Suodattimia, jotka ovat vedenkäsittelyn ydinlaitteita, käytetään laajalti erilaisissa jätevedenpuhdistamoissa, teollisuuden jätevedenkäsittelyssä, juomaveden puhdistuksessa ja muissa skenaarioissa. Kuitenkin todellisessa käytössä suodattimien suorituskyky on usein heikko, kuten hidas suodatusnopeus, suodatinmateriaalin helppo tukkeutuminen, huono takaisinhuuhteluteho, pieni käsittelykapasiteetti, epävakaa jäteveden laatu, ja ne voivat jopa johtaa poistostandardien noudattamatta jättämiseen tai toissijaiseen saastumiseen. Nämä ongelmat eivät vaikuta ainoastaan hoidon tehokkuuteen, vaan myös lisäävät käyttökustannuksia ja ylläpitovaikeutta. Siksi on tarpeen tutkia tapoja parantaa suodattimen suorituskykyä sen vakaan ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi. Tässä artikkelissa kerrotaan tapoja parantaa suodattimen suorituskykyä vedenkäsittelyn ammattilaisille.
I. Yksikerroksisen-suodatinmateriaalin pullonkaulat
Perinteisissä yksikerroksisissa{0}}hiekkasuodattimissa käytetään suodatinmateriaalina pääasiassa kvartsihiekkaa, jonka hiukkaskoko on suunniteltu kasvamaan asteittain ylhäältä alas (hieno ylhäältä, karkeaa alhaalta). Pinnallisesti tämä näyttää suodattavan epäpuhtauksia kerros kerrokselta, mutta varsinaisessa käytössä ilmenee usein ongelmia. Suodattimen lian-pidätyskyky on keskeinen suorituskyvyn mitta, joka viittaa siihen jääneiden epäpuhtauksien määrään suodatinmateriaalin tilavuusyksikköä kohti (yksikkö: kg/m³ tai g/cm²). Vahva lian{5}}pidätyskyky tarkoittaa, että suodatinkerroksella on merkittävä rooli, mikä johtaa korkeaan suodatustehokkuuteen, pitkään työjaksoon ja suureen vedenkäsittelykapasiteettiin. Yksittäiseen suodatinmateriaalikerrokseen jääneiden epäpuhtauksien jakautuminen on kuitenkin erittäin epätasaista: pintaan (ylempi kerros) kerääntyy eniten epäpuhtauksia, ja niiden määrä vähenee alempana, ja alle 30 cm:n etäisyydellä ei juuri mitään. Tämä aiheuttaa painehäviön (virtausvastus) keskittymisen pääasiassa pintakerrokseen, mikä lyhentää merkittävästi suodatusjaksoa ja johtaa usein tukkeutumiseen tunneissa. Tämä johtuu siitä, että veden virtaussuunta on linjassa kasvavan hiukkaskoon kanssa, jolloin epäpuhtaudet kerääntyvät nopeasti ylempään kerrokseen. Jos hiukkaskokoa muutetaan asteittain pienenemään veden virtaussuunnassa (suuresta pieneen), eli "käänteisen hiukkaskoon" suodatus, epäpuhtaudet voivat jakautua tasaisesti, mikä lisää lian{13}pitokykyä, vähentää painehäviötä, pidentää työjaksoa ja jopa lisää suodatusnopeutta.
II. Ylöspäin suuntautuva virtaussuodatus
Perinteisillä suodatinaineilla on hienompi hiukkaskoko ylhäällä ja karkeampi hiukkaskoko alhaalta, jolloin vesi tulee sisään ylhäältä ja poistuu alhaalta. Ylöspäin suuntautuva suodatus säilyttää saman hiukkaskoon, mutta kääntää veden virtaussuunnan: vesi tulee pohjasta ja poistuu ylhäältä muodostaen "käänteisen hiukkaskoon" tilan.
Tämän rakenteen etuja ovat: tasainen epäpuhtauksien jakautuminen suodatinkerroksessa, parannettu lian-pidätyskyky, hitaampi vesivirtauksen vastuksen kasvu ja pidempi työjakso. Suodatusnopeutta on kuitenkin valvottava, koska suuret suodatusnopeudet voivat aiheuttaa suodatinkerroksen laajenemista, hienon hiekan häviämistä yläkerroksesta ja vaikuttaa jäteveden laatuun. Siksi pintakerrokseen tulee lisätä verkko tai ristikko suojaksi. Vaikka tämän menetelmän etuna on käänteinen hiukkaskokojakautuma, se kärsii ongelmista, kuten suodatinkerroksen rajallinen laajeneminen vastahuuhtelun aikana, lietteenpoiston vaikeudet ja epätäydellinen lietteen poisto, koska vastahuuhteluvesivirtaus on kohdistettu suodatussuuntaan. Näitä ongelmia on vaikea poistaa kokonaan, joten sitä ei käytetä laajasti jätevedenkäsittelyssä.
III. Kaksisuuntainen-virtaussuodatus
Riittämätön takaisinhuuhtelu ylöspäin suuntautuvassa virtaussuodatuksessa johti kaksisuuntaisen -virtaussuodatuksen kehittämiseen. Vesi virtaa samanaikaisesti sisään suodatinsäiliön pohjalta ja päältä ja ulos keskeltä. Ylempi suodatinkerros käyttää alaspäin suuntautuvaa virtausmenetelmää, kun taas alempi kerros käyttää käänteistä hiukkaskokojakaumaa ylöspäin virtauksella, kuten kaaviossa näkyy. Yläosa stabiloi alaosan ja estää suodatinkerroksen liiallisen laajenemisen. Tämä rakenne voi parantaa suodatinmateriaalin lian{5}}pidätyskykyä ja pidentää suodatusjaksoa. Suodatinsäiliön rakenne on kuitenkin monimutkainen, käyttö hankalaa ja ylläpitokustannukset korkeat, joten sitä käytetään harvoin käytännössä.
Vaikka yllä olevilla kahdella menetelmällä on rajoituksia, ne osoittavat, että veden virtaussuunnan ja suodatinmateriaalin asettelun muuttaminen voi parantaa merkittävästi suodattimen suorituskykyä.
IV. Kaksikerroksinen-suodatinmedia
Tällä hetkellä suosituin tyyppi on kaksikerroksinen{0}}suodatinmateriaali. Sen rakenne on samanlainen kuin yksikerroksisen-mallin, mutta suodatinkerroksen koostumus on muuttunut. Ylempi kerros käyttää kevyttä suodatinmateriaalia, jolla on pieni ominaispaino ja suuri hiukkaskoko; alemmassa kerroksessa käytetään raskaita suodatinmateriaaleja, joilla on suuri ominaispaino ja pieni hiukkaskoko. Vastahuuhtelun aikana ominaispainoeron vuoksi kevyempi materiaali on päällä ja raskaampi materiaali alhaalla muodostaen luonnollisesti kaksoiskerroksen.
Jokaisen kerroksen hiukkaskoko pysyy yläosassa hienompana ja alaosassa karkeampana, mutta ylemmän kerroksen keskimääräinen hiukkaskoko on suurempi kuin alemman kerroksen, jolloin saadaan aikaan käänteinen partikkelikoon kokonaisvaikutus. Todelliset mittaukset osoittavat, että kaksikerroksisen-suodatinmateriaalin lian-pidätyskyky on yli kaksi kertaa yksikerroksisen-suodatinmateriaalin kapasiteetti. Samalla suodatusnopeudella suodatussykliä pidennetään; ja samalla suodatussyklillä suodatusnopeutta voidaan lisätä. Alla olevan kuvan vertailukäyrä osoittaa selvästi, että kaksikerroksisen-suodatinmateriaalin lian-pitoala on paljon suurempi kuin yksikerroksisen-suodatinmateriaalin, mikä osoittaa, että lian-pitokyky kaksinkertaistuu, kun suodatinkerroksen paksuus on sama. Jos sisään tulevan veden laatu on tasainen, kaksikerroksisen suodatinmateriaalin toimintajakso on kaksi kertaa suurempi kuin yksikerroksisen suodatinmateriaalin.
Tätä tekniikkaa käytetään laajasti jätevedenpuhdistamoissa sekä kotimaassa että kansainvälisesti merkittävillä tuloksilla, ja se on käytännöllinen tapa parantaa suodattimen suorituskykyä.
V. Monikerroksinen suodatinmateriaali
Monikerroksinen suodatinmateriaali viittaa tyypillisesti kolmeen kerrokseen: ylempi kerros suuria-hiukkasia, kevyttä materiaalia (kuten antrasiittia), keskikerros keskikokoista-partikkelia, keskitiheys{3}}materiaalia (kuten kvartsihiekka) ja alempi kerros pientä-hiukkasta, raskasta magneettihiukkasta tai raskasta materiaalia. Partikkelikoko pienenee ylhäältä alas kääntäen täysin hiukkaskokojakauman.
Tämä muotoilu parantaa merkittävästi suodatinmateriaalin lian{0}}pidätyskykyä, kun taas hieno suodatinmateriaali pohjassa varmistaa vakaan jäteveden laadun. Suodatusnopeus voi olla suurempi kuin kaksikerroksisissa{2}}suodattimissa. Kun jäteveden sameus on alhainen ja veden laatu on vakaa, voidaan suorittaa suora suodatus (eliminoimalla sedimentaatioprosessi) primääripuhdistuksen saavuttamiseksi. Tällä hetkellä suorassa suodatuksessa käytetään yleisesti kaksi-- ja monikerrossuodattimia-. Sen varmistamiseksi, että jätevesi täyttää tyhjennys- tai uudelleenkäyttöstandardit, voidaan lisätä -molekyylipainoisia-suodatusapuaineita, kuten polyakryyliamidia tai aktivoitua piidioksidia. Suorasuodatus yksinkertaistaa prosessia ja säästää investointeja. Suodatinkerrosten koostumus ja paksuus tulee säätää jäteveden laadun mukaan ja suodatusnopeuden tulee olla alhainen, noin 5 m/h. Näiden esikäsittelyprosessien jälkeen jäteveden laatu on yleensä standardien mukainen; osaa käytetään teolliseen uudelleenkäyttöön, osa täyttää myöhemmät käsittelyvaatimukset ja osa vaatii lisäkäsittelyä.
Yhteenveto
Yksi-kerrossuodatinmateriaalin puutteista, käänteisen hiukkassuodatuksen inspiraation vaikutuksesta ja sitten ylösvirtauksen, kaksisuuntaisen virtauksen, kaksi-kerros- ja moni-kerrossuodattimien kehitykseen, jätevedenkäsittelytekniikka kehittyy kohti korkeaa tehokkuutta ja alhaista kulutusta. Nämä lähestymistavat voivat parantaa suodatinmateriaalin lian-pidätyskykyä, pidentää suodatussykliä, optimoida jäteveden laatua ja edistää ympäristönsuojelua. Käytännössä kaksi-- ja monikerroksiset suodattimet- ovat käytännöllisimpiä-helppokäyttöisiä ja korkean-tuoton. Tulevaisuudessa materiaalien edistymisen ja optimoidun vedenjakelusuunnittelun ansiosta suodattimista tulee entistä tehokkaampia.