فیلتراسیون شنی آهسته

فیلتراسیون شنی آهسته (Slow Sand Filtration) نوعی سیستم تصفیه آب متمرکز یا نیمه متمرکز است.

یک فیلتر شنی آهسته با طراحی خوب و مناسب نگهداری (SSF) به طور موثر شفافیت و موجودات بیماری زا را از طریق فرایندهای مختلف بیولوژیکی ، فیزیکی و شیمیایی در یک مرحله تصفیه حذف می کند.

تنها تحت شیوع درجه بالایی از کدر بودن آب یا آلودگی جلبک ها ، اقدامات پیش از تصفیه (به عنوان مثال رسوب) ضروری می شود.

سیستم های فیلتراسیون شنی آهسته با قابلیت اطمینان بالا و هزینه های کم چرخه عمر شناخته می شوند. علاوه بر این ، نه ساخت و ساز و نه عملیات و تعمیر و نگهداری بیش از مهارت های اولیه نیاز ندارند.

از این رو ، فیلتراسیون شنی آهسته یک روش تصفیه امیدوار کننده برای جوامع کوچک و متوسط و روستایی با کیفیت نسبتاً مناسب از منبع آب سطحی اولیه است.

همانطور که سازمان بهداشت جهانی WHO اظهار می‌دارد ، فیلتراسیون شنی آهسته یک ابزار ساده اما بسیار موثر و بسیار ارزان را ارائه می دهد که می تواند به یک سیستم مدیریت آب پایدار کمک کند.

مزایای و معایب فیلتراسیون شنی آهسته

مزایا

حذف بسیار موثر باکتری ها ، ویروس ها ، تک سلولی ها ، شفافیت و فلزات سنگین در آب شیرین آلوده
سادگی طراحی و سازگاری خودیاری بالا: ساخت ، بهره برداری و نگهداری فقط به مهارت ها و دانش اولیه و حداقل تلاش نیاز دارد
اگر فقط با جریان گرانش ساخته شده باشد ، نیازی به پمپ (الکتریکی) نیست
برای ساخت و ساز می توان از مصالح محلی استفاده کرد
قابلیت اطمینان بالا و توانایی مقاومت در برابر نوسانات کیفیت آب
عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی
نصب آسان در مناطق روستایی ، نیمه شهری و دورافتاده ، سادگی طراحی و عملکرد
طول عمر بالا (بیش از ۱۰ سال)

معایب

حداقل کیفیت و جریان ثابت آب شیرین مورد نیاز: شفافیت (<10-20 NTU) و آلودگی کم جلبک. در غیر این صورت ، ممکن است پیش تصفیه لازم باشد
دمای سرد به دلیل کاهش فعالیت بیولوژیکی ، کارایی فرآیند را کاهش می دهد
از دست دادن بهره وری در طول دوره های نسبتاً طولانی فیلتر کردن و رسیدن
نگهداری بسیار منظم ضروری است ؛ برخی تجهیزات اولیه یا کیت های تست آماده برای نظارت بر برخی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز است
نیاز احتمالی به تغییر نگرش (اعتقاد بر این است که آبی که از طریق یک فیلتر سبز و لزج عبور می کند بدون مصرف مواد شیمیایی بی خطر است) ، ترکیبات شیمیایی (به عنوان مثال فلورین) حذف نمی شوند.
مواد آلی طبیعی و دیگر پیش سازهای DBP حذف نشده اند (در صورت استفاده از کلر برای ضدعفونی نهایی ممکن است تشکیل شود)
ممکن است نیاز به برق داشته باشد
نیاز به مساحت وسیع ، مقدار زیادی فیلتر و کار دستی برای تمیز کردن ، میزان فیلتراسیون پایین

معرفی

فیلتراسیون شنی آهسته یک فرایند تصفیه آب موثر برای جلوگیری از شیوع بیماریهای گوارشی بیش از ۱۵۰ سال است که ابتدا در بریتانیای کبیر و بعداً در سایر کشورهای اروپایی مورد استفاده قرار گرفت.

این روش هنوز در لندن استفاده می شود و تا همین اواخر در اروپای غربی نسبتاً متداول بودند و هنوز در سایر نقاط جهان رایج هستند.

دور شدن از فیلتراسیون شنی آهسته در کشورهای صنعتی تا حد زیادی تابعی از افزایش قیمت زمین و هزینه نیروی کار بوده است که هزینه آب SSF را افزایش داده است.

در مواردی که چنین نیست ، SSF ها هنوز یک روش مقرون به صرفه برای تصفیه آب هستند. از آنجا که این شرایط در بسیاری از کشورهای در حال توسعه حاکم است ، این یک تکنیک بسیار امیدوار کننده برای تصفیه آب و در نتیجه توسعه یک سیستم آب پایدار است.

اصول اولیه طراحی فیلتراسیون شنی آهسته

اصل اساسی این فرآیند بسیار ساده است. آب شیرین آلوده از یک لایه شنی عبور می کند ، جایی که نه تنها از نظر فیزیکی فیلتر می شود ، بلکه از نظر بیولوژیکی نیز تصفیه می شود.

بدین ترتیب ، رسوبات و عوامل بیماری زا حذف می شوند. این فرایند بر اساس توانایی موجودات در حذف عوامل بیماری زا است.

در این زمینه ، تشخیص فیلتراسیون آهسته و سریع شنی مهم است.

تفاوت بین این دو فقط به دلیل سرعت فیلتراسیون نیست ، بلکه به مفهوم اساسی فرآیند تصفیه مربوط می شود.

فیلتراسیون شنی آهسته اساساً یک فرایند بیولوژیکی است در حالی که فیلتراسیون سریع شنی یک فرایند تصفیه فیزیکی است.

Principle of a slow sand filter. Source: WHO (n.y.)

برای آشنایی با فیلتر شنی کلیک کنید

اگرچه حذف فیزیکی رسوبات بخش مهمی از فرآیند تصفیه است ، اما جنبه مربوطه فیلتراسیون بیولوژیکی است.

لایه های بالای شنی با ایجاد یک جامعه میکروبی در لایه بالای بستر شنی ، که به آن “Schmutzdecke” نیز گفته می شود ، از نظر بیولوژیکی فعال می شود.

این میکروبها معمولاً از آب منبع می آیند و در عرض چند روز جامعه ای را ایجاد می کنند. شن ریز و سرعت فیلتراسیون آهسته استقرار این جامعه میکروبی را تسهیل می کند.

اکثریت جامعه باکتری های شکارچی هستند که از میکروب های منتقله از آب که از طریق فیلتر عبور می کنند تغذیه می کنند. بنابراین ، اصل اساسی SSF معادل فیلتراسیون شن و شنی زیستی است.

در حالی که اولی برای تصفیه آب نیمه متمرکز استفاده می شود ، دومی عمدتا به اهداف خانگی خدمت می کند.

ساختار فیلتراسیون شنی آهسته

Illustration of a slow sand filter with a regulating valve and a subsequent reservoir. Source: HUISMAN (1974)

به عنوان خود فرآیند ، ساختار اساسی فیلتراسیون شنی آهسته بسیار ابتدایی است. در اصل ، فقط محفظه فیلتر ، یک نوع مخزن و لوله ها مورد نیاز است.

محفظه فیلتر را می توان به صورت یک جعبه باز یا بسته ساخته کرد. بسته به عوامل اقلیمی و عوامل دیگر ، یکی یا دوتا منطقی تر است (به عنوان مثال آب و هوای سرد به یک جعبه بسته نیاز دارد زیرا دمای پایین عملکرد فرایند را کاهش می دهد).

هنگامی که یک تأسیسات SSF ساخته می شود ، فقط شنی تمیز برای تعویض گاه به گاه مورد نیاز است. لایه های شنی به تدریج با توجه به اندازه دانه های خود قرار می گیرند:

دانه های درشت در پایین و دانه های ریز در بالا.

بستر شنی ای معمولاً با یک متر آب مایع رویی پوشانده شده است. از آنجا که فرایند فیلتراسیون بیولوژیکی به منظور تصفیه آب کافی به زمان کافی نیاز دارد ، SSF ها معمولاً با سرعت جریان آهسته بین ۰.۱ تا ۰.۳ متر مکعب در ساعت در متر مربع از سطح عمل می کنند.

بنابراین آب برای چندین ساعت در فضای بالای محیط باقی می ماند و اجازه می دهد ذرات بزرگتر جدا شده و ته نشین شوند . سپس از بستر شنی عبور می کند و تعدادی از مراحل تصفیه را طی می کند .

آب برای عبور از کشش ایجاد شده توسط لایه های شنی به نوعی فشار فیزیکی نیاز دارد. از نظر ساخت و ساز ، دو نوع مختلف امکان پذیر است:

فشار را می توان به وسیله پمپ ها یا گرانش ایجاد کرد.

در حالی که سیستم های پمپ به نوعی از موتور و ساخت و ساز پیچیده تری نیاز دارند ، سیستم های گرانشی بدون هیچ گونه ابزار تکنولوژیکی کار می کنند.

تاثیرگذاری ها

فیلتراسیون شنی آهسته برای فیلتر و تصفیه موارد زیر کاملا موثر است :

باکتری ها
تک یاخته ها
ویروس ها
شفافیت
فلزات سنگین (روی ، مس ، سی دی ، سرب)

فیلتراسیون شنی آهسته برای فیلتر و تصفیه موارد زیر اندکی موثر است :

بو ، مزه
آهن ، منگنز
ماده آلی
آرسنیک

فیلتراسیون شنی آهسته برای فیلتر و تصفیه موارد زیر موثر نیست :

نمک ها
فلوراید
پیش سازهای تری هالومتان (THM)
اکثریت مواد شیمیایی

آیا می خواهید سرعت تصفیه را افزایش دهید؟

زمان مورد نیاز برای تصفیه فاضلاب را با استفاده از فناوری تصفیه سریع شنی و یا به جای آن کاهش دهید. در زیر ، اطلاعات بیشتری در مورد فناوری فیلتراسیون کند شنی خواهید یافت.

برای اینکه فیلتراسیون شنی آهسته موثر باشد ، باید به درستی کار و نگهداری شود.

اگر شرایط توپوگرافی اجازه می دهد آب در طول کل فرآیند از طریق گرانش جریان پیدا کند ، نیازی به پمپ و در نتیجه برق نیست. با این حال ، جریان آب باید با سرعت بین ۰.۱-۰.۳ متر در ساعت حفظ شود.

این جریان پایدار مواد مغذی و اکسیژن را برای میکروارگانیسم های موجود در فیلتر فراهم می کند و به آنها زمان می دهد تا آب را تصفیه کنند.

پس از چند هفته تا چند ماه ، جمعیت میکروارگانیسم ها ممکن است بیش از حد متراکم شده و شروع به انسداد فیلتر کنند.

اگر میزان جریان بسیار پایین است ، فیلتر باید تخلیه شود و لایه بالای شنی تراشیده و شسته شود ، در ادامه در زیر نور خورشید خشک و ذخیره شود.

پس از چند بار تراشیدن ، شنی تمیز و خشک شده مجدداً همراه با شنی جدید به فیلتر اضافه می شود تا تلفات در هنگام شستشو جبران شود.

هر دو ماه یکبار ، تمام دریچه ها باید باز و بسته شوند تا از گیر افتادن آنها جلوگیری شود و هرگونه نشتی در سیستم باید فوراً تعمیر شود.