یکی از روش‌های قدیمی تصفیه آب که از طبیعت الهام گرفته شده، استفاده از فیلترهای شنی است. این فیلترها هم در سیستم‌های تصفیه آب صنعتی و هم به عنوان ابزاری مستقل برای تصفیه آب، مثل تصفیه آب استخرها کاربرد دارند. فیلتر شنی با استفاده از لایه‌های مختلف شن و ماسه، ذرات معلق، آلودگی‌ها و ناخالصی‌های آب را حذف کرده و در نهایت آبی تصفیه شده و عاری از ذرات معلق را برای استفاده در شرایط مختلف تولید می‌کند. فیلترهای شنی در انواع مختلفی از جمله فیلتر شنی کند و فیلتر شنی تند یا سریع وجود دارند که بسته به نوع کاربرد فیلترهای شنی و حجم آب مورد نظر، انتخاب می‌شوند.
فیلتر شنی چیست و چگونه عمل می‌کند؟
قبل از اینکه به عملکرد دقیق فیلتر شنی بپردازیم، لازم است که یک توضیح کوتاه در مورد این سیستم‌ها بدهیم. فیلتر شنی یکی از قدیمی‌ترین و ساده‌ترین روش‌های تصفیه آب است که با استفاده از لایه‌های مختلف شن و ماسه، ذرات معلق و آلودگی‌ها را از آب جدا می‌کند. این فیلترها معمولاً از یک محفظه بزرگ یا مخزن تشکیل شده‌اند که داخل آن از لایه‌های مختلف شن، ماسه و در بعضی موارد سنگ‌های کوچک پر شده است.
عملکرد فیلتر شنی بر اساس اصول فیزیکی و مکانیکی انجام می‌شود. آب آلوده از بالای فیلتر وارد می‌شود و پس از عبور از لایه‌های مختلف شن، به پایین فیلتر هدایت می‌شود. در این فرآیند، ذرات معلق، گل و لای، آلودگی‌ها و مواد نامحلول در آب توسط لایه‌های شن و ماسه جذب و فیلتر می‌شوند. به این ترتیب، آبی که به صورت نسبی تصفیه شده از پایین فیلتر خارج می‌شود.
دلیل اینکه می‌گوییم آب به صورت نسبی تصفیه شده این است که فیلترهای شنی فقط می‌توانند ذرات معلق و گل و لای را از آب حذف کنند و قادر به حذف مواد شیمیایی یا آلودگی‌های میکروبی از آب نیستند. از این رو برای کامل شدن فرآیند تصفیه آب برای مصارفی مثل آشامیدن، از فیلترهای شنی به عنوان جزئی از سیستم‌های وسیع‌تر و به عنوان پیش تصفیه سیستم‌های تصفیه آب صنعتی استفاده می‌شود.
انواع فیلتر شنی از لحاظ نحوه عملکرد
در تصفیه آب، معمولاً از دو نوع فیلتر شنی استفاده می‌شود: فیلتر شنی کند و فیلتر شنی تند. تفاوت اصلی این دو نوع فیلتر در سرعت جریان آب و نحوه عملکرد آن‌هاست. در ادامه به بررسی دقیق‌تر این دو نوع فیلتر می‌پردازیم:
- فیلتر شنی کند: فیلتر شنی کند یا فیلتر شنی آهسته به‌طور معمول در مقیاس کوچکتر مانند تصفیه‌خانه‌های روستایی یا مناطق دور افتاده با منابع آبی محدود، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در فیلتر شنی کند، جریان آب از لایه‌های شن به آرامی و با سرعتی بسیار پایین عبور می‌کند و زمان بیشتری برای تصفیه دارد. فیلتر شنی کند یکی از ساده‌ترین و ارزان‌ترین روش‌های تصفیه آب است.
- فیلتر شنی تند یا سریع: فیلترهای شنی سریع به‌طور معمول در سیستم‌های بزرگتر و صنعتی مانند تصفیه‌خانه‌های آب شهری و سیستم‌های تصفیه آب صنعتی استفاده می‌شوند. در این فیلترها آب با سرعت بالا از لایه‌های مختلف شن عبور می‌کند. در فیلتر شنی تند در مدت زمان کوتاه‌تری مقدار زیادی آب تصفیه می‌شود. سرعت بیشتر این فیلترها باعث می‌شود که جریان آب بسیار سریع‌تر از فیلترهای شنی کند باشد.
با توجه به کاربرد گسترده تر فیلترهای شنی تند، منظور از فیلتر شنی در این مقاله، همان فیلترهای شنی سریع هستند.
نحوه عملکرد فیلتر شنی در سیستم‌های تصفیه آب
در یک سیستم تصفیه آب صنعتی، از فیلتر شنی معمولاً به‌عنوان واحد پیش‌تصفیه برای حذف ذرات معلق و آلودگی‌ها از آب استفاده می‌شود. در واقع با به‌کارگیری مخزن فیلتر شنی در مراحل اولیه سیستم تصفیه آب، ذرات درشت‌تر و گل و لای، قبل از ورود به مراحل بعدی سیستم و سایر فیلترها، به دام می‌افتند. این امر باعث می‌شود که عملکرد دستگاه به طور محسوسی افزایش پیدا کند و از بروز مشکل در سیستم، مثل ایجاد گرفتگی در فیلترهای ممبران جلوگیری شود.
به‌طور کلی، عملکرد فیلتر شنی به چهار مرحله اصلی تقسیم می‌شود:
- ورود آب آلوده به فیلتر: در این مرحله، آب آلوده به داخل محفظه و مخزن فیلتر شنی وارد می‌شود. این آب معمولاً حاوی ذرات معلق، گل و لای، مواد آلی و حتی مواد شیمیایی است.
- جذب ذرات توسط لایه‌های شن: آب پس از وارد شدن به فیلتر، با فشار بالا از میان لایه‌های مختلف شن و ماسه عبور می‌کند. هر لایه از این شن‌ها دارای اندازه‌های مختلف است که به‌طور خاص برای جذب ذرات معلق طراحی شده‌اند. در این مرحله، ذرات بزرگتر و ناخالصی‌ها به لایه‌های بالای فیلتر می‌چسبند، در حالی که ذرات کوچکتر به لایه‌های پایین‌تر می‌روند و آنجا به دام می‌افتند.
- پیشرفت فرآیند تصفیه آب و جذب بیشتر ذرات: در مدت زمانی که آب در فیلتر شنی جریان دارد، ذرات معلق موجود در آب در لایه‌های مختلف شن و ماسه گرفتار می‌شوند و تا زمانی که آب به پایین فیلتر برسد، این فرآیند به طور مداوم انجام می‌شود و کدورت آب به میزان بیشتری کاهش می‌یابد. در برخی از موارد به‌منظور افزایش کارایی فیلتر شنی، لایه‌هایی از مواد اضافی مانند زغال‌سنگ یا گرانول‌های فعال نیز برای جذب بیشتر مواد شیمیایی و آلودگی‌ها به کار می‌رود.
- خروج آب تصفیه‌شده: پس از عبور از لایه‌های مختلف، آب به پایین فیلتر می‌رسد و در نهایت آبی تصفیه‌شده از شیر خروجی مخزن خارج می‌شود. این آب سپس می‌تواند به‌عنوان آب آشامیدنی، صنعتی و یا برای مصارف دیگر استفاده شود.
اینکه فیلتر شنی به صورت مستقل به کار گرفته شود یا جزئی از سیستم تصفیه آب باشد، بستگی به موارد استفاده آب خروجی خواهد داشت.
مواد داخل مخزن فیلتر شنی
عمل تصفیه آب در فیلتر شنی به دلیل وجود مواد داخل مخزن فیلتر اتفاق می‌افتد. در واقع مخزن فیلتر شنی به خودی خود قادر به تصفیه آب نیست، هر چقدر هم که سرعت جریان آب در آن بالا باشد!
در مخزن فیلتر شنی از انواع مختلف شن و ماسه و یا سیلیس استفاده می‌شود. این مواد و شن‌ها بر اساس اندازه، شکل و ویژگی‌های دیگر برای جذب و فیلتر کردن ذرات معلق مختلف انتخاب می‌شوند. شن‌های فیلتر شنی در سه اندازه درشت، متوسط و ریز وجود دارند که هر کدام برای جذب مواد معلق با اندازه‌های خاص مناسب هستند.
- شن درشت: در لایه‌های پایینی فیلتر قرار می‌گیرد و نقش اصلی در تصفیه ذرات درشت‌تر را دارد. همچنین باعث جریان بهتر آب و کاهش فشار بر لایه‌های بالایی می‌شود.
- شن متوسط: این نوع شن برای فیلتر کردن ذرات کوچکتر استفاده می‌شود و در فیلترهای شنی به عنوان لایه میانی، بین شن درشت و شن ریز قرار می‌گیرد.
- شن ریز: این نوع شن به عنوان لایه‌ی بالایی در فیلتر شنی قرار می‌گیرد. این لایه به‌عنوان لایه‌ی تصفیه نهایی عمل می‌کند و معمولاً ذرات بسیار ریز و آلاینده‌های میکروسکوپی را از آب حذف می‌کند.
همانطور که گفته شد به جز شن از مواد دیگری نیز در فیلترهای شنی استفاده می‌شود. مثل آنتراسیت و یا سیلیس. به طور کلی کیفیت عملکرد فیلتر شنی وابستگی زیادی به مواد داخل آن دارد و که در انتخاب آنها باید دقت ویژه‌ای شود.
مزایا و معایب فیلتر شنی
در پاسخ به این سوال که آیا فیلترشنی معایبی هم دارد یا نه باید گفت که مانند هر سیستم دیگری، فیلترهای شنی نیز دارای مزیت‌ها و معایبی هستند که باید قبل از به کارگیری این نوع مخازن، از نحوه کارایی آن اطلاعات کافی کسب نمود. برخی از مزایا و معایب فیلتر شنی عبارتند از:
مزایا:
- ساده و اقتصادی: فیلتر شنی یکی از ساده‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش‌های تصفیه آب است.
- موثر در حذف ذرات معلق: فیلترهای شنی در حذف ذرات معلق، گل و لای و آلودگی‌ها از آب کاملا موثر هستند عمل می‌کنند.
- طول عمر طولانی: فیلترهای شنی می‌توانند مدت زمان طولانی‌تری نسبت به دیگر فیلترها بدون نیاز به تعویض مواد مصرفی کار کنند.
- عدم استفاده از مواد شیمیایی: در این روش، هیچ‌گونه مواد شیمیایی به آب اضافه نمی‌شود و فرآیند تصفیه کاملاً فیزیکی است.
معایب:
- نیاز به شستشوی مداوم: برای حفظ کارایی فیلتر شنی، نیاز به شستشوی دوره‌ای (شستشوی معکوس) دارد.
- محدودیت در تصفیه برخی آلودگی‌ها: فیلتر شنی قادر به حذف تمامی آلودگی‌ها به‌ویژه مواد شیمیایی یا آلودگی‌های میکروبی نیست و معمولاً برای تصفیه دقیق‌تر، باید به عنوان جزئی از یک سیستم وسیع‌تر باشد. تهیه چنین سیستم‌هایی می‌تواند هزینه‌های زیادی داشته باشد.
نتیجه‌گیری
فیلتر شنی یکی از مؤثرترین و ساده‌ترین روش‌ها برای تصفیه آب است که به‌طور گسترده در سیستم‌های تصفیه آب به خصوص سیستم‌های تصفیه آب صنعتی استفاده می‌شود. این فیلترها با استفاده از لایه‌های شن و ماسه، ذرات معلق و آلودگی‌ها را از آب حذف می‌کنند و آب را برای استفاده‌های مختلف آماده می‌سازند. انتخاب نوع فیلتر شنی (کند یا سریع) بسته به نیاز و شرایط خاص سیستم تصفیه آب می‌تواند متفاوت باشد. در نهایت، فیلترهای شنی در کنار دیگر روش‌های تصفیه، نقش مهمی در تأمین آب سالم و عاری از آلودگی و کدورت ایفا می‌کنند.