Filtre, som kjerneanlegg i vannbehandlingsfeltet, er mye brukt i ulike kloakkrenseanlegg, industriell avløpsvannbehandling, drikkevannsrensing og andre scenarier. Ved faktisk bruk opplever filtre imidlertid ofte dårlig ytelse, for eksempel langsom filtreringshastighet, lett tilstopping av filtermedier, dårlig tilbakespylingseffekt, liten behandlingskapasitet, ustabil avløpskvalitet, og kan til og med føre til manglende-overholdelse av utslippsstandarder eller sekundær forurensning. Disse problemene påvirker ikke bare behandlingseffektiviteten, men øker også driftskostnadene og vedlikeholdsproblemer. Derfor er det nødvendig å utforske måter å forbedre filterytelsen på for å sikre stabil og effektiv drift. Denne artikkelen deler måter å forbedre filterytelsen for fagfolk innen vannbehandling.
I. Flaskehalser ved enkeltlagsfiltermedier
Tradisjonelle enkeltlagssandfiltre bruker hovedsakelig kvartssand som filtermedium, med partikkelstørrelse designet for å øke gradvis fra topp til bunn (fint øverst, grovt nederst). Overfladisk ser dette ut til å filtrere urenheter lag for lag, men i faktisk drift oppstår det ofte problemer. Filterets smuss-holdekapasitet er et nøkkelmål for ytelse, og refererer til mengden urenheter som holdes tilbake per volumenhet filtermedie (enhet: kg/m³ eller g/cm²). Sterk smuss-holdekapasitet betyr at filterlaget spiller en betydelig rolle, noe som resulterer i høy filtreringseffektivitet, lang arbeidssyklus og stor vannbehandlingskapasitet. Imidlertid er fordelingen av urenheter fanget i et enkelt lag med filtermedier ekstremt ujevn: overflaten (øvre laget) samler opp flest urenheter, og avtar lenger ned, med nesten ingen fanger under 30 cm. Dette fører til at trykktap (strømningsmotstand) hovedsakelig konsentreres i overflatelaget, noe som forkorter filtreringssyklusen betydelig og fører ofte til tilstopping i løpet av timer. Dette er fordi vannstrømningsretningen stemmer overens med den økende partikkelstørrelsen, noe som får urenheter til å samle seg raskt i det øvre laget. Hvis partikkelstørrelsen endres for å gradvis avta langs vannstrømningsretningen (fra stor til liten), dvs. filtrering med "omvendt partikkelstørrelse", kan urenhetene fordeles jevnt, noe som øker smuss{13}}holdekapasiteten, reduserer trykktapet, forlenger arbeidssyklusen og til og med øker filtreringshastigheten.
II. Oppoverstrømningsfiltrering
Konvensjonelle filtermedier har en finere partikkelstørrelse øverst og en grovere partikkelstørrelse nederst, med vann som kommer inn fra toppen og kommer ut fra bunnen. Oppadgående strømningsfiltrering opprettholder samme partikkelstørrelse, men reverserer vannstrømningsretningen: vann kommer inn fra bunnen og går ut fra toppen, og danner en "omvendt partikkelstørrelse"-modus.
Fordelene med denne utformingen er: jevn fordeling av urenheter i filterlaget, forbedret smuss-holdekapasitet, langsommere økning i vannstrømmotstand og forlenget arbeidssyklus. Det er imidlertid nødvendig å kontrollere filtreringshastigheten, da høye filtreringshastigheter kan føre til utvidelse av filterlaget, tap av fin sand fra det øvre laget og påvirke avløpskvaliteten. Derfor bør et nett eller et gitter legges til overflatelaget for beskyttelse. Selv om denne metoden har fordelen med omvendt partikkelstørrelsesfordeling, lider den av problemer som begrenset filterlagsekspansjon under tilbakespyling, vanskeligheter med slamfjerning og ufullstendig slamfjerning på grunn av at tilbakespylingsvannstrømmen er på linje med filtreringsretningen. Disse problemene er vanskelige å eliminere fullstendig, så det er ikke mye brukt i avløpsbehandlingspraksis.
III. To-strømningsfiltrering
Utilstrekkelig tilbakespyling i oppadgående strømningsfiltrering førte til utviklingen av to-strømningsfiltrering. Vann strømmer inn samtidig fra bunnen og toppen av filtertanken og ut fra midten. Det øvre filterlaget bruker en nedadgående strømningsmetode, mens det nedre laget bruker en omvendt partikkelstørrelsesfordeling med en oppadgående strømning, som vist i diagrammet. Den øvre delen stabiliserer den nedre delen, og forhindrer overdreven utvidelse av filterlaget. Denne utformingen kan forbedre filtermediets skittholdende kapasitet- og forlenge filtreringssyklusen. Filtertankstrukturen er imidlertid kompleks, driften er tungvint, og vedlikeholdskostnadene er høye, så den brukes sjelden i praksis.
Selv om de to ovennevnte metodene har begrensninger, viser de at endring av vannstrømretningen og filtermedieoppsettet kan forbedre filterytelsen betydelig.
IV. Dual-Layer Filter Media
For øyeblikket er den mest populære typen filtermedier med to-lag. Strukturen ligner på enkeltlagsmodellen-, men sammensetningen av filterlaget er endret. Det øvre laget bruker lette filtermedier med lav egenvekt og stor partikkelstørrelse; det nedre laget bruker tunge filtermedier med høy egenvekt og liten partikkelstørrelse. Under tilbakespyling, på grunn av forskjellen i egenvekt, er det lettere mediet på toppen og det tyngre mediet er nederst, og danner naturlig et dobbeltlag.
Partikkelstørrelsen til hvert lag forblir finere på toppen og grovere på bunnen, men den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen til det øvre laget er større enn det nedre laget, og oppnår en total omvendt partikkelstørrelseseffekt. Faktiske målinger viser at smuss-kapasiteten til dobbelt-filtermedier er mer enn dobbelt så stor som for enkelt-lagsmedier. Ved samme filtreringshastighet forlenges filtreringssyklusen; og ved samme filtreringssyklus kan filtreringshastigheten økes. Sammenligningskurven i figuren nedenfor reflekterer tydelig at smuss-oppholdsområdet til dobbelt-filtermediet er mye større enn det for enkelt-filtermediet, noe som indikerer at smuss-holdekapasiteten dobles når filterlagets tykkelse er den samme. Hvis den innflytende vannkvaliteten er konsistent, er arbeidssyklusen til dobbelt-filtermediet dobbelt så stor som for enkelt-filtermediet.
Denne teknologien er mye brukt i avløpsrenseanlegg både innenlands og internasjonalt, med betydelige resultater, og er en praktisk måte å forbedre filterytelsen på.
V. Filtermedier med flere-lag
Filtermedier med flere-lag refererer vanligvis til tre lag: et øvre lag av store-partikler, lett materiale (som antrasitt), et mellomlag av middels-partikkelmateriale, middels-tetthet (som kvartssand), og et nedre lag av små-partikler, tungt eller granulært materiale (som magnetisk granatmateriale). Partikkelstørrelsen avtar fra topp til bunn, og reverserer fullstendig partikkelstørrelsesfordelingen.
Denne utformingen forbedrer filtermediets skittholdeevne- betraktelig, mens det fine filtermediet i bunnen sikrer stabil avløpskvalitet. Filtreringshastigheten kan være høyere enn med dobbeltlags-filtre. Når turbiditeten i avløpsvannet er lav og vannkvaliteten er stabil, kan direkte filtrering utføres (eliminere sedimenteringsprosessen) for å oppnå primær rensing. For tiden brukes dobbelt--- og flerlagsfiltre ofte for direkte filtrering. For å sikre at avløpet oppfyller utslipps- eller gjenbruksstandarder, kan høy-molekylære-filterhjelpemidler, som polyakrylamid eller aktivert silika, forhånds-tilsettes. Direkte filtrering forenkler prosessen og sparer investeringer. Sammensetningen og tykkelsen på filterlagene bør justeres i henhold til avløpsvannkvaliteten, og filtreringshastigheten bør være lav, ca. 5 m/t. Etter disse forbehandlingsprosessene oppfyller avløpskvaliteten generelt standarder; noen brukes til industriell gjenbruk, noen oppfyller påfølgende behandlingskrav, og noen krever ytterligere avansert behandling.
Sammendrag
Fra manglene ved enkelt-filtermedier, til inspirasjonen fra omvendt partikkelfiltrering, og deretter til utviklingen av oppstrøm, toveis strømning, dobbelt--lags- og flerlagsfiltre, utvikles teknologi for avløpsvannbehandling mot høy effektivitet og lavt forbruk. Disse tilnærmingene kan forbedre filtermediets skittholdende kapasitet-, forlenge filtreringssyklusen, optimalisere avløpskvaliteten og bidra til miljøvern. I praksis er dobbelt-- og flerlagsfiltre de mest praktiske-enkle å betjene og høy-avkastning. I fremtiden, med fremskritt innen materialer og optimalisert vanndistribusjonsdesign, vil filtre bli enda kraftigere.