فرآيندهاي فيلتراسيون (Filtration process)

فرآیندهای فیلتراسیون (Filtration  process)


کلیات روش های فیلتراسیون
 بررسی انواع روشها و مکانیزم های فیلتراسیون


فیلتراسیون  (صاف سازی) Filtration


ذرات معلق در آب و فاضلاب هم از نظر اندازه و هم از نظر تعداد ذرات در واحد حجم (غلظت ذرات) بسیار متفاوت و متنوع می باشند. به همین دلیل از دستگاه ها و وسایل مختلفی برای کاهش ذرات معلق آب و فاضلاب استفاده می شود.
فیلتراسیون (صاف سازی): به حذف مکانیکی ذرات عامل کدورت از طریق عبور دادن آب از میان یک بستر متخلخل گفته می شود که این بستر می تواند هم به صورت بستر گرانوله و هم به صورت غشاء باشد. هدف از صاف سازی حذف تمام ذرات ایجاد کننده کدورت است که از فاز ته نشینی عبور کرده اند و به این ترتیب آب زلال شفافی با کدورت تقریباً صفر تولید می شود.
در شکل 1- دستگاه های مختلف جداسازی (از ته نشینی ساده تا انواع فرآیندهای غشایی) با توجه به اندازه ذرات نشان داده شده است.


 


شکل- تقسیم بندی دستگاه های جداسازی با توجه به اندازه ذرات معلق


حذف جامدات معلق توسط فیلتراسیون در زلال سازی طبیعی آبهای زیر زمینی، سطحی و نیز آب تصفیه خانه ها نقش مهمی ایفا می کند. در فرآیند تصفیه طبیعی، با نفوذ آب در خاک قسمت عمده ذرات معلق آن حذف می گردد. بنابراین فیلتراسیون آبهای زیر زمینی معمولاً ضرورت ندارد. تنها استثنا مربوط به زمانی است که تصفیه آب به منظور حذف سختی، آهن یا منگنز انجام می شود. استثنای دیگر مربوط به سیستم هائی است که به نحوی طراحی شده است که تحت تأثیر جریانات مستقیم آب سطحی هستند، دراین سیستم ها فرآیند فیلتراسیون جزء اصلی عمل تصفیه می باشد. از آنجائی که آب سطحی در معرض تماس با انواع آلاینده ها قرار دارد به دلیل زیبائی شناختی و بهداشتی معمولاً عملیات فیلتراسیون برای حذف ذرات معلق ضرورت می یابد. فیلتراسیون می بایستی کدورت نهایی را به کمتر از مقادیر تعیین شده در استانداردها برساند.


شرح فرآیند


هدف اصلی فرایند فیلتراسیون حذف جامدات معلق می باشد. مواد معلق شامل ذرات تشکیل شده در طی فرآیند انعقاد، لخته سازی و ته نشینی، میکروارگانیسم ها و رسوباتی نظیر کربنات کلسیم می باشند.
این مواد در هنگام عبور آب از بستر فیلتر (که محیط فیلتر نامیده می شود)، حذف می گردند. بستر فیلتر شامل شن یا مخلوطی از شن، ذغال آنتراسیت، سنگ گارنت و مواد مصنوعی مشابه یا انواع غشاها می باشد.


اصول حذف ذرات


زمانی که آب از محیط فیلتر عبور می کند بر طبق چهار مکانیسم ذرات معلق حذف می شوند، این مکانیسم ها عبارتند از :
1- حبس فیزیکی ذرات
2- جذب فیزیکی ذرات
3- عمل بیولوژیکی
4- جذب شیمیایی ذرات 


انواع فیلترها


فیلترها را می توان بر اساس سرعت فیلتراسیون نوع بستر فیلتر و نوع عمل آنها تقسیم بندی نمود. هم اکنون تقسیم بندی های گوناگونی از انواع فیلترها وجود دارد ولی در کل فیلترها به دو دسته کلی ثقلی و فشاری تقسیم می شوند، در فیلترهای ثقلی نیروی ثقل باعث حرکت آب از میان بستر فیلتر می شود. در فیلترهای فشاری، نیروی فشاری آب باعث عبور آب از میان بستر فیلتر خواهد شد. فیلترهای ثقلی بسیار متداول تر هستند. از آنجائی که دامنه این تحقیق شامل عملکرد فیلتراسیون در تصفیه آب و بررسی سیستم های تلفیقی فیلتراسیون در تصفیه آب رودخانه بهمن شیر می باشد، لذا انواع روشهای فیلتراسیون در ادامه بررسی خواهند شد.
فیلترها (صافی ها)را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

الف- فیلترهای سطحی: که عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می باشد انجام می شود. مثل انواع غشاها، کاغذ صافی یا فیلتر کیسه ای.
ب- فیلترهای عمقی: که عمل جداشدن ذرات معلق از مایع در اعماق بستر صورت می گیرد مثل فیلترهای ثقلی یا فشاری.
در تصفیه آب و فاضلاب منظور از فیلتر، معمولاً فیلترهای عمقی است و فیلترهای سطحی مطرح در تصفیه آب و فاضلاب، بیشتر انواع غشاها هستند.
بطور کلی اگر غلظت مواد معلق در نمونه کم و در حدود کمتر از 1/0 درصد حجمی باشد، از فیلترهای عمقی استفاده می شود اما اگر غلظت مواد معلق زیاد باشد، اقتصادی تر آن است که از فیلترهای سطحی استفاده شود.
برای دبی (حجم در واحد زمان ) و غلظت مواد معلق زیاد بجای فیلتر، حوضچه ته نشینی توصیه می شود.
اگر مواد معلق آب خیلی بیشتر از 50 ppm و نیز حجم آب مورد نظر زیاد باشد. برای حذف مواد معلق از دستگاه های ته نشین کننده استفاده می شود.
اگر مواد معلق کمتر از 50 ppm باشد و مخصوصاً اگر دبی آب کم باشد برای حذف مواد معلق از فیلترها استفاده می شود.
هرچه ذرات معلق ریز تر باشند، حذف آنها با فیلترهای سطحی در مقایسه با فیلترهای عمقی، با راندمان بیشتری انجام می شود. اما هر چه ذرات ریزتر باشند، هزینه تصفیه بیشتر افزایش می یابد از این رو درشت تر کردن ذرات یا انعقاد سازی توصیه می شود.


انواع صافی ها بر اساس شکل بستر، میزان صافی سازی یا اصول بهره برداری


صافی شنی کند
صافی شنی تند
صافی شنی با بار گذاری بالا
صافی ها با بستر دو گانه
صافی ها با بستر سه گانه یا مخلوط
صافی های با بسترگرانول کربن فعال
صافی های فشاری
صاف سازی غشایی
-    میكروفیلتراسیون         (MF)   Micro filtration    
-    اولترافیلتراسیون         (UF)     Ultra filtration
-     نانوفیلتراسیون          (NF)    Nano filtration       
-    اسمز معكوس          (RO)  Reverse osmosis     
-    غشای الکترودیالیز    Electrodeionization (EDI)



 

محدوده حذف انواع ذرات توسط فیلتر