, bu, yabancı maddeleri katman katman filtreliyor gibi görünmektedir, ancak gerçek operasyonda sıklıkla sorunlar ortaya çıkar. Filtrenin kir-tutma kapasitesi, performansın önemli bir ölçüsüdür ve filtre ortamının birim hacmi başına tutulan yabancı maddelerin miktarına (birim: kg/m³ veya g/cm²) atıfta bulunur. Güçlü kir-tutma kapasitesi, filtre katmanının önemli bir rol oynadığı anlamına gelir; bu da yüksek filtreleme verimliliği, uzun çalışma döngüsü ve büyük su arıtma kapasitesi sağlar. Bununla birlikte, tek bir filtre ortamı katmanında sıkışan yabancı maddelerin dağılımı son derece dengesizdir: yüzey (üst katman) en fazla yabancı maddeyi biriktirir, daha da aşağı doğru azalır ve 30 cm'nin altında neredeyse hiç tutulma olmaz. Bu, yük kaybının (akış direncinin) esas olarak yüzey katmanında yoğunlaşmasına neden olur, filtreleme döngüsünü önemli ölçüde kısaltır ve çoğu zaman saatler içinde tıkanmaya yol açar. Bunun nedeni, su akış yönünün artan parçacık boyutuyla aynı hizada olması ve yabancı maddelerin üst katmanda hızla birikmesine neden olmasıdır. Parçacık boyutu, su akış yönü boyunca (büyükten küçüğe) kademeli olarak azalacak şekilde değiştirilirse (büyükten küçüğe), yani "ters parçacık boyutu" filtrelemesi yapılırsa, yabancı maddeler eşit şekilde dağıtılabilir, böylece kir tutma kapasitesi artırılabilir, yük kaybı azaltılabilir, çalışma döngüsü uzatılabilir ve hatta filtreleme hızı arttırılabilir.
II. Yukarı Akış Filtrasyonu
Geleneksel filtre ortamının üst kısmında daha ince parçacık boyutu ve alt kısmında daha iri parçacık boyutu bulunur; su üstten girer ve alttan çıkar. Yukarı akışlı filtreleme aynı parçacık boyutunu korur ancak su akış yönünü tersine çevirir: su alttan girer ve üstten çıkar, "ters parçacık boyutu" modunu oluşturur.
Bu tasarımın avantajları şunlardır: filtre katmanında eşit kirlilik dağılımı, geliştirilmiş kir-tutma kapasitesi, su akış direncinde daha yavaş artış ve daha uzun çalışma döngüsü. Ancak yüksek filtrasyon oranları, filtre katmanının genişlemesine, üst katmandan ince kum kaybına neden olabileceğinden ve atık su kalitesini etkileyebileceğinden, filtrasyon hızının kontrol edilmesi gerekir. Bu nedenle yüzey katmanına koruma amacıyla ağ veya ızgara eklenmelidir. Bu yöntem, ters partikül boyutu dağılımı avantajına sahip olmasına rağmen, geri yıkama sırasında filtre tabakasının sınırlı genleşmesi, çamur uzaklaştırılmasındaki zorluk ve geri yıkama suyu akışının filtrasyon yönü ile aynı hizada olmasından dolayı çamurun tam olarak uzaklaştırılmaması gibi problemlere sahiptir. Bu sorunların tamamen ortadan kaldırılması zor olduğundan atık su arıtma uygulamalarında yaygın olarak kullanılmamaktadır.
III. İki-Yönlü Akış Filtrelemesi
Yukarı doğru akışlı filtrelemede yetersiz geri yıkama, iki yönlü akışlı filtrelemenin geliştirilmesine yol açtı. Su, filtre tankının alt ve üst kısmından aynı anda girip ortasından dışarı akar. Üst filtre katmanı aşağı doğru akış yöntemini kullanırken, alt katman şemada gösterildiği gibi yukarı doğru akışla ters parçacık boyutu dağılımını kullanır. Üst kısım alt kısmı sabitleyerek filtre katmanının aşırı genleşmesini önler. Bu tasarım, filtre ortamının kir tutma kapasitesini-artırabilir ve filtreleme döngüsünü uzatabilir. Ancak filtre tankının yapısı karmaşık, işletmesi hantal ve bakım maliyetleri yüksek olduğundan pratikte nadiren kullanılmaktadır.
Yukarıdaki iki yöntemin sınırlamaları olsa da, su akış yönünün ve filtre ortamı düzeninin değiştirilmesinin filtre performansını önemli ölçüde artırabileceğini göstermektedir.
IV. Çift-Katmanlı Filtre Ortamı
Şu anda en popüler tür, çift-katmanlı filtre ortamıdır. Yapısı tek-katmanlı modele benzer, ancak filtre katmanı bileşimi değişmiştir. Üst katman, düşük özgül ağırlığa ve büyük parçacık boyutuna sahip hafif filtre ortamını kullanır; alt katmanda yüksek özgül ağırlığa ve küçük parçacık boyutuna sahip ağır filtre ortamı kullanılır. Geri yıkama sırasında özgül ağırlık farkından dolayı hafif ortam üstte, ağır ortam ise altta yer alır ve doğal olarak ikili bir katman oluşturur.
Her katmanın parçacık boyutu üstte daha ince ve altta daha kaba kalır, ancak üst katmanın ortalama parçacık boyutu alt katmanınkinden daha büyüktür ve genel bir ters parçacık boyutu etkisi elde edilir. Gerçek ölçümler, çift-katmanlı filtre medyasının kir-tutma kapasitesinin, tek-katmanlı medyanın iki katından daha fazla olduğunu göstermektedir. Aynı filtreleme hızında filtreleme döngüsü uzatılır; ve aynı filtreleme döngüsünde filtreleme hızı artırılabilir. Aşağıdaki şekildeki karşılaştırma eğrisi, çift{-katmanlı filtre ortamının kir-tutma alanının, tek-katmanlı filtre ortamınınkinden çok daha büyük olduğunu açıkça yansıtmaktadır; bu, filtre katmanı kalınlığı aynı olduğunda kir-tutma kapasitesinin iki katına çıktığını göstermektedir. Giriş suyunun kalitesi tutarlıysa, çift-katmanlı filtre ortamının çalışma döngüsü, tek-katmanlı filtre ortamının çalışma döngüsünden iki kat daha fazladır.
Bu teknoloji, atık su arıtma tesislerinde hem yurt içinde hem de yurt dışında yaygın olarak kullanılmakta ve önemli sonuçlar doğurmakta olup, filtre performansını iyileştirmenin pratik bir yoludur.
V. Çok-katmanlı Filtre Ortamı
Çok-katmanlı filtre ortamı tipik olarak üç katmanı ifade eder: büyük-parçacıklı, hafif malzemeden (antrasit gibi) oluşan bir üst katman, orta-parçacıklı, orta-yoğunluktaki malzemeden (kuvars kumu gibi) orta katman ve küçük-parçacıklı, ağır malzemeden (granat veya granüler manyetit gibi) oluşan bir alt katman. Parçacık boyutu yukarıdan aşağıya doğru azalarak parçacık boyutu dağılımını tamamen tersine çevirir.
Bu tasarım, filtre ortamının kir tutma kapasitesini önemli ölçüde artırır-, alt kısımdaki ince filtre ortamı ise istikrarlı atık su kalitesi sağlar. Filtrasyon hızı, çift-katmanlı filtrelere göre daha yüksek olabilir. Atık su bulanıklığı düşük ve su kalitesi stabil olduğunda, birincil arıtmayı sağlamak için doğrudan filtreleme yapılabilir (sedimantasyon sürecini ortadan kaldırır). Şu anda doğrudan filtreleme için genellikle çift-katmanlı ve çok-katmanlı filtreler kullanılmaktadır. Atık suyun deşarj veya yeniden kullanım standartlarını karşıladığından emin olmak için poliakrilamid veya aktif silika gibi yüksek-moleküler-ağırlıklı filtre yardımcıları önceden eklenebilir. Doğrudan filtreleme işlemi basitleştirir ve yatırımdan tasarruf sağlar. Filtre katmanlarının bileşimi ve kalınlığı atık su kalitesine göre ayarlanmalı ve filtrasyon hızı yaklaşık 5 m/saat gibi düşük olmalıdır. Bu ön arıtma işlemlerinden sonra atık su kalitesi genel olarak standartları karşılamaktadır; bazıları endüstriyel yeniden kullanım için kullanılır, bazıları daha sonraki arıtma gereksinimlerini karşılar ve bazıları daha ileri arıtma gerektirir.
Özet
Tek-katmanlı filtre ortamının eksikliklerinden, ters parçacık filtrelemesinden alınan ilhama ve ardından yukarı akışlı, çift yönlü akışlı, çift-katmanlı ve çok-katmanlı filtrelerin evrimine kadar, atık su arıtma teknolojisi yüksek verimlilik ve düşük tüketime doğru gelişiyor. Bu yaklaşımlar filtre ortamının kir tutma kapasitesini iyileştirebilir, filtreleme döngüsünü uzatabilir, atık su kalitesini optimize edebilir ve çevrenin korunmasına katkıda bulunabilir. Uygulamada, çift-katmanlı ve çok-katmanlı filtreler en pratik-kolay çalıştırılan ve yüksek-geri dönüş sağlayan filtrelerdir. Gelecekte malzemelerdeki ilerlemeler ve optimize edilmiş su dağıtım tasarımıyla filtreler daha da güçlü hale gelecek.