Os filtros, como instalações principais na área de tratamento de água, são amplamente utilizados em várias estações de tratamento de esgoto, tratamento de águas residuais industriais, purificação de água potável e outros cenários. No entanto, no uso real, os filtros geralmente apresentam baixo desempenho, como taxa de filtração lenta, fácil entupimento do meio filtrante, efeito de retrolavagem insatisfatório, pequena capacidade de tratamento, qualidade instável do efluente e podem até levar à não{1}}conformidade com os padrões de descarga ou poluição secundária. Esses problemas não afetam apenas a eficiência do tratamento, mas também aumentam os custos operacionais e a dificuldade de manutenção. Portanto, é necessário explorar formas de melhorar o desempenho do filtro para garantir sua operação estável e eficiente. Este artigo compartilha maneiras de melhorar o desempenho do filtro para profissionais de tratamento de água.
I. Gargalos do meio filtrante de camada-única
Os filtros de areia-de camada única tradicionais usam principalmente areia de quartzo como meio filtrante, com tamanho de partícula projetado para aumentar gradualmente de cima para baixo (fina na parte superior, grossa na parte inferior). Superficialmente, isto parece filtrar as impurezas camada por camada, mas na operação real, surgem frequentemente problemas. A capacidade de retenção-de sujeira do filtro é uma medida fundamental de desempenho, referindo-se à quantidade de impurezas retidas por unidade de volume do meio filtrante (unidade: kg/m³ ou g/cm²). A forte capacidade-de retenção de sujeira significa que a camada de filtro desempenha um papel significativo, resultando em alta eficiência de filtragem, longo ciclo de trabalho e grande capacidade de tratamento de água. Porém, a distribuição das impurezas aprisionadas em uma única camada de meio filtrante é extremamente desigual: a superfície (camada superior) acumula a maior parte das impurezas, diminuindo ainda mais, quase sem aprisionamento abaixo de 30 cm. Isto faz com que a perda de carga (resistência ao fluxo) se concentre principalmente na camada superficial, encurtando significativamente o ciclo de filtração e muitas vezes levando ao entupimento em poucas horas. Isso ocorre porque a direção do fluxo de água se alinha com o aumento do tamanho das partículas, fazendo com que as impurezas se acumulem rapidamente na camada superior. Se o tamanho da partícula for alterado para diminuir gradualmente ao longo da direção do fluxo de água (de grande para pequeno), ou seja, filtração de "tamanho de partícula reverso", as impurezas podem ser distribuídas uniformemente, aumentando a capacidade de retenção de sujeira, reduzindo a perda de carga, estendendo o ciclo de trabalho e até mesmo aumentando a velocidade de filtração.
II. Filtragem de fluxo ascendente
Os meios filtrantes convencionais têm um tamanho de partícula mais fino na parte superior e um tamanho de partícula mais grosso na parte inferior, com a água entrando pela parte superior e saindo pela parte inferior. A filtração de fluxo ascendente mantém o mesmo tamanho de partícula, mas inverte a direção do fluxo de água: a água entra pela parte inferior e sai pela parte superior, formando um modo de "tamanho de partícula reverso".
As vantagens desse projeto são: distribuição uniforme de impurezas na camada do filtro, maior capacidade de-retenção de sujeira, aumento mais lento na resistência ao fluxo de água e ciclo de trabalho estendido. Porém, é necessário controlar a taxa de filtração, pois altas taxas de filtração podem causar expansão da camada filtrante, perda de areia fina da camada superior e afetar a qualidade do efluente. Portanto, uma malha ou grade deve ser adicionada à camada superficial para proteção. Embora este método tenha a vantagem da distribuição reversa do tamanho das partículas, ele sofre de problemas como expansão limitada da camada de filtro durante a retrolavagem, dificuldade na remoção do lodo e remoção incompleta do lodo devido ao fluxo de água da retrolavagem estar alinhado com a direção da filtração. Esses problemas são difíceis de eliminar completamente, por isso não são amplamente utilizados na prática de tratamento de águas residuais.
III. Filtragem de fluxo-bidirecional
A retrolavagem insuficiente na filtração de fluxo ascendente levou ao desenvolvimento da filtração de fluxo-bidirecional. A água flui simultaneamente pela parte inferior e superior do tanque do filtro e sai pelo meio. A camada superior do filtro usa um método de fluxo descendente, enquanto a camada inferior usa uma distribuição reversa de tamanho de partícula com fluxo ascendente, conforme mostrado no diagrama. A parte superior estabiliza a parte inferior, evitando a expansão excessiva da camada filtrante. Esse design pode aumentar a capacidade-de retenção de sujeira do meio filtrante e estender o ciclo de filtração. No entanto, a estrutura do tanque de filtro é complexa, a operação é complicada e os custos de manutenção são altos, por isso raramente é usado na prática.
Embora os dois métodos acima tenham limitações, eles demonstram que alterar a direção do fluxo de água e o layout do meio filtrante pode melhorar significativamente o desempenho do filtro.
4. Mídia de filtro de camada-dupla
Atualmente, o tipo mais popular é a mídia filtrante de-camada dupla. Sua estrutura é semelhante ao modelo de{2}camada única, mas a composição da camada de filtro é alterada. A camada superior utiliza meio filtrante leve com baixa gravidade específica e grande tamanho de partícula; a camada inferior usa meio filtrante pesado com alta gravidade específica e pequeno tamanho de partícula. Durante a retrolavagem, devido à diferença de gravidade específica, o meio mais leve fica em cima e o meio mais pesado fica em baixo, formando naturalmente uma camada dupla.
O tamanho de partícula de cada camada permanece mais fino na parte superior e mais grosso na parte inferior, mas o tamanho médio das partículas da camada superior é maior que o da camada inferior, alcançando um efeito global de tamanho de partícula reverso. Medições reais mostram que a capacidade de-retenção de sujeira da mídia filtrante de-camada dupla é mais que o dobro da mídia de camada-única. Na mesma taxa de filtração, o ciclo de filtração é estendido; e no mesmo ciclo de filtração, a taxa de filtração pode ser aumentada. A curva de comparação na figura abaixo reflete claramente que a área de{6}}retenção de sujeira do meio filtrante de-camada dupla é muito maior do que a do meio filtrante de-camada única, indicando que a capacidade de retenção-de sujeira é duplicada quando a espessura da camada filtrante é a mesma. Se a qualidade da água afluente for consistente, o ciclo de trabalho do meio filtrante de-camada dupla será o dobro do ciclo de trabalho do meio filtrante de-camada única.
Esta tecnologia é amplamente utilizada em estações de tratamento de águas residuais tanto a nível nacional como internacional, com resultados significativos, e é uma forma prática de melhorar o desempenho do filtro.
V. Meio filtrante multi-camadas
A mídia filtrante multi-camadas geralmente se refere a três camadas: uma camada superior de partículas-grandes, material leve (como antracito), uma camada intermediária de material-de partículas médias, média-densidade (como areia de quartzo) e uma camada inferior de partículas pequenas-de material pesado (como granada ou magnetita granular). O tamanho das partículas diminui de cima para baixo, invertendo completamente a distribuição do tamanho das partículas.
Esse design melhora significativamente a capacidade de retenção-de sujeira do meio filtrante, enquanto o meio filtrante fino na parte inferior garante qualidade estável do efluente. A taxa de filtragem pode ser maior do que com filtros de{2}camada dupla. Quando a turbidez das águas residuais é baixa e a qualidade da água é estável, a filtração direta pode ser realizada (eliminando o processo de sedimentação) para obter a purificação primária. Atualmente, filtros de-camada dupla e multi{6}}camada são comumente usados para filtragem direta. Para garantir que o efluente atenda aos padrões de descarga ou reutilização, filtros auxiliares de alto peso-molecular-, como poliacrilamida ou sílica ativada, podem ser pré-adicionados. A filtragem direta simplifica o processo e economiza investimento. A composição e espessura das camadas filtrantes devem ser ajustadas de acordo com a qualidade das águas residuais, e a taxa de filtração deve ser baixa, aproximadamente 5 m3/h. Após esses processos de pré-tratamento, a qualidade do efluente geralmente atende aos padrões; alguns são usados para reutilização industrial, alguns atendem aos requisitos de tratamento subsequentes e alguns requerem tratamento mais avançado.
Resumo
Das deficiências dos meios filtrantes de-camada única, à inspiração da filtragem reversa de partículas e, em seguida, à evolução dos filtros de fluxo ascendente, fluxo bidirecional, dupla-camada e multi{2}}camadas, a tecnologia de tratamento de águas residuais está se desenvolvendo em direção a alta eficiência e baixo consumo. Essas abordagens podem melhorar a capacidade-de retenção de sujeira do meio filtrante, estender o ciclo de filtração, otimizar a qualidade do efluente e contribuir para a proteção ambiental. Na prática, os filtros de-camada dupla e multi{7}}camada são os mais práticos-fáceis de operar e com alto-retorno. No futuro, com os avanços nos materiais e no design otimizado da distribuição de água, os filtros se tornarão ainda mais poderosos.