مقدمه
کیفیت آب یکی از مهمترین عوامل در صنایع، تأسیسات آب و فاضلاب، کشاورزی و حتی مصارف خانگی است. وجود ذرات معلق، کدورت، بو، طعم نامطبوع و ترکیبات آلی میتواند عملکرد تجهیزات و کیفیت آب مصرفی را تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل استفاده از سیستمهای تصفیه آب مانند فیلتر شنی و فیلتر کربنی به یکی از رایجترین روشهای بهبود کیفیت آب تبدیل شده است.
در این مقاله با نحوه عملکرد فیلترهای شنی و کربنی، تفاوتهای آنها و کاربرد هر یک آشنا خواهیم شد.
فیلتر شنی (Sand Filter) یکی از پرکاربردترین تجهیزات تصفیه آب است که برای حذف ذرات معلق، گل و لای، زنگ لولهها، مواد کلوئیدی و کاهش کدورت آب استفاده میشود.
این فیلترها معمولاً از یک مخزن فولادی یا FRP تشکیل شدهاند که درون آن چند لایه سیلیس با دانهبندیهای مختلف قرار میگیرد.
آب خام از قسمت بالای مخزن وارد شده و از میان لایههای مختلف سیلیس عبور میکند. در این فرآیند ذرات معلق موجود در آب در بین دانههای سیلیس به دام افتاده و آب زلالتر از قسمت پایین فیلتر خارج میشود.
به مرور زمان، ذرات جمعشده باعث افزایش افت فشار در فیلتر میشوند. در این شرایط عملیات شستشوی معکوس یا بکواش (Backwash) انجام میشود تا آلودگیهای جمع شده از بستر فیلتر خارج شوند.
بکواش فرآیندی است که در آن جریان آب بهصورت معکوس، از پایین به بالای بستر فیلتر شنی عبور داده میشود تا ذرات و آلودگیهای تجمعیافته در میان دانههای سیلیس از فیلتر خارج شوند. با گذشت زمان، این ذرات باعث افزایش افت فشار و کاهش راندمان فیلتراسیون میشوند. انجام منظم بکواش موجب بازیابی ظرفیت فیلتر، حفظ کیفیت آب خروجی و افزایش عمر مفید بستر فیلتراسیون میگردد. همچنین از گرفتگی بستر و افزایش مصرف انرژی سیستم جلوگیری میکند. عدم انجام بهموقع بکواش میتواند منجر به افت عملکرد فیلتر، کاهش دبی خروجی و حتی آسیب به تجهیزات تصفیه آب شود.
رایجترین نوع فیلتر شنی در صنایع و تأسیسات آب است که دارای سرعت فیلتراسیون بالا بوده و فضای کمتری اشغال میکند.
در این نوع فیلتر سرعت عبور آب کمتر است اما کیفیت تصفیه بالاتری ارائه میدهد و بیشتر در برخی تأسیسات آب آشامیدنی استفاده میشود.
این نوع فیلتر درون مخزن بسته کار میکند و در صنایع، استخرها، نیروگاهها و سیستمهای پیشتصفیه اسمز معکوس (RO) کاربرد گستردهای دارد.
فیلترهای شنی از نظر آرایش مخزن به دو نوع افقی و عمودی تقسیم میشوند. فیلتر شنی عمودی فضای کمتری اشغال میکند و برای دبیهای پایین و متوسط مناسب است. در مقابل، فیلتر شنی افقی سطح فیلتراسیون بیشتری در اختیار قرار میدهد و برای دبیهای بالا و پروژههای صنعتی بزرگ استفاده میشود. همچنین عملیات تعمیر و تعویض نازلها در فیلترهای افقی معمولاً آسانتر است. انتخاب بین این دو نوع به دبی آب، محدودیت فضا و شرایط بهرهبرداری بستگی دارد.
فیلتر شنی استخری عمدتاً برای حذف ذرات معلق و شفافسازی آب استخر طراحی شده و معمولاً در فشار و دبی پایینتری کار میکند. در مقابل، فیلتر شنی صنعتی برای کاربردهای سنگینتر مانند پیشتصفیه سیستمهای RO، صنایع غذایی، نیروگاهها و تصفیهخانهها مورد استفاده قرار میگیرد. ضخامت بدنه، نوع نازلها، کیفیت ساخت و ظرفیت فیلتراسیون در فیلترهای صنعتی به مراتب بالاتر است. همچنین فیلترهای صنعتی قابلیت تحمل فشار و شرایط کاری سختتری را نسبت به نمونههای استخری دارند.
فیلترهای شنی از نظر نوع بستر فیلتراسیون به دو دسته تکلایه و چندلایه (مالتی مدیا) تقسیم میشوند. در فیلتر شنی تکلایه، معمولاً فقط از سیلیس با دانهبندیهای مختلف استفاده میشود و ذرات معلق در میان بستر سیلیسی به دام میافتند. در فیلترهای چندلایه، علاوه بر سیلیس و گراول (لایه نگهدارنده)، از آنتراسیت نیز در لایه بالایی استفاده میشود. آنتراسیت به دلیل وزن مخصوص کمتر و اندازه دانه بزرگتر، ذرات درشت را جذب کرده و سیلیس ذرات ریزتر را حذف میکند. این آرایش باعث افزایش عمق مؤثر فیلتراسیون، کاهش افت فشار و افزایش ظرفیت نگهداری ذرات میشود. به همین دلیل فیلترهای چندلایه معمولاً راندمان بالاتر و دورههای بکواش طولانیتری نسبت به فیلترهای تکلایه دارند و در کاربردهای صنعتی و سیستمهای پیشتصفیه RO بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند.
– حذف ذرات معلق و کدورت آب
– افزایش عمر تجهیزات تصفیه
– کاهش بار آلودگی سیستمهای بعدی
– هزینه بهرهبرداری پایین
– قابلیت شستشوی مجدد و استفاده طولانی مدت
فیلتر کربنی (Activated Carbon Filter) تجهیزی است که برای حذف بو، طعم نامطبوع، کلر آزاد، مواد آلی و برخی ترکیبات شیمیایی از آب استفاده میشود.
در این فیلترها از کربن فعال یا Activated Carbon استفاده میشود که دارای سطح تماس بسیار بالایی بوده و قابلیت جذب مواد آلاینده را دارد.
برخلاف فیلتر شنی که ذرات را به صورت فیزیکی حذف میکند، فیلتر کربنی از فرآیند جذب سطحی (Adsorption) استفاده میکند.
هنگامی که آب از بستر کربن فعال عبور میکند، مولکولهای آلاینده، ترکیبات آلی، بو و طعم نامطلوب به سطح متخلخل کربن جذب میشوند.
سطح ویژه بالای کربن فعال باعث میشود حجم زیادی از آلایندهها در فضای کمی جذب شوند.
فیلترهای کربنی در موارد زیر استفاده میشوند:
– حذف کلر از آب شهری
– حذف بو و طعم نامطبوع آب
– حذف ترکیبات آلی
– پیشتصفیه سیستمهای اسمز معکوس (RO)
– صنایع غذایی و نوشیدنی
– داروسازی
– تصفیه آب آشامیدنی
– حذف مؤثر کلر
– بهبود رنگ، بو و طعم آب
– افزایش کیفیت آب مصرفی
– محافظت از ممبرانهای RO
– بهرهبرداری آسان
تفاوت فیلتر شنی و فیلتر کربنی
اگرچه هر دو تجهیز در تصفیه آب استفاده میشوند، اما عملکرد آنها کاملاً متفاوت است.
به همین دلیل در بسیاری از سیستمهای تصفیه آب، ابتدا فیلتر شنی و سپس فیلتر کربنی نصب میشود تا بهترین کیفیت آب حاصل شود.
در اکثر پروژههای صنعتی و سیستمهای تصفیه آب، ترکیب این دو فیلتر بهترین عملکرد را ارائه میدهد.
ابتدا فیلتر شنی ذرات معلق و کدورت آب را حذف میکند و سپس فیلتر کربنی وظیفه حذف کلر، مواد آلی و بهبود کیفیت نهایی آب را بر عهده میگیرد.
این آرایش علاوه بر افزایش راندمان تصفیه، عمر مفید تجهیزات بعدی مانند ممبرانهای اسمز معکوس را نیز افزایش میدهد.
جمعبندی
فیلتر شنی و فیلتر کربنی دو تجهیز کلیدی در فرآیند تصفیه آب هستند که هر یک وظیفه مشخصی را بر عهده دارند. فیلتر شنی با حذف ذرات معلق و کاهش کدورت، اولین مرحله تصفیه را انجام میدهد و فیلتر کربنی با حذف کلر، بو، طعم و مواد آلی، کیفیت آب را بهبود میبخشد.
انتخاب صحیح این تجهیزات و طراحی مناسب سیستم تصفیه آب میتواند تأثیر چشمگیری در افزایش کیفیت آب، کاهش هزینههای بهرهبرداری و افزایش عمر تجهیزات داشته باشد.
