Filtreid kui veepuhastusvaldkonna põhiseadmeid kasutatakse laialdaselt erinevates reoveepuhastites, tööstuslikes reoveepuhastusseadmetes, joogivee puhastamises ja muudes stsenaariumides. Kuid tegelikul kasutamisel on filtritel sageli kehv toimivus, näiteks aeglane filtreerimiskiirus, filtrikandja lihtne ummistumine, halb tagasipesu, väike puhastusvõimsus, ebastabiilne heitvee kvaliteet ja see võib isegi põhjustada tühjendusstandarditele mittevastavust või sekundaarset reostust. Need probleemid ei mõjuta mitte ainult ravi tõhusust, vaid suurendavad ka tegevuskulusid ja hooldusraskusi. Seetõttu on vaja uurida võimalusi filtri jõudluse parandamiseks, et tagada selle stabiilne ja tõhus töö. See artikkel jagab veepuhastusspetsialistide jaoks võimalusi filtri jõudluse parandamiseks.
I. Ühekihilise-filtrikandja kitsaskohad
Traditsioonilised ühekihilised{0}}liivafiltrid kasutavad filtrikandjana peamiselt kvartsliiva, mille osakeste suurus on kavandatud järk-järgult ülevalt alla suurenema (ülaosa peen, alt jäme). Pealiskaudselt näib, et see filtreerib lisandeid kiht-kihi haaval, kuid tegeliku töö käigus tekivad sageli probleemid. Filtri mustuse -hoidmisvõime on jõudluse põhinäitaja, mis viitab filtrimaterjali mahuühiku kohta peetavate lisandite kogusele (ühik: kg/m³ või g/cm²). Tugev mustuse{5}}hoidmisvõime tähendab, et filtrikiht mängib olulist rolli, mille tulemuseks on kõrge filtreerimise tõhusus, pikk töötsükkel ja suur veetöötlusvõime. Ühes filtrikandja kihis kinni jäänud lisandite jaotus on aga äärmiselt ebaühtlane: pind (ülemine kiht) kogub kõige rohkem lisandeid, vähenedes veelgi allapoole, alla 30 cm ei jää peaaegu üldse kinni. See põhjustab peakadu (voolutakistus) koondumise peamiselt pinnakihti, mis lühendab oluliselt filtreerimistsüklit ja põhjustab sageli ummistumist mõne tunni jooksul. Selle põhjuseks on asjaolu, et veevoolu suund joondub kasvavate osakeste suurusega, põhjustades lisandite kiiret kogunemist ülemisse kihti. Kui osakeste suurust muudetakse nii, et see väheneks järk-järgult veevoolu suunas (suurelt väikesele), st "vastupidine osakeste suurusega" filtreerimine, võivad lisandid jaotuda ühtlaselt, suurendades mustuse{13}pidamisvõimet, vähendades rõhukadu, pikendades töötsüklit ja isegi suurendades filtreerimiskiirust.
II. Ülespoole suunatud voolu filtreerimine
Tavalistel filtrimaterjalidel on ülaosas peenem ja alt jämedam osakeste suurus, vesi siseneb ülevalt ja väljub alt. Ülesvoolu filtreerimine säilitab sama osakeste suuruse, kuid muudab veevoolu suuna vastupidiseks: vesi siseneb alt ja väljub ülevalt, moodustades "vastupidise osakese suuruse" režiimi.
Selle konstruktsiooni eelised on järgmised: ühtlane lisandite jaotus filtrikihis, parem mustuse{0}}pidavus, aeglasem veevoolutakistuse suurenemine ja pikem töötsükkel. Siiski on vaja kontrollida filtreerimiskiirust, kuna kõrge filtreerimiskiirus võib põhjustada filtrikihi laienemist, peene liiva kadu ülemisest kihist ja mõjutada heitvee kvaliteeti. Seetõttu tuleks pinnakihile kaitseks lisada võrk või võre. Kuigi selle meetodi eeliseks on vastupidine osakeste suuruse jaotus, kannatab see selliste probleemide tõttu nagu filtrikihi piiratud laienemine tagasipesu ajal, raskused muda eemaldamisel ja muda mittetäielik eemaldamine, kuna tagasivooluvee vool on joondatud filtreerimissuunaga. Neid probleeme on raske täielikult kõrvaldada, mistõttu seda reoveepuhastuspraktikas laialdaselt ei kasutata.
III. Kahe-suunaline voo filtreerimine
Ebapiisav tagasipesu ülesvoolu filtreerimisel viis kahe{0}}suunalise voolufiltri väljatöötamiseni. Vesi voolab samaaegselt filtripaagi alt ja pealt sisse ning keskelt välja. Ülemine filtrikiht kasutab allavoolu meetodit, samas kui alumine kiht kasutab vastupidist osakeste suuruse jaotust ülespoole suunatud vooluga, nagu on näidatud diagrammil. Ülemine osa stabiliseerib alumist osa, vältides filtrikihi liigset paisumist. See disain võib suurendada filtrikandja mustuse{5}}hoidmisvõimet ja pikendada filtreerimistsüklit. Filtripaagi struktuur on aga keeruline, kasutamine tülikas ja hoolduskulud kõrged, mistõttu kasutatakse seda praktikas harva.
Kuigi ülaltoodud kahel meetodil on piirangud, näitavad need, et veevoolu suuna ja filtrikandja paigutuse muutmine võib filtri jõudlust oluliselt parandada.
IV. Kahekihiline-filtrimeedium
Praegu on kõige populaarsem tüüp kahekihiline{0}}filtrimeedium. Selle struktuur sarnaneb ühe-kihi mudeliga, kuid filtrikihi koostist on muudetud. Ülemine kiht kasutab väikese erikaaluga ja suure osakeste suurusega kerget filtrimaterjali; alumine kiht kasutab rasket filtrimaterjali, millel on suur erikaal ja väike osakeste suurus. Vastupesu ajal on erikaalu erinevuse tõttu kergem kandja peal ja raskem kandja all, moodustades loomulikult kahekihilise kihi.
Iga kihi osakeste suurus jääb ülaosas peenemaks ja alt jämedamaks, kuid ülemise kihi keskmine osakeste suurus on suurem kui alumise kihi osakeste suurus, saavutades üldise vastupidise osakese suuruse efekti. Tegelikud mõõtmised näitavad, et kahekihilise-filtrikandja mustuse-hoidmisvõime on rohkem kui kaks korda suurem kui ühe-kihilise kandja oma. Sama filtreerimiskiiruse korral pikeneb filtreerimistsükkel; ja sama filtreerimistsükli korral saab filtreerimiskiirust suurendada. Alloleval joonisel olev võrdluskõver näitab selgelt, et kahekihilise-filtrikandja mustuse-hoidmisala on palju suurem kui ühe-kihilise filtrikandja oma, mis näitab, et mustuse-hoidmisvõime kahekordistub, kui filtrikihi paksus on sama. Kui sissevoolava vee kvaliteet on ühtlane, on kahekihilise{11}}filtrikandja töötsükkel kaks korda suurem kui ühekihilise{12}}filtri kandja töötsükkel.
Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt reoveepuhastites nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt, saavutades märkimisväärseid tulemusi ning see on praktiline viis filtri jõudluse parandamiseks.
V. Mitmekihiline filtrimeedium
Mitmekihiline filtrimaterjal viitab tavaliselt kolmele kihti: ülemine kiht suurtest osakestest, kergest materjalist (nt antratsiit), keskmine kiht keskmisest -osakestest, keskmise tihedusega materjalist (nt kvartsliiv) ja alumine kiht väikestest-osakestest, teralisest magnetiitmaterjalist või raskest materjalist (granulist magnetvõrk). Osakeste suurus väheneb ülalt alla, muutes täielikult osakeste suuruse jaotuse.
See disain parandab märkimisväärselt filtrimaterjali mustuse{0}}hoidmisvõimet, samas kui põhjas olev peen filtermaterjal tagab stabiilse heitvee kvaliteedi. Filtreerimiskiirus võib olla suurem kui kahekihiliste-filtrite puhul. Kui reovee hägusus on madal ja vee kvaliteet on stabiilne, saab esmase puhastamise saavutamiseks läbi viia otsefiltreerimise (kaotades settimisprotsessi). Praegu kasutatakse otseseks filtreerimiseks tavaliselt kahe{5}}- ja mitmekihilisi{6}}filtreid. Et heitvesi vastaks väljalaske- või taaskasutusstandarditele, võib eelnevalt lisada suure -molekulaarse-filtri abiaineid, nagu polüakrüülamiidi või aktiveeritud ränidioksiidi. Otsene filtreerimine lihtsustab protsessi ja säästab investeeringuid. Filtrikihtide koostist ja paksust tuleks kohandada vastavalt reovee kvaliteedile ning filtreerimiskiirus peaks olema madal, ligikaudu 5 m/h. Pärast neid eeltöötlusprotsesse vastab heitvee kvaliteet üldiselt standarditele; mõnda neist kasutatakse tööstuslikuks taaskasutamiseks, mõned vastavad hilisematele töötlemisnõuetele ja mõned nõuavad edasist täiustatud töötlemist.
Kokkuvõte
Reoveepuhastustehnoloogia areneb suure tõhususe ja madala tarbimise suunas alates ühe-kihifiltri puudujääkidest kuni osakeste pöördfiltreerimisest saadud inspiratsioonini ja seejärel ülesvoolu, kahesuunalise voolu, kahe-kihi ja mitme-kihi filtrite arenguni. Need lähenemisviisid võivad parandada filtermaterjalide mustuse{4}}pidavusvõimet, pikendada filtreerimistsüklit, optimeerida heitvee kvaliteeti ja aidata kaasa keskkonnakaitsele. Praktikas on kahe--- ja mitmekihilised{7}}filtrid kõige praktilisemad,-lihtsalt kasutatavad ja suure-tootlikkusega. Tulevikus muutuvad filtrid tänu materjalide edusammudele ja optimeeritud veejaotuskonstruktsioonile veelgi võimsamaks.