Els filtres, com a instal·lacions bàsiques en el camp del tractament d'aigües, s'utilitzen àmpliament en diverses plantes de tractament d'aigües residuals, tractament d'aigües residuals industrials, purificació d'aigua potable i altres escenaris. Tanmateix, en l'ús real, els filtres solen experimentar un rendiment baix, com ara una velocitat de filtració lenta, una obstrucció fàcil del medi de filtre, un efecte de rentat deficient, una capacitat de tractament petita, una qualitat d'efluent inestable i fins i tot pot provocar l'incompliment de les normes de descàrrega o contaminació secundària. Aquests problemes no només afecten l'eficiència del tractament, sinó que també augmenten els costos operatius i la dificultat de manteniment. Per tant, cal explorar maneres de millorar el rendiment del filtre per garantir el seu funcionament estable i eficient. Aquest article comparteix maneres de millorar el rendiment del filtre per als professionals del tractament d'aigua.
I. Colls d'ampolla dels mitjans de filtre d'una-capa
Els filtres de sorra tradicionals d'una-capa utilitzen principalment sorra de quars com a mitjà de filtre, amb la mida de les partícules dissenyada per augmentar gradualment de dalt a baix (fina a la part superior, gruixuda a la part inferior). Superficialment, això sembla filtrar les impureses capa per capa, però en el funcionament real, sovint sorgeixen problemes. La capacitat de retenció de la brutícia del filtre-és una mesura clau del rendiment, que fa referència a la quantitat d'impureses retingudes per unitat de volum del medi de filtre (unitat: kg/m³ o g/cm²). La forta capacitat de retenció de la brutícia- significa que la capa de filtre té un paper important, donant lloc a una alta eficiència de filtració, un cicle de treball llarg i una gran capacitat de tractament d'aigua. Tanmateix, la distribució de les impureses atrapades en una sola capa de medi filtrant és extremadament desigual: la superfície (capa superior) acumula la majoria d'impureses, disminuint més avall, gairebé sense atrapament per sota dels 30 cm. Això fa que la pèrdua de càrrega (resistència al flux) es concentri principalment a la capa superficial, escurçant significativament el cicle de filtració i sovint conduint a l'obstrucció en poques hores. Això es deu al fet que la direcció del flux d'aigua s'alinea amb la mida creixent de les partícules, fent que les impureses s'acumulin ràpidament a la capa superior. Si la mida de les partícules es canvia per disminuir gradualment al llarg de la direcció del flux d'aigua (de gran a petit), és a dir, filtració de "mida de partícula inversa", les impureses es poden distribuir uniformement, augmentant la capacitat de retenció de brutícia, reduint la pèrdua de capçal, allargant el cicle de treball i fins i tot augmentant la velocitat de filtració.
II. Filtració de flux ascendent
Els mitjans de filtre convencionals tenen una mida de partícula més fina a la part superior i una mida de partícula més gruixuda a la part inferior, amb aigua que entra per la part superior i surt per la part inferior. La filtració de flux ascendent manté la mateixa mida de partícula però inverteix la direcció del flux d'aigua: l'aigua entra per la part inferior i surt per la part superior, formant un mode de "mida de partícula inversa".
Els avantatges d'aquest disseny són: distribució uniforme d'impureses a la capa del filtre, millora de la capacitat de retenció de la brutícia-, augment més lent de la resistència al flux d'aigua i cicle de treball estès. Tanmateix, cal controlar la taxa de filtració, ja que les altes taxes de filtració poden provocar l'expansió de la capa de filtre, la pèrdua de sorra fina de la capa superior i afectar la qualitat de l'efluent. Per tant, s'ha d'afegir una malla o reixeta a la capa superficial per protegir-la. Tot i que aquest mètode té l'avantatge de la distribució inversa de la mida de les partícules, pateix problemes com l'expansió limitada de la capa de filtre durant el rentat a contracor, la dificultat en l'eliminació de fangs i l'eliminació incompleta de fangs a causa que el flux d'aigua de rentat a contracor està alineat amb la direcció de filtració. Aquests problemes són difícils d'eliminar completament, per la qual cosa no s'utilitza àmpliament en la pràctica de tractament d'aigües residuals.
III. Filtració de flux-bidireccional
Un contrarentat insuficient en la filtració de flux ascendent va provocar el desenvolupament d'una filtració de flux de dues vies{0}. L'aigua entra simultàniament des de la part inferior i superior del dipòsit del filtre i surt des del centre. La capa de filtre superior utilitza un mètode de flux descendent, mentre que la capa inferior utilitza una distribució inversa de mida de partícules amb un flux ascendent, tal com es mostra al diagrama. La part superior estabilitza la part inferior, evitant l'expansió excessiva de la capa filtrant. Aquest disseny pot millorar la-capacitat de retenció de brutícia del medi de filtre i allargar el cicle de filtració. Tanmateix, l'estructura del dipòsit del filtre és complexa, el funcionament és feixuc i els costos de manteniment són elevats, de manera que rarament s'utilitza a la pràctica.
Tot i que els dos mètodes anteriors tenen limitacions, demostren que canviar la direcció del flux d'aigua i la disposició dels mitjans de filtre pot millorar significativament el rendiment del filtre.
IV. Mitjans de filtre de doble-capa
Actualment, el tipus més popular és el filtre de doble-capa. La seva estructura és similar al model de-capa única, però la composició de la capa de filtre es modifica. La capa superior utilitza medis de filtre lleugers amb una gravetat específica baixa i una gran mida de partícules; la capa inferior utilitza medis de filtre pesats amb gran gravetat específica i mida de partícula petita. Durant el rentat a contracor, a causa de la diferència de gravetat específica, els mitjans més lleugers es troben a la part superior i els mitjans més pesats a la part inferior, formant naturalment una doble capa.
La mida de partícula de cada capa segueix sent més fina a la part superior i més gruixuda a la part inferior, però la mida mitjana de partícula de la capa superior és més gran que la de la capa inferior, aconseguint un efecte de mida de partícula inversa general. Les mesures reals mostren que la capacitat de retenció de brutícia-del suport de filtre de doble-capa és més del doble que el del suport d'una-capa. A la mateixa velocitat de filtració, el cicle de filtració s'allarga; i en el mateix cicle de filtració, es pot augmentar la taxa de filtració. La corba de comparació de la figura següent reflecteix clarament que la -àrea de retenció de brutícia del suport de filtre de doble-capa és molt més gran que la del suport de filtre d'una-capa, cosa que indica que la capacitat de retenció de la brutícia-es duplica quan el gruix de la capa de filtre és el mateix. Si la qualitat de l'aigua afluent és coherent, el cicle de treball del medi de filtre de doble-capa és el doble que el del medi de filtre d'una-capa.
Aquesta tecnologia s'utilitza àmpliament a les plantes de tractament d'aigües residuals tant a nivell nacional com internacional, amb resultats significatius, i és una forma pràctica de millorar el rendiment del filtre.
V. Mitjans de filtre multi-capes
Els mitjans de filtre multi-capes solen referir-se a tres capes: una capa superior de partícules grans-material lleuger (com l'antracita), una capa mitjana de partícules-mitjanes, material-de densitat mitjana (com ara sorra de quars) i una capa inferior de partícules petites-com ara granat, partícules pesades o granat. La mida de les partícules disminueix de dalt a baix, invertint completament la distribució de la mida de les partícules.
Aquest disseny millora significativament la capacitat de retenció de la brutícia{0}}del medi filtrant, mentre que el material filtrant fi de la part inferior garanteix una qualitat estable de l'efluent. La taxa de filtració pot ser més alta que amb els filtres de doble-capa. Quan la terbolesa de les aigües residuals és baixa i la qualitat de l'aigua és estable, es pot realitzar una filtració directa (eliminant el procés de sedimentació) per aconseguir la purificació primària. Actualment, els filtres de doble-capa i multi-capes s'utilitzen habitualment per a la filtració directa. Per garantir que l'efluent compleix els estàndards de descàrrega o reutilització, es poden afegir prèviament ajudes de filtració-molecular-de gran pes, com ara poliacrilamida o sílice activada. La filtració directa simplifica el procés i estalvia inversió. La composició i el gruix de les capes filtrants s'han d'ajustar segons la qualitat de les aigües residuals i la taxa de filtració ha de ser baixa, aproximadament 5 m/h. Després d'aquests processos de pretractament, la qualitat de l'efluent generalment compleix els estàndards; alguns s'utilitzen per a la reutilització industrial, alguns compleixen els requisits de tractament posteriors i alguns requereixen un tractament més avançat.
Resum
Des de les deficiències dels mitjans de filtració d'una-capa, fins a la inspiració de la filtració de partícules inversa i, després, l'evolució dels filtres de flux ascendent, de flux bidireccional, de doble-capa i de multi-capes, la tecnologia de tractament d'aigües residuals s'està desenvolupant cap a una alta eficiència i un baix consum. Aquests enfocaments poden millorar la capacitat de retenció de la brutícia-del medi filtrant, allargar el cicle de filtració, optimitzar la qualitat dels efluents i contribuir a la protecció del medi ambient. A la pràctica, els filtres de doble-capa i multi-són els més pràctics-fàcils d'utilitzar i d'alt-retorn. En el futur, amb els avenços en els materials i el disseny de distribució d'aigua optimitzat, els filtres seran encara més potents.