مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع فیلتراسیون در تصفیه آب: واحدها، روش‌ها، محاسبات، ساخت و شیوه اجرا

۱. فیلتراسیون گرانولی (Granular Filtration)

۱.۱. فیلتر شنی سریع (Rapid Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه‌های فیلتر: شن با دانه‌بندی ۰.۴–۱.۲ میلیمتر، آنتراسیت یا گارنت.

  • سیستم زیرآب (Underdrain): لوله‌های سوراخدار یا صفحات مشبک.

  • سیستم شستشوی معکوس (Backwash): پمپ آب یا هوا.

• روش کار:

  • آب از لایه‌های شن عبور کرده و ذرات معلق در منافذ رسوب می‌کنند.

  • شستشوی معکوس با آب یا هوا هر ۲۴–۷۲ ساعت برای احیای فیلتر.

• محاسبات:

  • سرعت فیلتراسیون: ۱–۱۵ متر بر ساعت۱–۱۵ متر بر ساعت.

  • افت فشار (Head Loss): با معادله Carmen-Kozeny یا Rose.

    hL=((۱۵۰μ(۱−ϵ)²)/(dp²ϵ³))×(Q/A)×L

    μ: ویسکوزیته آب، ϵ: تخلخل، dp​: قطر ذرات، Q: دبی، A: سطح فیلتر، L: ضخامت لایه.

• ساخت:

  • مخزن بتن مسلح یا فولادی با لایه‌های شن و سیستم زیرآب.

• شیوه اجرا:

  • شستشوی اولیه شن قبل از راه‌اندازی.

  • تنظیم دبی و فشار عملیاتی.

۱.۲. فیلتر شنی کند (Slow Sand Filter)

• واحدها:

  • لایه بیولوژیکی (Schmutzdecke): تشکیل لایه میکروبی روی شن.

  • شن با دانه‌بندی ریز: ۰.۱۵–۰.۳۵ میلیمتر.

• روش کار:

  • آب با سرعت کم (۰.۱–۰.۴ متر بر ساعت) از شن عبور می‌کند.

  • لایه بیولوژیکی، پاتوژن‌ها و مواد آلی را تجزیه می‌کند.

• محاسبات:

  • زمان ماند: ۲–۶ ساعت.

  • سطح مورد نیاز: A=Q/v​.

• ساخت:

  • مخزن بتنی با عمق ۱–۱.۵ متر و زهکش زیرین.

• شیوه اجرا:

  • ایجاد لایه بیولوژیکی طی ۱–۲ هفته.

  • برداشت دوره‌ای لایه سطحی (هرس).

۲. فیلتراسیون غشایی (Membrane Filtration)

۲.۱. اولترافیلتراسیون (UF)

• واحدها:

  • ماژول‌های غشایی: فیبرهای توخالی (Hollow Fiber) یا صفحه‌ای.

  • پمپ فشار پایین: ۱–۵ بار.

• روش کار:

  • جداسازی ذرات ۰.۰۱–۰.۱ میکرون (ویروس‌ها، باکتری‌ها).

  • استفاده از فشار برای عبور آب از غشای نیمهتراوا.

• محاسبات:

  • شار (Flux): J=Q/A (L/m²/h).

  • راندمان: ۹۰–۹۹٪ حذف TSS.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری (PVDF، PES) در محفظه استیل ضدزنگ.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه آب (شنی و کربنی) برای جلوگیری از گرفتگی.

  • شستشوی شیمیایی (CIP) با NaOH یا HCl.

۲.۲. اسمز معکوس (RO)

• واحدها:

  • ماژول‌های مارپیچی (Spiral Wound): غشای پلیآمیدی.

  • پمپ فشار بالا: ۱۵–۸۰ بار.

  • سیستم بازیابی انرژی (Energy Recovery Device).

• روش کار:

  • حذف یون‌ها (تا ۹۹٪)، نمک‌ها و آلاینده‌های محلول.

• محاسبات:

  • شار اسمزی: Jw=A(ΔP−Δπ).
    A: نفوذپذیری آب، ΔP: فشار اعمالی، Δπ: فشار اسمزی.

  • راندمان بازیابی آب: ۴۵–۸۵٪.

• ساخت:

  • غشاهای پلیمری با پشتیبانی از جنس پلیاستر.

• شیوه اجرا:

  • پیش‌تصفیه شدید (UF، ضدعفونی) برای جلوگیری از Scaling.

  • تنظیم pH و دوز آنتی‌اسکالانت.

۳. فیلتراسیون دیاتومه‌ای (Diatomaceous Earth Filtration)

• واحدها:

  • لایه پیش‌فیلتر: پوشش DE روی صفحات مشبک.

  • سیستم بازیابی DE.

• روش کار:

  • عبور آب از لایه DE که ذرات تا ۱ میکرون را جذب می‌کند.

• محاسبات:

  • مصرف DE: ۰.۱–۰.۵ گرم بر لیتر آب.

• ساخت:

  • مخزن استیل با صفحات پلیمری یا فلزی.

• شیوه اجرا:

  • پوشش‌دهی اولیه صفحات با DE.

  • شستشوی معکوس برای برداشت لجن.

۴. فیلترهای کارتریجی (Cartridge Filters)

• واحدها:

  • کارتریج‌های الیافی یا پلیمری: دقت ۱–۱۰۰ میکرون.

  • محفظه فشار (Housing): استیل یا PVC.

• روش کار:

  • عبور آب از کارتریج برای حذف ذرات معلق.

• محاسبات:

  • ظرفیت: بر اساس سطح فیلتر و دبی (معمولاً ۱–۱۰ m³/h).

• ساخت:

  • الیاف پلیپروپیلن یا سرامیک در محفظه فشرده.

• شیوه اجرا:

  • تعویض کارتریج پس از افزایش افت فشار (ΔP ≥ ۱ بار).

۵. مقایسه روش‌های فیلتراسیون

روش دقت حذف (میکرون)فشار (بار)کاربردهزینه

فیلتر شنی سریع ۱۰–۵۰ ۰.۱–۰.۵تصفیه آب شهریپایین

اولترافیلتراسیون ۰.۰۱– ۰.۱ ۱–۵ حذف ویروس‌هامتوسط

اسمز معکوس ۰.۰۰۱ ۱۵ –۸۰ نمک‌زدایی بسیار بالا

فیلتر کارتریجی ۱–۱۰۰ ۰.۵–۲ پیش‌تصفیه صنعتی پایین

۶. چالش‌ها و راهکارها

• گرفتگی (Fouling):

  • راهکار: پیش‌تصفیه مناسب، شستشوی معکوس، استفاده از آنتی‌اسکالانت.

• خوردگی:

  • راهکار: انتخاب مواد مقاوم (استنلس استیل، پلیمرها).

• هزینه انرژی (RO):

  • راهکار: نصب سیستم‌های بازیابی انرژی (ERD).

۷. مثال کاربردی

• پارامترهای طراحی یک سیستم RO برای آب دریا:

  • دبی: ۱۰ m³/day.

  • شار: ۱۵–۲۰ L/m²/h.

  • ماژول‌ها: ۴ ماژول مارپیچی با قطر ۸ اینچ.

  • پمپ فشار: ۶۰ بار.

  • پیش‌تصفیه: فیلتر شنی + UF.

۸. ملاحظات زیست‌محیطی

• مدیریت پساب: بازیابی آب شستشو یا استفاده از روش‌های کمآب.

• دفع غشاهای فرسوده: بازیافت مواد پلیمری یا سوزاندن کنترل‌شده.

فیلتراسیون قلب فرآیند تصفیه آب است و انتخاب روش مناسب به عواملی مانند کیفیت آب خام، هزینه، و نیازهای خروجی بستگی دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب