فیلتراسیون(Filtration)

فیلتراسیون(Filtration) 

صاف کردن یا فیلتراسیون یک روش فیزیکی برای حذف ذرات معلق در هر مایع از جمله آب است. این ذرات معلق می توانند گل، رنگ، مواد آلی، پلانکتون، باکتری، ذرات حاصل از سختی گیری و ..... باشند. فیلترها را به دو دسته می توان تقسیم نمود:

الف) فیلترهای عمقی: عمل جداشدن ذرات معلق از مایع در اعماق بستر انجام می شود،مثل فیلترهای ثقلی یا فیلترهای فشاری

ب) فیلترهای سطحی: عمل جدا شدن ذرات معلق از مایع فقط در عمق بسیار کم که همان سطح فیلتر می باشد، انجام می شود مثل کاغذ صافی.

انواع فیلتر

از فیلترهای عمقی در تصفی? آب استفاده می شود. آب حاوی ذرات معلق از بستر یک ماده که می تواند شن و یا ذغال آنتراسیت باشد،عبور نماید. در اثر عبورآب از خلل و فرج بین این ذرات، مواد معلق به دام افتاده و آب تقریبا ً عاری از مواد معلق،به دست می آید. جمع شدن ذرات معلق در خلل و فرج صافی، باعث افزایش افت فشار(اختلاف سطح آب روی سطح صافی و آب خروجی از صافی) می گردد.اگر این افت فشار از حد معینی تجاوز نماید، باید صافی را شستشو داد. در شروع کار، فیلترها را باید به آهستگی با آبی که از پایین به بالا جریان می یابد، پر شوند تا آنکه ذرات بستر در آب غوطه ور شوند. این کار برای خارج کردن هوای محبوس بین ذرات بستر لازم می باشد تا از انسداد مسیر آب توسط هوا جلوگیری شود.

انواع صافی های ماسه ای

الف) صافی ماسه ای کند Slow Sand Filter(S.S.F)

در واقع استفاده از صافی شنی کند، یکی از عملیات اولی? تصفی? آب در جوامع کوچک می باشد که به عنوان یک استاندارد برای خالص کردن آب پذیرفته شده است.

این نوع صافی ها از حوضچه های بتونی تشکیل شده است. در کف آنها مجاری با آجر و سیمان یا لوله های خروجی آب تعبیه گردیده است و بر روی آنها به ترتیب لایه نگهدارنده (به ارتفاع 0/2 تا 0/4 متر) و ماسه های لایه فعال را (به ارتفاع 0/6 تا 1/2متر) قرار می دهند. طرز قرار گرفتن بستر به این ترتیب است که شن های درشت تر در پایین و ماسه های ریزتر در بالاترین قسمت قرار می گیرند. آب روی بستر صافی که حدود 1 تا 1/5 متر ارتفاع دارد از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور و سپس از کف بستر خارج، و جهت گند زدایی هدایت می شود.

صفحه نصب نازلها

الف) صافی ماسه ای کند

آب عبوری از بستر حاوی مواد معلق، کلوئیدی، میکروارگانیسم های مختلف و نمکهای محلول است که در طی عبور از عمق 40 تا 60 سانتی متری بستر آنها را به جا می گذارد و آب پس از این عمق حاوی مقادیر کمی نمکهای معدنی ساده و نسبتا ً بی ضرر است. فعالیت باکتری ها معمولا ً تا عمق 60 سانتی متری بستر گسترش می یابد. در صافی ماسه ای کند نه تنها بیشتر میکروارگانیسم های مضر جدا می شوند، بلکه مواد مغذی محلول که رشد بعدی باکتری ها در لجن را سبب می شوند، حذف می گردند.

کاربرد صافی های شنی کند:

الف) برای تصفی? آبهای حاوی جامدات معلق

ب) برای حذف آهن و منگنز قابل رسوب پس از عمل هوادهی روی آبهای زیرزمینی

ج) تصفی? آبهای سطحی با کدورت متوسط

صافی ماسه ای کند

مکانیسم های تصفیه در صافی شنی کند:

1- مکانیسم های انتقال: برخی فرآیندهای اساسی ذرات را در تماس با دانه های ماسه قرار می دهند. بعضی از این فرآیندها عبارتند از:غربال شدن، ته نشینی، نیروهای اینرسی و سانتریفوژ، انتشار یا حرکت شناوری، نیروی واندروالس و جذب الکترواستاتیکی

2- مکانیسم های چسبندگی: از این گروه می توان به مکانیسم های جذب الکترواستاتیک، نیروی واندروالس یا جذب جرمی و چسبندگی یا پیوستگی اشاره نمود.  

3- مکانیسم های پالایش:  این مکانیسم اساسا ً شامل اکسیداسیونهای بیولوژیکی و شیمیایی می باشد.

ب) صافی ماسه ای تند Rapid Sand Filter (R.S.F)

 ساختمان این نوع صافی ها تقریبا ً مشابه صافی های شنی کند است. به طوری که در کف این نوع صافی ها پستانک هایی نصب می شود (حدود 50 تا 70 عدد در هر متر مربع). طرز قرار گرفتن ماسه ها (لای? نگهدارنده و فعال) مانند صافی های شنی کند است. ضخامت لایه نگهدارنده 0/6 - 0/3 متر و ضخامت لای? فعال 1/2 -1 متر در نظر گرفته می شود. آب روی بستر صافی که حدود 1/5 - 1 متر ارتفاع دارد، از عمق بستر صافی به کمک نیروی ثقل عبور می کند و از کف بستر خارج می شود. بدیهی است به علت درشت تربودن بودن ماسه های لای? فعال (0/5 - 0/35 میلی متر) و نگهدارنده (25 - 2 میلی متر) میزان آب تصفیه شده در هر ساعت بیشتر از صافی های شنی کند است. در صافی های مدرنی که امروزه ساخته می شوند بجای لای? نگهدارنده از شن و ماسه درشت و لوله های زه کشی معمولا ً از پستانک هایی استفاده می شود. این پستانک ها در کف صافی پیچ می شوند. پستانک ها ممکن است از جنس پلاستیک و یا فلزی باشند. پستانک ها دارای شیارهایی هستند که از آن راه، آب تصفیه شده به قسمت زیر صافی جریان می یابد. به علت کوچکی این شیارها ( 0/35 - 0/7 میلی متر) دانه های ماسه نمی توانند از آن گذر نمایند.

صافی ماسه ای تند Rapid Sand Filter (R.S.F)

کاربرد صافی ماسه ای تند:

الف) پس از هوادهی به منظور جداسازی اشکال نامحلول آهن و منگنز، در این روش معمولا ً آب را در بالای صافی از ارتفاع مناسبی پخش می نمایند.

ب) تصفی? آب رودخانه های با کدورت بالا پس از واحدهای انعقاد، لخته سازی و ته نشینی.

ج) تصفی? آب رودخانه های با کدورت بالا به عنوان پیش تصفیه قبل از صافی ماسه ای کند.

د) تصفی? آبهای با دورت پایین مثل دریاچه ها و رودخانه ها. در این روش گندزدایی بعد از عمل صاف سازی ضروری است.

مکانیسم تصفیه در صافی های شنی تند:

در این صافی ها نیز مکانیسم های مختلفی از قبیل غربال شدن، جذب الکترواستاتیک و فرآیندهای بیوشیمیایی در جداسازی ناخالصیها موثر هستند. در مکانیسم اول به دلیل اینکه سرعت عبور آب بسیار زیاد است، چندان در حذف ناخالصی ها موثر نیستند و در این صافیها موثرترین مکانیسم جداسازی همان جذب می باشد.

نمایی از زیر صافی شنی

مزایا و محدودیت های صافی شنی تند وکند

_ کیفیت آب تصفیه شده در صاف شنی کند بهتر از تند است (هیچ فرآیندی به تنهایی نمی تواند کیفیت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی آب را به انداز? صافی ماسه ای کند بهبود بخشد)

_ در صورت خوب کار کردن، صافی کند قادر به کاهش میکروبها در حدود99/9 تا99/99 درصد است.

_ هزینه ساخت صافی شنی کند بخصوص در جایی که زمین ارزان باشد بسیار کمتر و احداث آن آسان تر از صافی شنی تند است.

_ بهره برداری از صافی های کند آسان است و هزینه های بهره برداری آن در مقایسه با صافی شنی تند بسیار پایین است.

  که صافیهای ماسه ای تند به دلیل شستشوی معکوس و مداوم 2 تا 3 درصد آب تصفیه شده هدر می رود.

_ در صافی های شنی کند نگهداری لجن، آبگیر و دفع آن بسیار آسانتر از صافی ماسه ای تند است و خطر آلودگی محیط زیست ناشی از لجن صافی ماسه ای کند وجود ندارد و می توان به عنوان اصلاح کنند? خاک از آن استفاده نمود.

_ نیاز به زمین در صافی های شنی کند نسبت به شنی تند بسیار بیشتر است.

_ تغییرات ناگهانی در کیفیت آب در کار صافیهای شنی کند به طور جدی ایجاد اختلال نمی کند.

_ طول عمر صافی های شنی تند بیشتر از صافی شنی کند است.

_ صافی های شنی تند فضای کمتری نسبت به کند اشغال می کنند.

شست وشوی
 صافی ها

10. جذبAbsorption) )

جذب عبارت است از فرآیندی که طی آن مولکولهای ماده حل شد? موجود در یک محلول به سمت فصل مشترک با فاز دیگر کشیده شده و تجمع می یابند. لازم? انجام فرآیند جذب، تماس دو فاز با هم است تا جزء یا اجزای موجود در یک فاز به فاز دیگر منتقل شوند.

فاز اول که مواد حل شد? آن جدا می شوند و به فاز دوم می پیوندند می تواند به حالت مایع یا گاز باشد. اگر ماد? جذب، مایع باشد و فرآیند حذف بر روی سطح مایع انجام گیرد، آن را جذب روی مایع می نامند و در صورتی که فرآیند جذب روی سطح جامد انجام گیرد، آن را جذب روی جامد یا جذب سطحی می نامند. حالت دوم یعنی جذب روی جامدات بسیار متداولتر است.

    جذب

اجسام جاذب جامد سطح مخصوص بسیار بالایی دارند که نسبتا ً عاری از ماده جذب شدنی می باشند. اصطلاحا ً به این اجسام، فعال یا فعال شده می گویند. جزیی از فاز سیال (مایع یا گاز) را که         جذب جسم جامد می شود،.

، جزء جذب شونده و جسم جامد جاذب را که معمولا ً بسیار متخلخل است، ماده جاذب می گویند. جزء جذب شونده از فاز سیال حرکت کرده و بر سطح جسم جاذب تجمع و تغلیظ پیدا می کند تا زمانی که دو فاز از نقطه نظر غلظت آن جزء به حالت تعادل برسند. از این لحظه به بعد فرآیند جذب متوقف می شود.

بسیاری از مواد موجود در آب می توانند با استفاده از فرآیند جذب جدا شوند. مواد جامد محلول، ترکیبات آلی مختلف، پاک کننده ها، حشره کش ها، علف کش ها، طعم و بوی ناشی از مواد آلی سمی و غیر از این طریق قابل جداسازی هستند.

انواع مواد جاذب

الف) جاذبهای طبیعی: مانند خاک دیاتومه، سیلیکاژل، خاک رس و ... گاهی                                                                                                  کربن فعال را هم چون اساس طبیعی دارد در این گروه قرار می دهند.

ب) جاذبهای معدنی: مانند آلومینای فعال یا آلومین و برخی اکسیدهای معدنی.

ج) جاذبهای آلی: ماند رزینها.

انواع جاذبها از نظر ساختمانی شرایط جذب اجزا بر سطح خود را دارند و مهمترین ویژگی فیزیکی آنها سطح مخصوص مربوط به ساختمان متخلخل آنهاست که بخصوص در کربن فعال بیشتر این سطح در داخل روزنه ها وجود دارد.

کربن فعال بیشتر از سایر اجسام در تصفی? آب مورد استفاده قرار می گیرد