دستگاه فیلتر شنی یا همان صافی شنی با فیلتراسیون فیزیکی آب، ذرات معلق و کدرورت موجود در آب را حذف می‌کند. در این دستگاه آب کدر از بستری حاوی دانه‌های ماسه و سیلیس عبور داده می‌شود. در اثر عبور آب بستر ماسه، ذرات آب معلق بین ذرات ماسه محبوس شده و آب تقریباً عاری از مواد معلق و کدری به دست می‌آید. فیلترهای شنی یکی از بهترین راه‌ها برای کاهش غلظت مواد معلق در آب هستند. صافی شنی از جنس‌های فولادی، بتنی، فایبر گلاس طراحی و تولید می‌شود.
فهرست مطالب
انتخاب و خرید فیلتر شنی
به‌طور معمول از فیلتر شنی برای حذف کردن انواع ذرات معلق بیولوژیکی موجود در آب و تا قطر ۵۰ میکرون استفاده می‌شود. این ناخالصی‌ها می‌تواند شامل انواع مواد آلی، پلانکتون، باکتری‌ها و ذرات حاصل از خوردگی، گل، رنگ و… باشد. این پاک‌سازی در مراحل اولیه سیستم‌های تصفیه آب صنعتی انجام می‌شود. هم‌چنین اغلب اوقات پس از این فیلترها از فیلتر کربنی نیز در مسیر تصفیه آب استفاده می‌شود.
ماسه دارای قدرت تصفیه کردن آبهای گوناگون است. تصفیه کردن در دستگاه فیلتر شنی به‌دلیل استفاده کردن از طبیعت ماسه سبب می‌شود که این تصفیه شدن به خوبی انجام گیرد. فرایندهای بیولوژیکی و فیزیکی زیادی در تصفیه آب توسط این فیلتر مؤثر هستند. این فرایندها در نهایت سبب جدا شدن مواد زائد موجود در آب می‌شود. آهن محلول در فیلتر شنی نابود می‌شود و این فرایند بیشتر در آبهای زمینی رخ خواهد داد. در واقع آبهای زیرزمینی به این نوع تصفیه نیازمندند.
فیلتر شنی Sand Filter چیست؟
فیلتر شنی تصفیه آب از دسته فیلترهایی است که حفره دارد و در دو نوع فیلتر شنی جداکننده مایعات و فیلتر شنی جداکننده جامدات مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای حذف جامدات از آب‌ها از روش فیلتر موجود بر روی سطح استفاده می‌کنند. در این روش در نهایت جداسازی بر روی جامدات موجود در این دسته انجام می‌شود. سطحی که برای این فیلتر طراحی شده است، مانند یک شکارچی جامدات ته‌نشین‌شده را به دام خواهد انداخت.
در این فیلتر عمق برای ذرات موجود در سطح آب‌ها تله‌ای خطرناک قرار داده شده است. این تله ذرات را در حفره‌هایی عمیق به دام می‌اندازد. فیلتر شنی عمق دارای انواع مختلفی است. مواد فیبری و مواد دانه‌ای انواعی از فیلترهای شنی هستند. فیلتر شنی را برای جداسازی مواد اندک و مواد جامدی که در محلول‌های ریز وجود دارند، مورد استفاده قرار می‌دهند.
انواع فیلتر شنی
تحت فشار،سریع، آهسته، جریان بالا.
فیلترهای شنی تحت فشار (Pressurized sand filters):
فیلترهای شنی تحت فشار (Pressurized sand filters): فیلتراسیون آب با سرعت یکنواخت انجام می‌شود. ظرفیت جریان از ۱۱۰ تا ۱۵۰ Lpm تا بیش از ۱۱.۵۰۰ تا ۱۵،۰۰۰ Lpm برای واحدهای مورداستفاده در سیستم‌های بزرگ تجاری متغیر است.
فیلترهای شنی سریع (Rapid sand filters):
فیلترهای شنی سریع واحدهای تحت فشاری هستند که اغلب در واحدهای موازی استفاده می‌شوند. جنس دستگاه اغلب فایبرگلاس یا استیل است و در اندازه‌ها و قابلیت‌های مختلف در دسترس هستند. نصب این فیلترها به مساحت نسبتاً کمی نیاز دارد. در اندازه‌های بزرگتر با پوشش اپوکسی و در انواع کوچک‌تر با جنس فایبرگلاس هستند.
فیلترهای شنی آهسته (Slow sand filters):
سرعت جریان آب در این فیلترها آهسته است و باعث می‌شود ذرات بیشتری حفظ شوند. در این فیلتر از مواد منعقدکننده استفاده نمی‌شود و فعالیت بیولوژیکی را تشویق می‌کند. فیلتر شنی آهسته باعث از بین بردن رنگ، کدورت و باکتری می‌شود. در دو روش اول استفاده از فلوکولانت بسیار رایج است. فیلتر شنی آهسته می‌تواند تا ۹۹ درصد عوامل بیماری‌زای موجود در آب را از بین ببرد. این عوامل بیماری‌زا توسط این فیلتر بر اساس نوع طعم و مزه و بو تصفیه می‌شوند و نیازی به مواد شیمیایی ندارند.
امکان استفاده این روش‌ها در تصفیه‌خانه‌های معمولی نیز وجود دارد. مواد اولیه برای ساخت این فیلتر بسیار ساده و در درسترس عموم است. در گذشته‌های دور از این روش‌ها برای تصفیه آب استفاده می‌کردند و این روش را می توان جزء روش‌های باستانی تصفیه آب در نظر گرفت. فیلترهای خشت متخلخل محبوب مردم کشور مصر بود. این مردم از این نوع فیلترها برای تصفیه شراب و آب و دیگر نوشیدنی‌ها و مایعات خود استفاده می‌کردند.
ساختار صافی شنی
فیلتر شنی در دو مکان مشخص یعنی کف نازل و سیستم زهکشی قرار دارد. آب فیلتر شده از این قسمت‌ها خارج خواهد شد. آبی که نیاز به تصفیه شدن دارد از این بخش‌ها به فیلتر وارد و فرایند تصفیه شدن آن آغاز می‌شود. پساب به کمک سیستم زهکشی موجود در فیلتر شنی خارج خواهد شد. این نوع فیلتر دارای مقیاس‌های بزرگی است که سبب توزیع آب خام در فیلتر می‌شوند. سیستم توزیع کنترل‌کننده جریان هوا هم در فیلتر شنی گنجانده شده است که از جاری شدن بیش از حد آب جلوگیری می‌کند.
عملکرد فیلتر شنی در تصفیه آب
رسیدن فیلتر به معنای بالا رفتن توان فیلتر پس از فرایند جذب مقداری از ذرات موجود در سطح فیلتر است. اگر معیارهای تصفیه آب به خوبی انجام نگرفته باشند، در این صورت باید دوباره تصفیه شوند. این فرایند بیشتر در زمان رسیدن فیلتر رخ خواهد داد. فرایند احیا سبب جدا شدن مواد جامد باقی‌مانده در داخل فیلتر شنی می‌شود. آب و هوا باید به عقب پمپ فرستاده شوند تا فرایند شستشو به‌طور کامل انجام شود. فاضلابی که از این شستشو باقی می‌ماند، باید دور ریخته شود و بر اساس حجم مواد باقی‌مانده در فیلتر، زمان شستشو تعیین خواهد شد. هر چه میزان این موارد بیشتر باشد، زمان شستشو هم بیشتر خواهد بود. البته این زمان دارای استاندارد خاصی است و نباید از زمان تعیین شده بیشتر شود.
فرایند تمیز شدن فیلتر شنی
فیلتر شنی دارای قابلیت تمیز شدن با آب است و می‌توان آن را با شستشوی معمولی با آب تمیز نمود. این فیلتر هنگامی نیاز به شستشو دارد که ذرات زیادی در آن ته‌نشین شده باشد و در این هنگام باید آن را تمیز کرد. علاوه بر آب می‌توان این فیلتر را با هوا هم تمیز کرد.
مکانیسم فیلتر شنی در تصفیه آب
فیلتر شنی برای تصفیه آب چند نوع مکانیسم را مورد استفاده قرار می‌دهد. از این مکانیسم‌ها می‌توان به مکانیسم جذب مواد ریز و مکانیسم برخورد مستقیم اشاره کرد.
مکانیسم جذب مواد ریز
حفره‌هایی که در این نوع فیلتر وجود دارد، باعث می‌شود مواد معلق موجود در سطح آب‌ها به دام بیافتد. این مواد دیگر در سطح این فیلتر به‌صورت شناور باقی نمی‌مانند و در داخل این حفره‌ها جای می‌گیرند. مایع در هنگام عبور از داخل شن، مواد معلق و ذرات ریز موجود در خود را در حفره‌های موجود در فیلتر شنی به جای می‌گذارد. شن موجود پس از پایان یافتن تصفیه آب، از سطح این فیلتر خارج و مواد باقی‌مانده تخلیه می‌شود.
برخورد مستقیم
در این روش که برای تصفیه آب به‌کار برده می‌شود، آب به‌طور مستقم از فیلتر شنی عبور می‌کند. بارهای مثبت و منفی موجود در شن مایعات غیرهم‌نام خود را به سوی خود جذب می‌کنند. بار ذرات همیشه راهی برای تصفیه آب‌ها در فیلترهای شنی نیستند و از حفره‌های موجود در سطح شن‌ها برای این کار استفاده می‌شود. در واقع از هر دو روش برای تصفیه آب‌ها استفاده می‌شود. این کار با استفاده از نیروی واندر والسی انجام می‌گیرد و باعث به‌دام افتادن ذرات در این گودال‌ها می‌شود. تخلیه کردن این ذرات جامد، پس از به پایین رسیدن ظرفیت فیلتر شنی رخ خواهد داد.
محاسبه، طراحی و ساخت انواع فیلتر شنی
دانه‌های شنی کوچک‌تر برای تصفیه به سطح کمتر و دانه‌های بزرگتر، به سطح بیشتری نیاز دارند. انتقال مایعات به پمپاژ زیادی نیازمند است و سایز معمولی دانه‌ها در محدوده ۰/۶ تا ۲/۱ میلی‌متر است. ذرات تخصصی‌تر دارای سایزهای متفاوتی هستند و این سایزها بر اساس نیاز ممکن است بسیار بزرگتر یا کوچک‌تر باشند. تبدیل شدن ذرات به یک حجم سطحی در اثر بسته شدن منافذ به وجود خواهد آمد.
موردی که ذکر شد از مشکلات اساسی این نوع فیلتر است که باید برای حل این معضل راهی اساسی در نظر گرفته شود. بیش‌ترین سرعت ممکن در فیلتر شنی ۹ متر مکعب است. مایعات باید در مسیر درست خود قرار بگیرند و هیچ مانعی نباید در مسیر حرکت مایعات وجود داشته باشد. مهم‌ترین نکته در بخش طراحی این مسئله است. نباید فراموش کرد که هرگونه اختلالی در این مرحله سبب ایجاد مشکلات جدی در تصفیه آب می‌شود.
طراحی فیلتر شنی
میزان فشار معمول این فیلتر بین ۲ تا ۵ بار است که افت فشار در آن کم اتفاق می‌افتد. اگر فیلتر تمیز باشد، افت فشار بسیار کمی در فیلتر مشاهده می‌شود. اما آلوده بودن این فیلتر سبب پایین آمدن سطح فشار فیلتر می‌شود. از مزایای این فیلتر می‌توان به جذب ذرات بسیار ریز اشاره کرد.
طراحی فیلتر شنی آهسته
سرعت تصفیه شدن در این نوع از فیلتر شنی، آهسته و از نظر بیولوژیکی فعال است. تصفیه بیولوژیکی توسط میکروارگانیسم‌ها صورت می‌گیرد و ۰/۹ تا ۵/۱ متر عمق مناسب و استاندارد آن است. ۱۰ تا ۲۰ روز پس از آغاز عملیات شاهد تشکیل شدن یک لایه میکروبی خواهیم بود. آب خام در طی فرایند تصفیه شدن و به دام انداختن مواد داخل حفره‌های خاصی، آلودگی‌هایی مانند: باکتری‌ها، ویروس‌ها و کیست‌ها و مواد آلی را از بین می‌برد. هم‌چنین خراش دادن در واقع احیا کردن فیلترهای شن آهسته است. این روش سبب نابود شدن ذرات خشک‌شده در فیلترها می‌شود و این کار را به‌صورت مکانیکی انجام می‌دهد. این روند به‌علت سیستم خاصی که دارد در زیر آب انجام خواهد گرفت. آب تصفیه‌شده می‌تواند با میزان کدری کنترل شود و این فرایند با این فاکتور قابلیت کنترل شدن دارد.
این نوع فیلترها دارای صرفه اقتصادی بیشتری هستند و استفاده کردن از آن‌ها بسیار به‌صرفه است و وجه اقتصادی دارد. فیلترشنی آهسته به دلیل استفاده نکردن از هیچ‌‌گونه تصفیه شیمیایی آبی سالم‌تر را تحویل می‌دهد. یکی از ضررهای استفاده از فیلترهای شنی آهسته کند بودن آن‌ها است. با توجه به صنعتی شدن زندگی انسان، نیاز به استفاده کردن از روش‌هایی سریع‌تر حس می‌شود. بنابراین فیلترهای شنی سریع، گزینه مناسب‌تری برای استفاده کردن در دنیای امروز هستند. این نوع فیلترها، سرعت بیشتری نسبت به فیلترهای شنی آهسته دارند.
طراحی فیلترهای بستر مخلوط
فیلترهای بستر مخلوط، دارای لایه‌های مختلفی هستند. این فیلترها، به‌طور کلی فیلترهای بستر مخلوطی که ماده اصلی استفاده شده در داخل آن‌ها، شن است، هستند. ایلمنیت و آنتراسیت را نیز در درون فیلتر نوع بستر مخلوط می‌توان یافت. گارنت هم از دیگر موادی است که فیلترهای مختلف شنی را تشکیل می‌دهد. ایلمنیت و گارنت هر دو بسیار سختند و نسبت به شن و ماسه از سنگین‌ترند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که بهتر می‌توانند آب را تصفیه کنند. آنتراسیت را هم ماده‌ای سخت از شن و ماسه می‌شناسند و احتمال تخریب این ماده کم است.
رنگ قرمز گارنت به‌علت وجود چندین نوع ماده معدنی در درون این ماده تشکیل شده است. ایلمنیت از ترکیب آهن و تیتانیوم با اکسیژن به وجود می‌آید و می‌توان از این مواد برای فرایند جذب فیلترها و فرایند تصفیه آن‌ها بهره برد. موادی که در این مطلب ذکر شد، امکان ترکیب شدن یا استفاده تکی را دارند و می‌توانند ترکیب خاصی را تشکیل دهند.
فیلتر شنی در تصفیه آب
بین تمام روش‌هایی که به آن‌ها اشاره کردیم، تنها روش فیلتر شنی آهسته نیازی به استفاده کردن از مواد شیمیایی ندارد. بقیه روش‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، همگی به روش‌های شیمیایی نیازمندند. تمامی مواد شیمیایی مورد استفاده، منعقدکننده و برای ته نشین کردن مواد معلق در آب بسیار ضروری هستند. پس از فرایند لخته شدن آب توسط فیلتر شنی، آب از این فیلتر عبور می‌کند و ذرات موجود در آب جدا خواهند شد. نیروی گرانش به این فرایند کمک زیادی می‌کند. باکتری‌ها و ویروس‌های موجود در آب را از این طریق از بین می‌برد. هم‌چنین بیشتر مواد جامد موجود در این آب‌ها از طریق ته‌نشین شدن دفع می‌شود. فیلترهای شنی به برطرف کردن طعم و بوی آب کمک می‌کنند. لایه‌ای از کربن فعال در فیلترهای شنی سبب نابودی این طعم و بوها خواهد شد.
فیلتر شنی در تصفیه فاضلاب
فیلتر شنی در تصفیه فاضلاب هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تصفیه کردن برخی فاضلاب‌های صنعتی، از این نوع فیلترها استفاده می‌شود. مانند تصفیه آب‌ها، در تصفیه فاضلاب‌ها هم مواد معلق موجود در فاضلاب در این حفره‌ها به دام می‌افتند. در واقع یک ماتریس فیزیکی برای تجزیه کردن نیتروژن و آمونیاک موجود در این فاضلاب‌ها به‌وجود می‌آید و در نهایت باکتری‌ها و نیترات‌های موجود در این فاضلاب‌ها هم از این طریق دفع خواهند شد. فرایند فیلتراسیون دارای روش‌های بسیار مطلوبی است اما بهترین نوع این تصفیه‌ها، توسط فیلتر شنی صورت می‌گیرد. فیلترهای ماسه‌ای هسته‌ای از بهترین انواع فیلترها هستند وبه عنوان کاربردی‌ترین و محبوب‌ترین فیلترها شناخته می‌شوند.
چالش‌های مهم در روند تصفیه با فیلتر شنی
عوامل آلاینده آب باید به‌صورت کامل شناسایی و نابود شوند، در غیر این صورت مشکلات بسیار زیادی گریبان‌گیر انسان‌ها خواهد بود. فیلتراسیون و شستشوی برگشتی زمان لازم برای تصفیه کامل آب را تحت شعاع قرار خواهد داد. در برخی حالت‌ها ممکن است سرعت تصفیه آب از سرعت مصرف آن کمتر باشد که در این حالت باید به دنبال راه مناسبی برای برطرف کردن این معضل بود. انتخاب روش تصفیه مناسب و سرعت آن نیاز به کارشناسی‌های بسیار دقیق کارشناسان و متخصصان این زمینه دارد. در این زمینه می‌توانید با کارشناسان متخصص شرکت مهندسین مهاب مشورت کنید تا تمامی راهنمایی‌های لازم را در این زمینه به شما ارائه کنند.
فیلتراسیون کربن فعال
کربن دارای ظرفیت بسیار بالایی برای جذب مواد است. این مواد عبارتند از:
- آلاینده‌های آلی و کلر
- سموم دفع آفت و روغن‌های محلول
- رنگ‌دهنده‌ها و طعم‌دهنده‌ها
- فلزات سنگین
- مواد معطر آروماتیک
- هیدروکربن‌ها و شوینده‌ها
از کربن فعال برای تصفیه آب استفاده می‌کنند و مخازن این مواد مرتب شسته می‌شوند تا ذرات معلق را از سطح آن‌ها به‌طور کامل جدا کنند. این نوع کربن‌ها هم پس از اشباع شدن جایگزین می‌شوند و فرایند تعویض آن‌ها به‌صورت کامل صورت خواهد پذیرفت.
