, , , , ,

فیلتراسیون Filtration

فیلتراسیون

فیلتراسیون Filtration

تعریف فرآیند فیلتراسیون

فیلتراسیون فرآیندی مکانیکی است که طی آن مواد معلق جامد از سیال جدا می‌شوند. متداول‌ترین فرآیند مورد استفاده در حذف بیشتر مواد کلوئیدی فیلتراسیون است.  اساس جداسازی در روش فیلتراسیون اختلاف در اندازه ذرات جامد و سیال است. روش‌ها و دستگاه‌های بسیاری در صنایع مختلف و با ویژگی‌های خاص برای مواد کاربرد مختلف وجود دارد. اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس دو نمونه از روش‌های مبتنی بر استفاده از فیلترها هستند.

انواع فیلتر

فیلترها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

الف) فیلترهای عمقی

عمل جداشدن ذرات معلق از مایع در اعماق بستر انجام می‌شود، مثل فیلترهای ثقلی یا فیلترهای فشاری.

ب) فیلترهای سطحی

عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر است، انجام می‌شود مثل کاغذ صافی.

از فیلترهای عمقی در تصفیۀ آب استفاده می‌شود. آب حاوی ذرات معلق از بستر یک ماده که می‌تواند شن و یا ذغال آنتراسیت باشد،عبور نماید. در اثر عبورآب از خلل و فرج بین این ذرات، مواد معلق به دام افتاده و آب تقریبا ً عاری از مواد معلق به دست می‌آید. جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج صافی، باعث افزایش افت فشار(اختلاف سطح آب روی سطح صافی و آب خروجی از صافی) می‌گردد. اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید، باید صافی را شستشو داد. در شروع کار، فیلترها را باید به آهستگی با آبی که از پایین به بالا جریان می‌یابد، پر شوند تا آنکه ذرات بستر در آب غوطه ور شوند. این کار برای خارج کردن هوای محبوس بین ذرات بستر لازم است تا از انسداد مسیر آب توسط هوا جلوگیری شود.

انواع صافی‌های ماسه‌ای

الف) صافی ماسه‌ای کند Slow Sand Filter(S.S.F)

آب عبوری از بستر حاوی مواد معلق، کلوئیدی، میکروارگانیسم‌های مختلف و نمک‌های محلول است که در طی عبور از عمق 40 تا 60 سانتی‌متری بستر آنها را به جا می‌گذارد و آب پس از این عمق حاوی مقادیر کمی نمک‌های معدنی ساده و نسبتا ً بی ضرر است. فعالیت باکتری‌ها معمولا ً تا عمق 60 سانتی‌متری بستر گسترش می‌یابد. در صافی ماسه‌ای کند نه تنها بیشتر میکروارگانیسم‌های مضر جدا می‌شوند، بلکه مواد مغذی محلول که رشد بعدی باکتری‌ها در لجن را سبب می‌شوند، حذف می‌گردند.

در واقع استفاده از صافی شنی کند، یکی از عملیات اولیۀ تصفیۀ آب در جوامع کوچک است که به عنوان یک استاندارد برای خالص کردن آب پذیرفته شده است.

این نوع صافی‌ها از حوضچه‌های بتونی تشکیل شده است. در کف آنها مجاری با آجر و سیمان یا لوله‌های خروجی آب تعبیه گردیده است. بر روی آنها به ترتیب لایه نگهدارنده به ارتفاع 0/2 تا 0/4  متر و ماسه‌های لایه فعال را به ارتفاع 0/6 تا ½ متر قرار می‌دهند. طرز قرار گرفتن بستر به این ترتیب است که شن‌های درشت‌تر در پایین و ماسه‌های ریزتر در بالاترین قسمت قرار می‌گیرند. آب روی بستر صافی که حدود 1 تا 1/5 متر ارتفاع دارد از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور و سپس از کف بستر خارج، و جهت گندزدایی هدایت می‌شود.

کاربرد صافی‌های شنی کند

کاربرد صافی‌های شنی کند به شرح زیر است:

الف) برای تصفیۀ آب‌های حاوی جامدات معلق

ب) برای حذف آهن و منگنز قابل رسوب پس از عمل هوادهی روی آب‌های زیرزمینی

ج) تصفیۀ آب‌های سطحی با کدورت متوسط

مکانیسم‌های تصفیه در صافی شنی کند

مکانیسم‌های تصفیه در صافی شنی کند:

مکانیسم‌های انتقال

برخی فرآیندهای اساسی ذرات را در تماس با دانه‌های ماسه قرار می‌دهند. بعضی از این فرآیندها عبارتند از:

غربال شدن، ته نشینی، نیروهای اینرسی و سانتریفوژ، انتشار یا حرکت شناوری، نیروی واندروالس و جذب الکترواستاتیکی

مکانیسم‌های چسبندگی

از این گروه می‌توان به مکانیسم‌های جذب الکترواستاتیک، نیروی واندروالس یا جذب جرمی و چسبندگی یا پیوستگی اشاره نمود.

مکانیسم‌های پالایش

این مکانیسم اساسا ً شامل اکسیداسیون‌های بیولوژیکی و شیمیایی می‌باشد.

ب) صافی ماسه‌ای تند Rapid Sand Filter (R.S.F)

ساختمان این نوع صافی‌ها تقریبا ً مشابه صافی‌های شنی کند است. به طوری که در کف این نوع صافی‌ها پستانک‌هایی نصب می‌شود (حدود 50 تا 70 عدد در هر متر مربع). طرز قرار گرفتن ماسه‌ها (لایۀ نگهدارنده و فعال) مانند صافی‌های شنی کند است. ضخامت لایه نگهدارنده 0/6 – 0/3 متر و ضخامت لایۀ فعال 1/2 -1 متر در نظر گرفته می‌شود. آب روی بستر صافی که حدود 5/1 – 1 متر ارتفاع دارد، از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور می‌کند و از کف بستر خارج می‌شود. بدیهی است به علت درشت تربودن بودن ماسه‌های لایۀ فعال (0/5 – 0/35 میلی‌متر) و نگهدارنده (25 – 2 میلی‌متر) میزان آب تصفیه شده در هر ساعت بیشتر از صافی‌های شنی کند است. در

کاربرد صافی ماسه‌ای تند

کاربرد صافی ماسه‌ای تند شامل موارد زیر است:

الف) پس از هوادهی به منظور جداسازی اشکال نامحلول آهن و منگنز، در این روش معمولا ً آب را در بالای صافی از ارتفاع مناسبی پخش می‌نمایند.

ب) تصفیۀ آب رودخانه‌های با کدورت بالا پس از واحدهای انعقاد، لخته‌سازی و ته‌نشینی.

ج) تصفیۀ آب رودخانه‌های با کدورت بالا به عنوان پیش تصفیه قبل از صافی ماسه‌ای کند.

د) تصفیۀ آب‌های با دورت پایین مثل دریاچه‌ها و رودخانه‌ها. در این روش گندزدایی بعد از عمل صاف‌سازی ضروری است.

مکانیسم تصفیه در صافی‌های شنی تند

مکانیسم تصفیه در صافی‌های شنی تند موارد زیر را شامل می‌شود:

در این صافی‌ها نیز مکانیسم‌های مختلفی از قبیل غربال شدن، جذب الکترواستاتیک و فرآیندهای بیوشیمیایی در جداسازی ناخالصی‌ها موثر هستند. در مکانیسم اول به دلیل اینکه سرعت عبور آب بسیار زیاد است، چندان در حذف ناخالصی‌ها موثر نیستند و در این صافی‌ها موثرترین مکانیسم جداسازی همان جذب است.