เครื่องกรองทราย
เครื่องกรองทรายถูกนำมาใช้เป็นขั้นตอนหนึ่งในกระบวนการบำบัดน้ำเพื่อการทำน้ำให้บริสุทธิ์
ตัวกรองทราย มีสามประเภทหลัก ได้แก่ตัวกรองทรายแบบเร็ว (แรงโน้มถ่วง)ตัวกรองทรายแบบไหลขึ้น และตัวกรองทรายแบบช้าทั้งสามวิธีนี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำทั่วโลก สองวิธีแรกต้องใช้สารเคมีตกตะกอนเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ตัวกรองทรายแบบช้าสามารถผลิตน้ำคุณภาพสูงมาก โดย กำจัด เชื้อโรคได้ตั้งแต่ 90% ถึง >99% (ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์) รสชาติและกลิ่นโดยไม่ต้องใช้สารเคมีช่วย[ 1 ]นอกจากจะใช้ในโรงบำบัดน้ำแล้ว ตัวกรองทรายยังสามารถใช้สำหรับการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในครัวเรือนได้อีกด้วย เนื่องจากใช้วัสดุที่หาได้ง่ายสำหรับคนส่วนใหญ่[ 2 ]
ประวัติศาสตร์
ประวัติศาสตร์ของเทคนิคการแยกสารย้อนกลับไปไกลมาก เนื่องจากมีการใช้วัสดุกรองมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว มีการใช้ต้นกกและ ต้น เจนิสต้าเพื่อบรรจุลงในภาชนะสำหรับร่อนเพื่อแยกของแข็งและของเหลว ชาวอียิปต์ยังใช้ภาชนะดินเผาที่มีรูพรุนเพื่อกรองน้ำดื่ม ไวน์ และของเหลวอื่นๆ อีกด้วย[ 3 ]
แนวคิดการกรองด้วยชั้นทราย
เครื่องกรองแบบชั้นทรายเป็น เครื่องกรองแบบลึกชนิดหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกรองสำหรับแยกอนุภาค ของแข็งออกจากของเหลวมีสองประเภท :
- ตัวกรองพื้นผิว ซึ่งดักจับอนุภาคบนพื้นผิวที่มีรูพรุน
- ตัวกรองความลึก ซึ่งอนุภาคจะถูกดักจับไว้ภายในวัสดุที่มีรูพรุน[ 4 ]
นอกจากนี้ ยังมีอุปกรณ์แบบพาสซีฟและแอคทีฟสำหรับการแยกของแข็งออกจากของเหลว เช่นถังตกตะกอนตัวกรองตะแกรงแบบทำความสะอาดตัวเองไฮโดรไซโคลนและเครื่องเหวี่ยงแยก[ 4 ]
ตัวกรองแบบลึกมีหลายประเภท บางชนิดใช้ วัสดุ เส้นใยและบางชนิดใช้วัสดุเม็ดตัวกรองแบบทรายเป็นตัวอย่างของตัวกรองแบบลึกชนิดวัสดุเม็ดหลวม โดยทั่วไปจะใช้แยกของแข็งละเอียด (<10 ส่วนต่อล้านส่วน หรือ <10 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร) ในปริมาณน้อย (<100 ไมโครเมตร) ออกจากสารละลายในน้ำ[ 5 ] : 302–303นอกจากนี้ โดยทั่วไปจะใช้เพื่อทำให้ของเหลวบริสุทธิ์มากกว่าการดักจับของแข็งเป็นวัสดุที่มีค่า ดังนั้นจึงมีการใช้งานส่วนใหญ่ในการบำบัด น้ำ เสีย
กลไกการดักจับอนุภาคของแข็ง
ตัวกรองแบบทรายทำงานโดยการให้โอกาสอนุภาคของแข็งจำนวนมากในการถูกดักจับบนพื้นผิวของเม็ดทราย เมื่อของเหลวไหลผ่านทรายที่มีรูพรุนไปตามเส้นทางที่คดเคี้ยว อนุภาคจะเข้าใกล้เม็ดทราย และสามารถถูกดักจับได้ด้วยกลไกหลายอย่าง:
- การชนโดยตรง
- Van der Waalsหรือแรงดึงดูดแห่งลอนดอน
- แรงดึงดูดประจุบนพื้นผิว
- การแพร่กระจาย[ 4 ]
นอกจากนี้ ยังสามารถป้องกันไม่ให้อนุภาคของแข็งถูกจับได้ด้วยแรงผลักของประจุบนพื้นผิวหากประจุบนพื้นผิวของทรายมีเครื่องหมายเดียวกัน (บวกหรือลบ) กับประจุของอนุภาคของแข็ง ยิ่งไปกว่านั้น ยังสามารถกำจัดอนุภาคที่ถูกจับได้ แม้ว่าอาจจะถูกจับใหม่ได้ในระดับความลึกที่มากขึ้นภายในชั้นทราย สุดท้ายนี้ เม็ดทรายที่ปนเปื้อนด้วยอนุภาคของแข็งอยู่แล้ว อาจดึงดูดหรือผลักอนุภาคของแข็งเพิ่มเติมได้ สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้หากอนุภาคที่เกาะติดกับเม็ดทรายสูญเสียประจุบนพื้นผิวและดึงดูดอนุภาคเพิ่มเติม หรือในทางตรงกันข้าม ประจุบนพื้นผิวจะยังคงอยู่และผลักอนุภาคเพิ่มเติมจากเม็ดทราย
ในบางกรณี จำเป็นต้องบำบัดน้ำเสียก่อนไหลลงสู่ชั้นทราย เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถดักจับอนุภาคของแข็งได้ ซึ่งสามารถทำได้หลายวิธี ดังนี้:
- การปรับประจุบนพื้นผิวของอนุภาคและทรายโดยการเปลี่ยนค่า pH
- การตกตะกอน – การเติมแคตไอออนขนาดเล็กที่มีประจุสูง (โดยทั่วไปจะใช้ อะลูมิเนียม 3+ หรือแคลเซียม 2+)
- การตกตะกอน – การเติมสายโซ่พอลิเมอร์ที่มีประจุในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งจะก่อตัวเป็นสะพานเชื่อมระหว่างอนุภาคของแข็ง (ทำให้อนุภาคมีขนาดใหญ่ขึ้น) หรือระหว่างอนุภาคของแข็งกับทราย
ระบอบการดำเนินงาน
เครื่องกรองทรายสามารถทำงานได้ทั้งแบบของเหลวไหลขึ้นหรือไหลลง โดยแบบหลังพบได้บ่อยกว่า สำหรับอุปกรณ์ที่ไหลลง ของเหลวสามารถไหลได้ด้วยแรงดันหรือด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว เครื่องกรองทรายแบบใช้แรงดันมักใช้ในงานอุตสาหกรรมและมักเรียกว่าเครื่องกรองทรายแบบเร็ว ส่วนเครื่องกรองแบบใช้แรงโน้มถ่วงใช้ในการกรองน้ำ โดยเฉพาะน้ำดื่ม และเครื่องกรองเหล่านี้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในประเทศกำลังพัฒนา (เครื่องกรองทรายแบบช้า)
โดยทั่วไปแล้ว ตัวกรองแบบใช้ทรายมีหลายประเภท:
- ตัวกรองทรายแบบเร็ว (แรงโน้มถ่วง)
- ตัวกรองทรายแบบเร็ว (แรงดัน)
- เครื่องกรองทรายแบบไหลขึ้น
- ตัวกรองทรายแบบช้า
ภาพร่างแสดงโครงสร้างทั่วไปของเครื่องกรองทรายแบบแรงดันสูง ทรายกรองใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ของห้องกรอง โดยวางอยู่บนพื้นหัวฉีดหรือบนระบบระบายน้ำ ซึ่งช่วยให้น้ำที่ผ่านการกรองไหลออกได้น้ำดิบ ที่ผ่านการบำบัดเบื้องต้น จะเข้าสู่ห้องกรองทางด้านบน ไหลผ่านตัวกรอง และน้ำเสียจะไหลออกทางระบบระบายน้ำในส่วนล่าง โรงงานขนาดใหญ่จะมีระบบกระจายน้ำดิบไปยังตัวกรองอย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ มักจะมีระบบควบคุมการไหลของอากาศรวมอยู่ด้วย ซึ่งช่วยให้การกระจายอากาศและน้ำคงที่ และป้องกันการไหลของน้ำที่สูงเกินไปในบางพื้นที่ การกระจายตัวของเม็ดทรายโดยทั่วไปเกิดขึ้นเนื่องจากการล้างย้อนกลับบ่อยครั้ง เม็ดทรายที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะเด่นในส่วนบนของชั้นทราย ในขณะที่เม็ดทรายขนาดใหญ่จะเด่นในส่วนล่าง
กระบวนการสองอย่างที่มีอิทธิพลต่อการทำงานของตัวกรองคือ การทำให้ตัวกรองเสื่อมสภาพและการฟื้นฟูในช่วงเริ่มต้นของการทำงานของตัวกรองใหม่ ประสิทธิภาพของตัวกรองจะเพิ่มขึ้นพร้อมกับจำนวนอนุภาคที่ถูกดักจับในตัวกลาง กระบวนการนี้เรียกว่า การทำให้ตัวกรองเสื่อมสภาพ ในระหว่างการทำให้ตัวกรองเสื่อมสภาพ น้ำเสียอาจไม่เป็นไปตามเกณฑ์คุณภาพและต้องนำกลับไปฉีดในขั้นตอนก่อนหน้าของโรงงาน[ 6 ]วิธีการฟื้นฟูช่วยให้สามารถนำตัวกลางของตัวกรองกลับมาใช้ใหม่ได้ ของแข็งที่สะสมอยู่ในชั้นกรองจะถูกกำจัดออก[ 6 ]ในระหว่างการล้างย้อนกลับน้ำ (และอากาศ) จะถูกสูบย้อนกลับผ่านระบบกรอง น้ำที่ล้างย้อนกลับบางส่วนอาจถูกฉีดกลับเข้าไปก่อนกระบวนการกรอง และน้ำเสียที่เกิดขึ้นจะต้องถูกกำจัดทิ้ง เวลาในการล้างย้อนกลับจะถูกกำหนดโดยค่าความขุ่นหลังตัวกรอง ซึ่งต้องไม่เกินเกณฑ์ที่กำหนด หรือโดยการสูญเสียแรงดันผ่านตัวกลางของตัวกรอง ซึ่งต้องไม่เกินค่าที่กำหนดเช่นกัน
การออกแบบตัวกรองทรายแบบแรงดันสูง
เม็ดทรายขนาดเล็กกว่าจะมีพื้นที่ผิวมากกว่า จึงทำให้การกรองน้ำขาเข้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ก็ต้องใช้พลังงานในการสูบน้ำมากขึ้นเพื่อขับเคลื่อนของเหลวผ่านชั้นทราย โดยทั่วไปแล้วตัวกรองทรายแบบแรงดันเร็วส่วนใหญ่จะใช้เม็ดทรายที่มีขนาดอยู่ในช่วง 0.6 ถึง 1.2 มม. แม้ว่าสำหรับการใช้งานเฉพาะทางอาจมีการระบุขนาดอื่นได้ อนุภาคป้อนที่มีขนาดใหญ่กว่า (>100 ไมโครเมตร) จะมีแนวโน้มที่จะอุดตันรูพรุนของชั้นทรายและทำให้กลายเป็นตัวกรองแบบพื้นผิวที่อุดตันอย่างรวดเร็ว สามารถใช้เม็ดทรายขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้ แต่หากมีของแข็งขนาดใหญ่จำนวนมากในน้ำป้อน จะต้องกำจัดของแข็งเหล่านั้นออกก่อนถึงตัวกรองทรายด้วยกระบวนการต่างๆ เช่น การตกตะกอน[ 5 ] : 302–303
แนะนำให้ความลึกของชั้นทรายอยู่ที่ประมาณ 0.6–1.8 เมตร (2–6 ฟุต) โดยไม่คำนึงถึงการใช้งาน ซึ่งเชื่อมโยงกับปริมาณการไหลสูงสุดที่กล่าวถึงด้านล่าง[ 5 ] : 302–303
คำแนะนำเกี่ยวกับการออกแบบตัวกรองทรายแบบเร็วระบุว่าควรใช้งานด้วยอัตราการไหลสูงสุด 9 m³ / m² /ชม. (220 แกลลอนสหรัฐ/ft² /ชม.) [ 7 ]เมื่อใช้ปริมาณการไหลที่ต้องการและอัตราการไหลสูงสุด พื้นที่ที่ต้องการของตัวกรองสามารถคำนวณได้
จุดสำคัญสุดท้ายในการออกแบบคือ ต้องแน่ใจว่าของเหลวมีการกระจายตัวอย่างเหมาะสมทั่วทั้งชั้นกรอง และไม่มีเส้นทางการไหลของของเหลวที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งอาจทำให้ทรายถูกชะล้างออกไปและทำให้ตัวกรองเสียหายได้
โดยทั่วไปแล้วตัวกรองแบบเตียงทรายแรงดันเร็วจะทำงานด้วยแรงดันป้อน 2 ถึง 5 บาร์(a) (28 ถึง 70 psi(a)) แรงดันตกคร่อมเตียงทรายที่สะอาดมักจะต่ำมาก แรงดันจะเพิ่มขึ้นเมื่ออนุภาคของแข็งถูกดักจับบนเตียง อนุภาคของแข็งไม่ได้ถูกดักจับอย่างสม่ำเสมอตามความลึก จะถูกดักจับมากขึ้นที่ระดับความลึกที่สูงขึ้น โดยความเข้มข้นจะลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียล[ 5 ] : 302–303
ตัวกรองประเภทนี้จะดักจับอนุภาคที่มีขนาดเล็กมาก และไม่มีขนาดตัดที่แน่นอนที่อนุภาคจะผ่านไปได้เสมอ รูปทรงของเส้นโค้งประสิทธิภาพขนาดอนุภาคของตัวกรองเป็นรูปตัว U โดยมีอัตราการดักจับอนุภาคสูงสำหรับอนุภาคที่เล็กที่สุดและใหญ่ที่สุด และมีจุดต่ำสุดตรงกลางสำหรับอนุภาคขนาดกลาง[ 7 ]
การสะสมของอนุภาคของแข็งทำให้ความดันที่สูญเสียไปในชั้นกรองเพิ่มขึ้นสำหรับอัตราการไหลที่กำหนด สำหรับชั้นกรองแบบใช้แรงโน้มถ่วง เมื่อความดันที่มีอยู่คงที่ อัตราการไหลจะลดลง เมื่อการสูญเสียความดันหรืออัตราการไหลไม่เป็นที่ยอมรับและตัวกรองไม่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพอีกต่อไป ชั้นกรองจะถูกกำจัดอนุภาคที่สะสมอยู่ สำหรับตัวกรองทรายแบบเร็วที่มีแรงดัน การดำเนินการนี้จะเกิดขึ้นเมื่อความดันลดลงประมาณ 0.5 บาร์ ของเหลวสำหรับล้างย้อนจะถูกปั๊มย้อนกลับผ่านชั้นกรองจนกระทั่งเกิดการไหลตัวและขยายตัวได้ถึงประมาณ 30% (เม็ดทรายเริ่มผสมกันและเมื่อเสียดสีกันก็จะขับไล่อนุภาคของแข็งออกไป) อนุภาคของแข็งขนาดเล็กจะถูกชะล้างออกไปพร้อมกับของเหลวสำหรับล้างย้อนและถูกดักจับไว้ในถังตกตะกอน โดยทั่วไปแล้วอัตราการไหลของของเหลวที่จำเป็นในการทำให้ชั้นกรองเกิดการไหลตัวจะอยู่ที่ 3 ถึง 10 m³ / m² /ชม. แต่จะไม่ใช้งานเป็นเวลานาน (เพียงไม่กี่นาที) [ 5 ] : 224–235ทรายจำนวนเล็กน้อยอาจสูญหายไปในกระบวนการล้างย้อนกลับ และอาจจำเป็นต้องเติมทรายลงในชั้นทรายเป็นระยะ
การออกแบบตัวกรองทรายแบบช้า
ดังที่ชื่อเรื่องบ่งบอก ความเร็วในการกรองจะเปลี่ยนแปลงไปในตัวกรองทรายแบบช้าอย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างตัวกรองทรายแบบช้าและแบบเร็ว คือชั้นบนสุดของทรายจะมีกิจกรรมทางชีวภาพ เนื่องจากมีการนำชุมชนจุลินทรีย์เข้าไปในระบบ ความลึกที่แนะนำและโดยทั่วไปของตัวกรองคือ 0.9 ถึง 1.5 เมตร ชั้นจุลินทรีย์จะก่อตัวขึ้นภายใน 10-20 วันนับจากเริ่มการทำงาน ในระหว่างกระบวนการกรอง น้ำดิบสามารถซึมผ่านตัวกลางทรายที่มีรูพรุน หยุดและดักจับสารอินทรีย์ แบคทีเรีย ไวรัส และซีสต์ เช่นGiardiaและCryptosporidiumกระบวนการฟื้นฟูสำหรับตัวกรองทรายแบบช้าเรียกว่าการขูดและใช้เพื่อกำจัดอนุภาคที่แห้งบนตัวกรองออกไปโดยทางกล อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้สามารถทำได้ใต้น้ำเช่นกัน ขึ้นอยู่กับระบบแต่ละระบบ ปัจจัยจำกัดอีกประการหนึ่งสำหรับน้ำที่กำลังบำบัดคือความขุ่นซึ่งสำหรับตัวกรองทรายแบบช้ากำหนดไว้ที่ 10 NTU (หน่วยความขุ่นแบบเนเฟโลเมตริก) เครื่องกรองน้ำแบบทรายช้าเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับธุรกิจที่มีงบประมาณจำกัด เนื่องจากกระบวนการกรองไม่ใช้สารเคมีใดๆ และไม่ต้องการความช่วยเหลือทางกลมากนักหรืออาจไม่ต้องการเลย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำนวนประชากรในชุมชนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เครื่องกรองน้ำแบบทรายช้าจึงถูกแทนที่ด้วยเครื่องกรองน้ำแบบทรายเร็วมากขึ้น ส่วนใหญ่เป็นเพราะระยะเวลาการทำงานที่ยาวนานกว่า
ลักษณะเฉพาะของตัวกรองทรายแบบเร็วและแบบช้า
| ลักษณะเฉพาะ[ 6 ] | เครื่องกรองทรายแบบเร็ว | เครื่องกรองทรายแบบช้า |
|---|---|---|
| อัตราการกรอง [ม./ชม.] | 5–15 | 0.08–0.25 |
| ขนาดสื่อที่มีประสิทธิภาพ [มม.] | 0.5–1.2 | 0.15–0.30 |
| ความลึกของชั้นดิน [เมตร] | 0.6–1.9 | 0.9–1.5 |
| ความยาวของงาน | 1–4 วัน | 1–6 เดือน |
| ระยะเวลาการสุกงอม | 15 นาที – 2 ชั่วโมง | หลายวัน |
| วิธีการฟื้นฟู | การล้างย้อนกลับ | การขูด |
| ความขุ่นสูงสุดของน้ำดิบ | ไม่จำกัดปริมาณหากมีการเตรียมการล่วงหน้าอย่างเหมาะสม | 10 NTU |
การออกแบบตัวกรองแบบไหลขึ้น
ตัวกรองทรายแบบไหลย้อนกลับอย่างต่อเนื่องหรือแบบไหลขึ้นเป็นระบบการทำงานใหม่ล่าสุด ความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดเมื่อเทียบกับระบบก่อนหน้านี้คือ น้ำที่จะกรองจะถูกป้อนจากด้านล่างและน้ำที่กรองแล้วจะได้รับที่ด้านบน การไหลย้อนกลับนี้ทำให้กระบวนการล้างย้อนกลับสามารถรวมเข้ากับกระบวนการกรองได้ จึงช่วยลดปริมาณน้ำล้างที่ใช้และลดเวลาในการทำความสะอาด อัตราการรับน้ำหนักสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 5.4 ลิตรต่อวินาทีต่อตารางเมตร โดยมีการสูญเสียแรงดันคงที่ 0.6 เมตร[ 8 ]
ตัวกรองแบบผสม
ตัวกรองที่ใช้สื่อกรองต่างชนิดกันเรียงเป็นชั้นๆ เรียกว่าตัวกรองแบบผสมหรือตัวกรองมัลติมีเดีย วัสดุตัวกรองที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ทราย แอนทราไซต์ ถ่านกัมมันต์แบบเม็ด (GAC) การ์เนต และอิลเมไนต์ซึ่งแต่ละชนิดถูกเลือกใช้ตามคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะของตนเอง:
- แอนทราไซต์: ถ่านหินชนิดแข็ง มีปริมาณสารระเหยต่ำ มักใช้เป็นชั้นบนสุดเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ
- GAC: ทำหน้าที่ทั้งเป็นตัวกรองและสารดูดซับ โดยดักจับสารประกอบอินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำ
- โกเมน: หินที่มีความหนาแน่นและอุดมไปด้วยแร่ธาตุ มีสีแดงอมส้ม
- อิลเมไนต์: ออกไซด์หนักของเหล็กและไทเทเนียม ใช้ประโยชน์จากความหนาแน่นสูง
- ทราย: วัสดุสำหรับการกรองแบบดั้งเดิมและใช้กันอย่างแพร่หลาย
วัสดุเหล่านี้สามารถใช้เดี่ยวๆ หรือใช้ร่วมกันก็ได้ ในตัวกรองแบบมัลติมีเดีย ชั้นของวัสดุจะถูกจัดเรียงตามความหนาแน่นเสมอ โดยวัสดุที่หนักกว่า เช่น การ์เนตและอิลเมไนต์จะอยู่ด้านล่าง ในขณะที่วัสดุที่เบากว่า เช่น แอนทราไซต์ จะอยู่ด้านบน การจัดเรียงแบบนี้จะสร้างความพรุนที่แตกต่างกันตลอดทั้งชั้นกรอง ส่งผลให้การกรองมีประสิทธิภาพมากขึ้นและเกิดการลดลงของความดันในระดับที่แตกต่างกัน
โดยทั่วไปแล้ว ระบบกรองแบบมัลติมีเดียจะประกอบด้วยถ่านหินแอนทราไซต์อยู่ด้านบน ตามด้วยทราย และปิดท้ายด้วยหินการ์เนต โดยทั้งหมดมีฐานเป็นกรวด ความลึกของระบบกรองดังกล่าวอยู่ระหว่าง 0.6 ถึง 1 เมตรในแต่ละชั้น ความลึกที่มากกว่า 1 เมตรจะทำให้แรงดันตกคร่อมเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในขณะที่ชั้นที่ตื้นกว่าจะทำให้ความหนาของชั้นลดลงและประสิทธิภาพลดลง
เมื่อแรงดันตกเกิน 10 psi จำเป็นต้องทำการล้างย้อน (backwash) ในระหว่างการล้างย้อน กระแสน้ำจะถูกเปลี่ยนทิศทาง (ไหลขึ้น) เพื่อยกวัสดุกรองขึ้นและกำจัดอนุภาคที่สะสมอยู่ ซึ่งจะถูกระบายออกไปพร้อมกับน้ำล้างย้อน โดยทั่วไปแล้ว ปริมาณน้ำที่ใช้ในการล้างย้อนจะอยู่ที่ประมาณ 3 เท่าของอัตราการกรองปกติ (ต้องสูงพอที่จะยกวัสดุกรองขึ้นเพื่อกำจัดอนุภาคที่ติดอยู่)
การจำแนกประเภทตัวกรอง:
- ตัวกรองแบบโมโนมีเดีย: ประกอบด้วยชั้นเดียว โดยทั่วไปคือทราย ซึ่งปัจจุบันล้าสมัยไปแล้ว
- ระบบกรองแบบชั้นเดียวลึก (Deep-Bed Monomedia): ใช้แอนทราไซต์หรือถ่านกัมมันต์ (GAC) เพียงชั้นเดียว เหมาะสำหรับการรักษาระดับคุณภาพน้ำให้คงที่และใช้งานได้ยาวนานขึ้น
- ตัวกรองแบบสองชั้น: ประกอบด้วยสองชั้น โดยทั่วไปจะเป็นทรายอยู่ด้านล่างและแอนทราไซต์หรือถ่านกัมมันต์ (GAC) อยู่ด้านบน
- ตัวกรองแบบไตรมีเดีย: ใช้สามชั้น (โดยทั่วไปคือแร่การ์เนตหรืออิลเมไนต์ (ชั้นล่าง) ทราย (ชั้นกลาง) และแอนทราไซต์ (ชั้นบน)) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและความจุในการกรองที่สมดุลกัน
พารามิเตอร์ของตัวกรองแบบผสม:
| พารามิเตอร์ | ช่วงทั่วไป |
|---|---|
| วัสดุแต่ละชั้น [ม.] | 0.6-1.0 |
| อัตราการไหล [gpm/ft²] | 3-7 |
| การลดลงของความดัน [psi] | 3-7 |
| ตัวกระตุ้นการไหลย้อนกลับ | แรงดันตกเกิน 10 psi |
การใช้งานในการบำบัดน้ำ
วิธีการทั้งหมดนี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำทั่วโลก วิธีการสามวิธีแรกในรายการข้างต้นจำเป็นต้องใช้สารเคมีช่วยตกตะกอนเพื่อให้ได้ผลอย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนเครื่องกรองทรายแบบช้าจะผลิตน้ำคุณภาพสูงโดยไม่ต้องใช้สารเคมีช่วย
การส่ง น้ำ ที่มีตะกอนผ่านตัวกรองทรายแบบแรงโน้มถ่วงเร็วจะกรองตะกอนและอนุภาคที่ติดอยู่ภายในออก ลดจำนวนแบคทีเรียและกำจัดของแข็งส่วนใหญ่ ตัวกรองใช้ทรายที่มีขนาดแตกต่างกันเป็นวัสดุหลัก ในกรณีที่รสชาติและกลิ่นอาจเป็นปัญหา ( ผลกระทบ ต่อประสาทสัมผัส ) ตัวกรองทรายอาจมีชั้นถ่านกัมมันต์เพื่อกำจัดรสชาติและกลิ่นดังกล่าว
หลังจากใช้งานไปได้ระยะหนึ่ง ตัวกรองทรายจะอุดตันด้วยตะกอนหรือจุลินทรีย์ตัวกรองทรายแบบช้าจะต้องขูดตะกอนออก (ดูด้านบน) ในขณะที่ตัวกรองทรายแบบเร็วจะต้องล้างย้อนหรือล้างด้วยแรงดันสูงเพื่อกำจัดตะกอน น้ำที่ใช้ล้างย้อนจะถูกส่งไปยังถังตกตะกอนเพื่อให้ตะกอนตกตะกอนลง และจะถูกกำจัดทิ้งเป็นของเสีย ส่วนน้ำใสจะถูกนำกลับไปใช้ในกระบวนการบำบัดหรือกำจัดทิ้งเป็นน้ำเสีย ในบางประเทศ กากตะกอนอาจนำไปใช้เป็นปุ๋ยปรับปรุงดินการบำรุงรักษาตัวกรองที่ไม่เพียงพอเป็นสาเหตุของการปนเปื้อนของน้ำดื่มเป็นครั้งคราว
บางครั้งมีการใช้ตัวกรองทรายในการบำบัดน้ำเสียเป็นขั้นตอนสุดท้าย ในตัวกรองเหล่านี้ ทรายจะดักจับสารแขวนลอยและแบคทีเรียที่เหลืออยู่ และเป็นตัวกลางทางกายภาพสำหรับการย่อยสลายสารประกอบไนโตรเจน รวมถึงแอมโมเนียและไนเตรต โดยแบคทีเรีย ให้ กลายเป็นก๊าซไนโตรเจน
ตัวกรองทรายเป็นหนึ่งในกระบวนการบำบัดที่มีประโยชน์มากที่สุด เนื่องจากกระบวนการกรอง (โดยเฉพาะการกรองทรายแบบช้า) รวมฟังก์ชันการทำให้บริสุทธิ์หลายอย่างไว้ในตัว[ 9 ]
ข้อดีและข้อจำกัด
ข้อดีอย่างหนึ่งของตัวกรองทรายคือสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย นอกจากนี้ โหมดการทำงานที่แตกต่างกัน เช่น แบบเร็ว แบบช้า และแบบไหลขึ้น ช่วยให้สามารถปรับวิธีการกรองให้เหมาะสมกับความต้องการและข้อกำหนดของผู้ใช้ได้ ตัวกรองทรายมีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดสีและจุลินทรีย์ และเนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนการดำเนินงานจึงต่ำมาก ยิ่งไปกว่านั้น ความเรียบง่ายยังทำให้การทำงานแบบอัตโนมัติง่ายขึ้น จึงต้องการการแทรกแซงจากมนุษย์น้อยลง
ข้อจำกัดหลักของเทคโนโลยีนี้จะเกี่ยวข้องกับการอุดตัน กล่าวคือ การอุดตันของวัสดุกรอง ซึ่งต้องใช้น้ำปริมาณมากในการดำเนินการล้างย้อนกลับ และการใช้สารเคมีในการบำบัดเบื้องต้น นอกจากนี้ ตัวกรองทรายแบบช้าโดยทั่วไปต้องการพื้นที่มากกว่าเมื่อเทียบกับแบบไหลเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากน้ำดิบมีการปนเปื้อนสูง อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อจำกัดเหล่านี้ แต่ก็มีศักยภาพมากกว่ามาก และนั่นเป็นเหตุผลที่พวกมันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม[ 10 ] [ 11 ]
ความท้าทายในกระบวนการสมัคร
ในกระบวนการบำบัดน้ำ ควรตระหนักถึงปัจจัยบางประการที่อาจก่อให้เกิดปัญหาอย่างร้ายแรงหากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม กระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น เช่น การบ่มกรองและการล้างย้อนกลับ ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณภาพน้ำเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อเวลาที่ใช้ในการบำบัดทั้งหมดด้วย การล้างย้อนกลับยังลดปริมาณน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้ว หากต้องส่งน้ำปริมาณหนึ่งไปยังชุมชน การสูญเสียน้ำนี้จำเป็นต้องนำมาพิจารณาด้วย นอกจากนี้ ของเสียจากการล้างย้อนกลับจำเป็นต้องได้รับการบำบัดหรือกำจัดอย่างเหมาะสม จากมุมมองทางเคมี คุณภาพน้ำดิบที่แตกต่างกันและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของกระบวนการบำบัดตั้งแต่ทางเข้าโรงบำบัดแล้ว
มีความไม่แน่นอนอย่างมากเกี่ยวกับแบบจำลองที่ใช้ในการสร้างตัวกรองทราย เนื่องมาจากสมมติฐานทางคณิตศาสตร์ที่ต้องนำมาใช้ เช่น เม็ดทรายทั้งหมดมีรูปร่างทรงกลม รูปร่างทรงกลมส่งผลต่อการตีความขนาด เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางแตกต่างกันระหว่างเม็ดทรายทรงกลมและเม็ดทรายที่ไม่ใช่ทรงกลม การเรียงตัวของเม็ดทรายภายในชั้นก็ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเม็ดทรายด้วย ซึ่งส่งผลต่อความพรุนและการไหลของน้ำ[ 6 ]
การใช้งานในอุตสาหกรรม
เครื่องกรองทรายถูกนำไปใช้ในภาคส่วนและกระบวนการต่างๆ ที่ต้องการกำจัดสารแขวนลอยออกจากน้ำหรือน้ำเสียอย่างมีประสิทธิภาพ
ภาคส่วนต่างๆ ที่มีการนำระบบกรองทรายไปใช้ ได้แก่การผลิตน้ำดื่มสระว่ายน้ำ สถานีล้างรถการบำบัดน้ำบาดาลโรงฆ่าสัตว์อุตสาหกรรมแปรรูปผักและผลไม้ เครื่องดื่ม อุตสาหกรรมอาหาร การบำบัดพื้นผิวโลหะ เป็นต้น
การผลิตน้ำหล่อเย็น การกรองเบื้องต้นใน ระบบบำบัด ด้วยถ่านกัมมันต์และระบบเมมเบรน
- การกำจัดธาตุเหล็กออกจากน้ำบาดาลโดยใช้การเติมอากาศและการกรองด้วยทราย
- การบำบัดน้ำเสียขั้นสุดท้าย ต่อเนื่องจากการตกตะกอนของโลหะ เพื่อกำจัดเศษตะกอนโลหะที่หลงเหลืออยู่
- การบำบัดขั้นสุดท้ายของน้ำเสียที่เกิดจากการผลิตเหล็ก เหล็กกล้า และโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก การกรองด้วยทรายอาจมีกระบวนการอื่นนำหน้า เช่น การตกตะกอน การจับตัวเป็นก้อน และการลอยตัว
- การบำบัดน้ำเสียที่มีเศษทรายจากการพ่นทรายและอนุภาคสี เช่น ในอู่ต่อเรือ
- นอกจากนี้ยังใช้เป็นขั้นตอนการกรองขั้นสุดท้าย (หรือก่อนการกรองด้วยถ่านกัมมันต์) เพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
- ใช้ในการปลูกพืชในเรือนกระจกเพื่อฆ่าเชื้อโรคในน้ำทิ้ง (ระบบกรองทรายแบบช้า)
- ระบบกรองน้ำฝนใช้สำหรับกรองสารมลพิษจากน้ำไหลบ่าบนพื้นผิว
- น้ำเสียเป็นเมทริกซ์ทางกายภาพเพื่อย่อยสลายสารประกอบที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ เช่น แอมโมเนีย[ 12 ]