Filtre, som kernefaciliteter på vandbehandlingsområdet, er meget udbredt i forskellige spildevandsrensningsanlæg, industriel spildevandsrensning, drikkevandsrensning og andre scenarier. Ved faktisk brug oplever filtre dog ofte dårlig ydeevne, såsom langsom filtreringshastighed, let tilstopning af filtermedier, dårlig tilbageskylningseffekt, lille behandlingskapacitet, ustabil spildevandskvalitet og kan endda føre til manglende-overholdelse af udledningsstandarder eller sekundær forurening. Disse problemer påvirker ikke kun behandlingseffektiviteten, men øger også driftsomkostninger og vedligeholdelsesbesvær. Derfor er det nødvendigt at udforske måder at forbedre filterydelsen på for at sikre dets stabile og effektive drift. Denne artikel deler måder til at forbedre filterydelsen for vandbehandlingsprofessionelle.
I. Flaskehalse ved enkeltlagsfiltermedier.-
Traditionelle enkeltlagssandfiltre bruger hovedsageligt kvartssand som filtermedie, med partikelstørrelsen designet til gradvist at øges fra top til bund (fint i toppen, grov i bunden). Overfladisk ser dette ud til at filtrere urenheder lag for lag, men i den faktiske drift opstår der ofte problemer. Filterets snavs-holdende kapacitet er et nøglemål for ydeevne, der refererer til mængden af tilbageholdte urenheder pr. volumenenhed filtermedie (enhed: kg/m³ eller g/cm²). Stærk snavs-tilbageholdende kapacitet betyder, at filterlaget spiller en væsentlig rolle, hvilket resulterer i høj filtreringseffektivitet, lang arbejdscyklus og stor vandbehandlingskapacitet. Imidlertid er fordelingen af urenheder fanget i et enkelt lag filtermedie ekstremt ujævn: overfladen (øverste lag) akkumulerer de fleste urenheder, idet de aftager længere nede, næsten uden at fange under 30 cm. Dette medfører, at tryktab (strømningsmodstand) hovedsageligt koncentreres i overfladelaget, hvilket forkorter filtreringscyklussen væsentligt og fører ofte til tilstopning inden for få timer. Dette skyldes, at vandstrømningsretningen flugter med den stigende partikelstørrelse, hvilket får urenheder til at akkumulere hurtigt i det øvre lag. Hvis partikelstørrelsen ændres til gradvist at falde langs vandstrømningsretningen (fra stor til lille), dvs. filtrering med "omvendt partikelstørrelse", kan urenhederne fordeles jævnt, hvilket øger snavs{13}}holdekapaciteten, reducerer tryktab, forlænger arbejdscyklussen og øger endda filtreringshastigheden.
II. Opadgående flowfiltrering
Konventionelle filtermedier har en finere partikelstørrelse i toppen og en grovere partikelstørrelse i bunden, hvor vand kommer ind fra toppen og ud fra bunden. Opadgående strømningsfiltrering bibeholder den samme partikelstørrelse, men vender vandstrømsretningen: vand kommer ind fra bunden og forlader toppen og danner en "omvendt partikelstørrelse"-tilstand.
Fordelene ved dette design er: ensartet urenhedsfordeling i filterlaget, forbedret snavs-tilbageholdelseskapacitet, langsommere stigning i vandstrømningsmodstanden og forlænget arbejdscyklus. Det er dog nødvendigt at kontrollere filtreringshastigheden, da høje filtreringshastigheder kan forårsage filterlagsudvidelse, tab af fint sand fra det øverste lag og påvirke spildevandskvaliteten. Derfor bør der tilføjes et net eller gitter til overfladelaget til beskyttelse. Selvom denne metode har fordelen ved omvendt partikelstørrelsesfordeling, lider den af problemer såsom begrænset filterlagsudvidelse under tilbageskylning, vanskeligheder med slamfjernelse og ufuldstændig slamfjernelse på grund af tilbageskylningsvandstrømmen, der er på linje med filtreringsretningen. Disse problemer er svære at eliminere fuldstændigt, så det er ikke meget brugt i spildevandsbehandlingspraksis.
III. To--Flowfiltrering
Utilstrækkelig tilbageskylning i opadgående strømningsfiltrering førte til udviklingen af to-strømsfiltrering. Vand strømmer ind samtidig fra bunden og toppen af filtertanken og ud fra midten. Det øverste filterlag bruger en nedadgående strømningsmetode, mens det nederste lag bruger en omvendt partikelstørrelsesfordeling med en opadgående strømning, som vist i diagrammet. Den øverste del stabiliserer den nederste del, hvilket forhindrer overdreven udvidelse af filterlaget. Dette design kan forbedre filtermediets-tilbageholdende kapacitet og forlænge filtreringscyklussen. Filtertankens struktur er dog kompleks, driften er besværlig, og vedligeholdelsesomkostningerne er høje, så den bruges sjældent i praksis.
Selvom de to ovennævnte metoder har begrænsninger, viser de, at ændring af vandstrømningsretningen og filtermedielayoutet kan forbedre filterets ydeevne betydeligt.
IV. Dobbelt-Layer Filter Media
I øjeblikket er den mest populære type filtermediet med dobbelt-lag. Dens struktur ligner enkeltlagsmodellen-, men sammensætningen af filterlaget er ændret. Det øverste lag bruger lette filtermedier med lav vægtfylde og stor partikelstørrelse; det nederste lag bruger tunge filtermedier med høj vægtfylde og lille partikelstørrelse. Under tilbageskylning, på grund af forskellen i vægtfylde, er det lettere medie øverst, og det tungere medium er i bunden, hvilket naturligt danner et dobbeltlag.
Partikelstørrelsen af hvert lag forbliver finere i toppen og grovere i bunden, men den gennemsnitlige partikelstørrelse af det øvre lag er større end det nederste lag, hvilket opnår en samlet omvendt partikelstørrelseseffekt. Faktiske målinger viser, at snavs-kapaciteten for dobbelt-filtermedier er mere end dobbelt så stor som for enkeltlags-medier. Ved samme filtreringshastighed forlænges filtreringscyklussen; og ved samme filtreringscyklus kan filtreringshastigheden øges. Sammenligningskurven i figuren nedenfor afspejler tydeligt, at snavs-tilbageholdelsesområdet for det dobbelte-lags filtermedie er meget større end det for enkelt-filtermediet, hvilket indikerer, at snavs-tilbageholdelseskapaciteten fordobles, når filterlagets tykkelse er den samme. Hvis den indgående vandkvalitet er ensartet, er arbejdscyklussen for dobbelt-filtermediet dobbelt så stor som for enkelt-filtermediet.
Denne teknologi er meget udbredt i spildevandsrensningsanlæg både herhjemme og internationalt, med betydelige resultater, og er en praktisk måde at forbedre filterydelsen på.
V. Filtermedier med flere-lag
Fler-lagsfiltermedier refererer typisk til tre lag: et øvre lag af store-partikler, letvægtsmateriale (såsom antracit), et mellemlag af medium-partikler, medium-densitetsmateriale (såsom kvartssand) og et nedre lag af små-partikler, tungt granatmateriale (såsom magnetisk granatmateriale). Partikelstørrelsen falder fra top til bund, hvilket fuldstændig vender partikelstørrelsesfordelingen.
Dette design forbedrer filtermediets snavs-holdende kapacitet markant, mens det fine filtermedie i bunden sikrer en stabil spildevandskvalitet. Filtreringshastigheden kan være højere end med dobbelt--lagsfiltre. Når spildevandets turbiditet er lav, og vandkvaliteten er stabil, kan der udføres direkte filtrering (eliminering af sedimenteringsprocessen) for at opnå primær rensning. I øjeblikket bruges dobbelt--- og flerlagsfiltre almindeligvis til direkte filtrering. For at sikre, at spildevandet overholder udlednings- eller genbrugsstandarder, kan der på forhånd tilføjes-molekylære-filtreringshjælpemidler, såsom polyacrylamid eller aktiveret silica. Direkte filtrering forenkler processen og sparer investeringer. Sammensætningen og tykkelsen af filterlagene bør tilpasses efter spildevandskvaliteten, og filtreringshastigheden bør være lav, ca. 5 m/t. Efter disse forbehandlingsprocesser opfylder spildevandskvaliteten generelt standarderne; nogle bruges til industriel genbrug, nogle opfylder efterfølgende behandlingskrav, og nogle kræver yderligere avanceret behandling.
Oversigt
Fra manglerne ved enkelt-filtermedier, til inspirationen fra omvendt partikelfiltrering og derefter til udviklingen af upflow, bidirektional flow, dobbelt--lags- og flerlagsfiltre, udvikler spildevandsbehandlingsteknologi sig mod høj effektivitet og lavt forbrug. Disse tilgange kan forbedre filtermediets-tilbageholdende kapacitet, forlænge filtreringscyklussen, optimere spildevandskvaliteten og bidrage til miljøbeskyttelse. I praksis er dobbelt--- og flerlagsfiltre de mest praktiske-lette at betjene og høje-afkast. I fremtiden, med fremskridt inden for materialer og optimeret vandfordelingsdesign, vil filtre blive endnu mere kraftfulde.