فیلتر شنی چیست؛ انواع و کاربرد آن

در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی به مجموعه‌ای از فرایندها نیاز داریم تا به آبی با کیفیت مورد نظرمان دست پیدا کنیم. هر کدام از این فرایندهای تصفیه آب با هدف خاصی استفاده می‌شوند. فیلتر شنی یکی از سیستم‌هایی است که معمولا در بالا دست یا ابتدای سیستم‌های تصفیه مورد استفاده قرار می‌گیرد و تمرکزش روی حذف ذرات جامد معلق (TSS) و کدورت آب است. پس می‌پردازیم به پاسخ دقیق‌تر این سوال، فیلتر شنی چیست؟

فیلتر شنی چیست؟

فیلتر شنی یا سند فیلتر (Sand Filter) مخزنی است که تحت فشار بالا (معمولا بین ۲ تا ۴ بار) کار می‌کند و از سیلیس در سایزهای مختلف پر شده است. این سیستم در مرحله پیش‌تصفیه آب صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد که و با کاهش کدورت آب که با پارامتر NTU مشخص می‌شود، باعث زلال‌تر و شفاف‌تر شدن آب می‌شود. در این مرحله ذرات معلق در آب که سایز آن‌ها حداکثر به ۵۰ میکرون می‌رسد مانند گل و لای از آب جدا می‌شوند. جنس بدنه فیلتر شنی از جنس فولاد گالوانیزه، استیل و یا فایبرگلاس به صورت استوانه ساخته می‌شود.

انواع فیلتر شنی صنعتی

برای اینکه بتوانیم بهتر بفهمیم که فیلتر شنی چیست باید انواع آن را مورد بررسی قرار دهیم. برای این منظور ما انواع فیلتر شنی را از سه لحاظ بررسی می‌کنیم:

۱. انواع فیلتر شنی از نظر نحوه کار

فیلتر شنی آرام (Slow Sand Filter)

فیلتر شنی آرام به دسته‌ای فیلتر گفته می‌شود که به طور معمول در طبیعت وجود دارد و  بدون نیروی فشاری عمل می‌کند. به طور مثال اگر آب از بستر شنی به اندازه یک متر مربع با سرعت آرام و طبیعی حرکت کند آنگاه در طی یک شبانه روز تنها می‌تواند سه متر مکعب آب تصفیه شده را تحویل دهد. این روش برای محیط‌هایی که نیاز به آب تصفیه شده کم است مانند شبکه آب روستایی بسیار مناسب و کم‌هزینه است.

فیلتر شنی تند ثقلی (Rapid Sand Gravity Filter)

فیلتر شنی تند ثقلی مشابه با نوع آرام است ولی تفاوت آن در این است که حجم آب بالای شن و ماسه درون فیلتر باعث ایجاد نیروی فشاری یا هد (Head) روی بستر شنی می‌شود و آب تحت فشار ثقل از درون بستر عبور کرده و تصفیه می‌شود. در این نوع از صافی‌های شنی مساحتی که ماسه و سیلیس پوشیده شده است ۴۰ تا ۱۰۰ متر مربع است در حالی که همین مساحت در فیلتر آرام بین ۳۰۰ تا ۸۰۰ متر مربع است. از طرفی کوچک بودن بستر شن و ماسه باعث می‌شود تا فیلتر به مدت کوتاه‌تری نیاز به شستشو داشته باشد.

فیلتر شنی تند (Rapid Sand Pressure Filter)

صافی شنی تند یکی از پرکاربردترین نوع فیلترهای شنی است که در محیط‌های صنعتی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این حالت آب تحت فشار پمپ وارد می‌شود و در زمان کوتاه‌تری از بستر شن و نازل‌ها عبور می‌کند تا آب تصفیه‌شده خارج شود. این نوع از فیلتر شنی به عنوان پیش تصفیه در سیستم‌های اسمز معکوس با ظرفیت کوچک و متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۲. انواع فیلتر شنی از نظر جنس

انتخاب جنس بدنه فیلتر شنی بسیار مهم است. در صورت استفاده از جنس بدنه مناسب، طول عمر و کارایی فیلترها افزایش می‌یابد و همچنین احتمال آلودگی آب به مواد شیمیایی وجود نخواهد داشت.

فیلترهای شنی با بدنه فلزی

فیلترهای شنی با بدنه فلزی معمولاً از جنس استیل یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند. این نوع فیلترها از نظر مقاومت در برابر خوردگی و فشار به دلیل استفاده از جنس فلزی بسیار قدرتمند هستند. در ضمن این فیلترها به دلیل جنس بدنه سخت و محکم خود می‌توانند تحمل ضربات و ارتعاشات را نیز داشته باشند. همچنین طول عمر این فیلترها بیشتر از دیگر انواع فیلترهای شنی است. فیلترهای شنی با بدنه فلزی در صنایع مختلفی مانند صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی و صنایع غذایی برای تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فیلترهای شنی با بدنه پلاستیکی

فیلترهای شنی با بدنه پلاستیکی معمولاً از جنس PVC ساخته می‌شوند. این فیلترها به دلیل وزن سبک و همچنین مقاومت در برابر خوردگی مناسب برای استفاده در محیط‌های مرطوب هستند. همچنین قیمت این فیلترها نسبت به فیلترهای شنی با بدنه فلزی کمتر است.

با این حال، فیلترهای شنی با بدنه پلاستیکی در برابر شکستن یا تخریب در برابر ضربه مقاومت به مراتب کمتری دارند و همچنین طول عمر کمتری نسبت به فیلترهای شنی با بدنه فلزی دارند. به علاوه، در صورت عدم استفاده از جنس پلاستیک با کیفیت، احتمال آلودگی آب به مواد شیمیایی مضر نیز وجود دارد.از فیلترهای شنی با بدنه پلاستیکی بیشتر در محیط‌های خانگی و کوچک استفاده می‌شود. همچنین این فیلترها می‌توانند در تصفیه آب‌های زیرزمینی و ایستگاه‌های تصفیه آب مورد استفاده قرار گیرند.

فیلترهای شنی با بدنه FRP

فیلتر شنی با بدنه FRP یا فایبرگلاس تقویت شده جزء محبوبترین جنس‌ها در صنعت تصفیه آب است. بدنه یا محفظه این نوع فیلترها با ترکیبی از پلیمرها و الیاف شیشه تولید می‌شوند. به دلیل وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی و تاثیرات شیمیایی، این نوع فیلترها برای تصفیه آب‌های شهری و صنعتی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فیلترهای شنی با بدنه FRP قابلیت تحمل فشار بالا را دارند و طول عمر آنها نیز بسیار بالاست. همچنین این فیلترها مقاوم در برابر زنگ زدگی و اکسیداسیون هستند. این فیلترها همچنین به دلیل ویژگی‌های سبک و مقاومت در برابر خوردگی در مناطق با هوای مرطوب و نمکی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فیلتر‌‌های شنی با بدنه بتنی

در سیستم‌های تصفیه آب با ظرفیت بالا و یا مواردی که حجم آلایده‌‌های موجود در آب بالا باشد از فیلتر‌های شنی ثقلی استفاده می‌شود که بستر مدیا درون سازه‌های مستطیلی از جنس بتن قرار می‌گیرد. در این فیلتر‌ها سرعت فیلتراسیون نسبت به انوع قبلی کمتر است و برای حجم یکسان به سطح مقطع بزرگتری از فیلتر نیاز است.

۳. انواع فیلتر شنی از نظر بستر لایه‌ای

اصل فرایند فیلتراسیون در این سیستم ها توسط بستر لایه‌ای درون سند فیلتر صورت می‌گیرد. پس نوع و جنس بستر لایه‌ای بر عملکرد و کارایی فیلتر تاثیر مستقیم دارد. در ادامه به انواع بستر‌های لایه‌ای می‌پردازیم.

فیلتر شنی تک لایه

در این نوع از یک بستر شن به عنوان محیط فیلتر استفاده می‌کنند. جنس این شن و اندازه ذرات آن توسط طراح فیلتر و با توجه به نوع آلاینده‌های موجود در آب انتخاب می‌شود. یکی از مشکلات این فیلتر‌های تک لایه این است که فقط قادر است ذرات با اندازه تقریبا یکسانی را از جریان آب حذف کند و در مواردی که ذرات ریز و درشت در آب باشد کارایی بسیار پایینی دارد.

فیلتر شنی چند لایه

در این نوع از چند لایه شن به عنوان محیط فیلتر استفاده می‌کنند. جنس این ذرات یکسان ولی اندازه ذرات آن متفاوت است. انتخاب اندازه این ذرات توسط طراح فیلتر و با توجه به نوع آلاینده‌های موجود در آب انتخاب می‌شود. اگرچه نسبت به فیلتر‌های تک لایه کارایی بهتری دارند ولی باز هم در مواقعی که ذرات ریز و درشت با دامنه وسیع در آب وجود داشته باشد کارایی چندان مطلوبی ندارند و سریع دچار گرفتگی و افت فشار می‌شوند که لازم است عملیات بکواش روی آن‌های صورت گیرد.

همچنین بخوانید: بکواش فیلتر شنی

مدیا فیلتر (Media Filter)

مالتی مدیا فیلتر‌ها انوع دیگری از فیلتر شنی هستند که در آن‌ها لایه‌های درون فیلتر از ذراتی با جنس های مختلف است، یعنی علاوه بر شن یا سیلیس ذرات دیگری با اندازه ذرات و جنس متفاوت هم به صورت لایه لایه درون ستون ریخته می‌شود. یکی از پر کاربردترین انواع آن مدیا فیلتر دو لایه (Dual Media Filter) است که در بالای ستون از آنتراسیت با اندازه ذرات درشت استفاده می‌شود، و در پایین آن سیلیس با اندازه ذرات کوچک قرار می‌گیرد. البته این نوع از مدیا فیلتر ها هم لایه گراول را دارند که در پایین بستر قرار می‌گیرد. یکی از نکات بسیار مهم در عمل تصفیه انتخاب جنس و اندازه درست سلیس و آنتراسیت استفاده شده در مدیا فیلتر است. انتخاب اندازه ذرات آنتراسیت و سیلیس درون فیلتر روی راندمان حذف ذرات معلق درون آب تاثیر دارند.

بیشتر بخوانید: پیش تصفیه آب صنعتی چیست

 فیلتر شنی در تصفیه آب صنعتی چگونه کار می کند؟

شن داخل فیلتر شنی که از جنس سیلیس است در اندازه‌ ذرات مختلف وجود دارد و به صورت چندلایه در فیلتر قرار می‌گیرد. با بررسی دقیق‌تر ساختار این لایه‌ها بهتر متوجه می شویم که در این فرآیند نقش فیلتر شنی چیست. لایه بندی یا ترتیب اندازه ذرات در فیلتر شنی بستگی به کاربرد و هدف آن دارد. ولی در ساده ترین و ابتداتی ترین نوع آن ترتیب دانه بندی از بالا به پایین اط ریز به درشت است. ابتدا در لایه پایینی فیلتر شن درشت در سایز ۸ تا ۱۲ میلیمتر قرار می‌گیرد. سپس در لایه دوم سیلیس متوسط با سایز ۵ تا ۸‌ میلیمتر ریخته می‌شود. البته این دو لایه پایینی که به لایه گراول معروف هستند، نقشی در عملیات فیلترسیون ندارند. لایه آخر اصلی‌ترین لایه فیلتر شنی است که سیلیس شکری در سایز ۱ تا ۳ میلیمتر بر روی لایه گراول ریخته می‌شود تا کار تصفیه را با حذف گل و لای و ذرات معلق در آب انجام دهد.

 کاربرد های فیلتر شنی صنعتی

فیلتر شنی موجب کاهش کدورت آب و حذف ذرات معلق در آن می‌شود اما برای این که یک قدم به مفهوم این که فیلتر شنی چیست نزدیک شویم باید کاربردهای آن را که به طور گسترده ای در مصارف صنعتی است، بشناسیم.  در ادامه به طور خلاصه کاربردهای فیلتر شنی صنعتی را نام می‌بریم.

• تصفیه آب‌های زیرزمینی و سطحی
• استفاده در پیش‌تصفیه آب سیستم اسمز معکوس
• تصفیه آب استخر
• تصفیه آب برگشتی از برج‌های خنک‌کننده
• تصفیه آب ورودی موتورخانه‌ها
• تصفیه مصارف آشامیدنی
• تصفیه نهایی فاضلاب‌های صنعتی و انسانی

علت استفاده از فیلتر شنی در تصفیه آب صنعتی

شاید برایتان سوال باشد که علت استفاده از فیلتر شنی چیست. باید بدانید امروزه دستگاه تصفیه به روش اسمز معکوس به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر آب با آلودگی بالا از دستگاه تصفیه اسمز معکوس عبور کند باعث ایجاد فولینگ یا گرفتگی روی المان‌های اسمز معکوس می‌شود، که یا باید خیلی سریع تمیز شوند و یا این‌ که باعث کاهش عمر ممبران‌ها می‌شود و شاید لازم باشد به طور کلی تعویض شوند. این امری بدیهی است که شستن و یا تعویض فیلترها کاری وقت‌گیر و هزینه‌بر است. فیلتر شنی در بخش پیش تصفیه آب صنعتی قرار می‌گیرد تا با کاهش شاخص‌هایی نظیر کدورت (NTU) و شاخص گل و لای (SDI) باعث تعدیل فولینگ روی ممبران‌های RO شود و عمر و دوام المان‌ها را افزاریش دهد. این یکی از مهمترین نقاط کاربردی است تا نشان دهیم که کار فیلتر شنی چیست.

مزایای استفاده از سند فیلتر در دستگاه تصفیه صنعتی

یکی از مهمترین دلایلی که جایگاه فیلتر شنی را در مراحل بالا دست دستگاه تصفیه آب صنعتی تثبیت کرده است، مزایای آن و از همه مهم‌تر سادگی کار آن است. در ادامه به مزایای مختلف آن می‌پردازیم:

• قابلیت استفاده در مراحل مختلف تصفیه آب
• افزایش راندمان تصفیه
• نصب آسان و راحت
•  نیاز به فضای کم
• زمان کوتاه شست‌وشو یا بکواش (Backwash)

تعویض فیلتر شنی صنعتی چگونه است

دانستن نحوه نگهداری از انواع فیلتر شنی صنعتی به شما کمک می‌کند تا طول عمر آن را افزایش دهید اما می‌توان تقریبا گفت که مدیای درون فیلتر شنی بعد از ۵ تا ۷ سال باید تعویض شود.‌ در ادامه به شرح مراحل تعویض فیلتر شنی صنعتی می‌پردازیم:

1. ابتدا دستگاه را در حالت بکواش یا شستشوی معکوس قرار دهید و بعد از اتمام آن پمپ را خاموش کنید. 
2. شیر فشاری که در قسمت بالای فیلتر شنی قرار دارد را باز کنید تا فشار از فیلتر شنی آزاد شود. بعد از این کار دریچه تلخیه‌ای که در پایین فیلتر قرار گرفته (Drain) را باز کنید تا آب داخل آن رها شود.
3. پیچ و مهره‌هایی که به عنوان نگهدارنده فیلتر هستند را باز کنید، به صورت متناوبی این کار را انجام دهید تا فشار به یک طرف ظرف وارد نشود و آسیب نبیند.
4. قسمت بالای فیلتر را بر دارید و ماسه‌هایی که در داخل فیلتر شنی هستند را تخلیه کنید.
5. پس از تخلیه مدیا باید اجزای داخلی آن شامل بدنه و نازل‌‌ها چک شوند. اگر شکستگی و یا هر مشکلی دیده شد اول آن را درست کنید و سپس مخزن را پر از آب کرده و شروع به ریختن مدیای جدید کنید. در پایان این مرحله در بالای فیلتر را وصل کنید و قبل از شروع فیلتراسیون یک‌ بار دیگر بکواش را انجام دهید.

مراحل شستشوی مدیا فیلتر صنعتی

منظور از شستشوی فیلتر شنی چیست و برای یک شستشوی استاندارد و اثربخش باید چه اقداماتی انجام داد؟ شستشوی فیلتر شنی صنعتی به صورت بکواش صورت می‌گیرد که در آن آب به صورت برعکس و با دبی یا حجم زیاد وارد فیلتر شنی می‌شود و هر آن چه روی سیلیس و شن قرار دارد را پاک‌سازی می‌کنبا منبسط کردن بستر و افزایش فضای خالی بین ذرات درون ستون باعث خروج آلاینده ها از فیلتر می‌شود. البته باید به این نکته توجه کرد که بک واش باید زمانی انجام گیرد که بعضی فاکتورها مثلا دبی جریان آب تصفیه شده کاهش پیدا کرده است، افت فشار افزایش یافته و یا شاهد ضعف در عملکرد فیلتر هستیم. در ادامه مراحل شستشوی فیلتر شنی یا سند فیلتر را توضیح می‌دهیم.

1. ابتدا پمپ را خاموش می‌کنیم.
2. دستگاه را در حالت بک واش قرار می‌دهیم.
3. پمپ بکواش را روشن می‌کنیم و اجازه می‌دهیم بک واش مطابق زمانی که در دستورالعمل بهره برداری مشخص شده صورت گیرد. در واقع بک واش تا زمانی انجام می‌شود که آب خروجی شفاف و سالم شود، و یا کدورت تا حد ۱۵ NTU کاهش یابد.
4. پمپ یا پمپ‌های بکواش را خاموش می‌کنیم.
5. پمپ خوراک را روشن می‌کنیم و سیستم را در حالت رینز (Rinse) قرار میدهیم تا مدیا دورن ستون دوباره به حالت پایدار برسد و فیلتراسیون را مطابق استاندارد مورد نظر ما انجام دهد.