I filtri multimediali-, noti anche come filtri meccanici o filtri-a letto profondo, sono uno dei dispositivi principali nei sistemi di pretrattamento dell'acqua. Il loro concetto di progettazione principale utilizza più mezzi filtranti di diverse densità e dimensioni delle particelle per formare una distribuzione ideale dei pori dello strato filtrante dall'alto verso il basso, da grossolano a fine, ottenendo così una filtrazione profonda ad alta-precisione e ad alta-capacità di trattenere l'inquinamento-.
I. Nucleo del design: teoria del letto filtrante a strati
Lo svantaggio principale dei tradizionali filtri a elemento singolo- (come la sabbia di quarzo) è la "filtrazione superficiale" del letto filtrante. La maggior parte dei solidi sospesi portati dal flusso d'acqua rimangono intrappolati nei pochi centimetri superficiali del media filtrante, determinando un rapido aumento delle perdite di carico e richiedendo frequenti controlavaggi.
I filtri multi-media, attraverso un'attenta selezione di due o più media filtranti, utilizzano le differenze di densità e dimensione delle particelle per formare automaticamente una stratificazione stabile dopo il controlavaggio:
I media filtranti a bassa-densità (come l'antracite), nonostante la dimensione delle particelle più grande, rimarranno nello strato superiore.
I media filtranti ad alta-densità (come granato e magnetite), nonostante le dimensioni delle particelle più piccole, rimarranno stabilmente posizionati nello strato inferiore.
Questo crea un livello di filtro sfumato con una "parte superiore sciolta e parte inferiore densa". Le grandi particelle sospese nel flusso d'acqua vengono prima intrappolate dal media filtrante grossolano superiore, mentre le particelle più fini vengono catturate dal media filtrante inferiore e più fine. Ciò aumenta significativamente la profondità di penetrazione dei contaminanti, utilizzando efficacemente l'intero strato filtrante, estendendo così significativamente il ciclo di filtrazione e migliorando l'efficienza della filtrazione.
II. Dettagli e dati tecnici principali
1. Selezione e configurazione del mezzo filtrante: le configurazioni comuni includono doppio-media e triplo-media.
Spiegazione dei dati:
Dimensione effettiva delle particelle (d10): si riferisce al diametro dell'apertura del setaccio attraverso il quale può passare il 10% del mezzo filtrante; è un parametro chiave che caratterizza la grossolanità del media filtrante.
Coefficiente di uniformità (UC): UC=d60/d10. Quanto più questo valore è vicino a 1, tanto più uniforme è la dimensione delle particelle del mezzo filtrante. Generalmente, è necessario un valore inferiore a 1,7 per ridurre la miscelazione degli strati durante il controlavaggio.
Altezza dello strato: l'altezza totale dello strato filtrante è generalmente compresa tra 800 e 1200 mm. Lo strato di antracite è il più alto per fornire spazio sufficiente ai contaminanti.
2. Velocità di filtrazione
La velocità di filtrazione è un parametro operativo fondamentale nella progettazione, che influisce direttamente sulla qualità dell'effluente e sul ciclo operativo.
Portata di progetto standard: 8-12 m/h.
Design conservativo/standard elevato-: è possibile selezionare 5-8 m/h per il trattamento di acqua non depurata ad elevata torbidità o applicazioni con requisiti di effluenti estremamente elevati.
Design ad alta-velocità: fino a 15-20 m/h, ma solitamente richiede acqua non depurata di qualità superiore (minore torbidità) e controlavaggi più frequenti; dovrebbe essere usato con cautela.
Formula di calcolo: Diametro del filtro (D)=2 × sqrt(Portata di progetto (m³/h) / (Velocità del flusso (m/h) × π))
Esempio: portata di progetto 100 m³/h, selezionare una velocità del flusso di 10 m/h. D=2 × sqrt(100/(10 × 3,14) ) ≈ 2 × sqrt(3,185) ≈ 3,57 m, è possibile selezionare un serbatoio standardizzato con un diametro di 3,5 metri o 3,6 metri.
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3. Sistema di controlavaggio
Il controlavaggio è fondamentale per ripristinare le prestazioni del filtro. Una progettazione impropria può portare a problemi quali l'aggregazione del mezzo filtrante, la miscelazione degli strati e la perdita del mezzo filtrante.
Metodo di controlavaggio: di solito viene utilizzato il "controlavaggio combinato con aria-acqua", che è molto più efficace del controlavaggio con acqua singola.
Antracite: 12-15 L/(m²·s) (circa. 43-54 m³/(m²·h))
Sabbia di quarzo: 13-16 L/(m²·s) (circa. 47-58 m³/(m²·h))
Fase 1: Air Scrub - Introdurre aria compressa (intensità circa. 50-60 m³/(m²·h)) per strofinare fortemente la superficie del mezzo filtrante, provocando il distacco delle sostanze aderenti. Questo passaggio non richiede drenaggio o richiede solo un basso livello dell'acqua.
Fase 2: controlavaggio con acqua - Risciacquare con acqua pulita (solitamente acqua filtrata) ad alta intensità dal basso verso l'alto. L'intensità del controlavaggio è un parametro critico.
Fase 3: Lavaggio in avanti - Dopo il controlavaggio, sciacquare con acqua nella normale direzione di filtrazione per diversi minuti fino a quando l'effluente diventa limpido (torbidità<1 NTU) before starting the next operating cycle.
Tempo di controlavaggio: Solitamente dura 10-20 minuti, finché la torbidità dell'effluente non diminuisce più.
Consumo di acqua di controlavaggio: circa l'1%-3% dell'acqua prodotta, costituendo la porzione principale dell'acqua autoconsumata del sistema.
4. Condizioni per la conclusione dell'operazione e l'attivazione del controlavaggio
Terminazione della pressione differenziale: questo è il metodo di controllo più comunemente utilizzato e affidabile. Il controlavaggio inizia automaticamente quando la differenza di pressione attraverso il letto filtrante raggiunge 0,05-0,08 MPa (circa 0,5-0,8 kg/cm²).
Interruzione del tempo: come condizione di backup, viene impostato un tempo di funzionamento massimo (ad esempio, 24-72 ore) per evitare che la differenza di pressione non aumenti a causa di un improvviso miglioramento della qualità dell'acqua.
Interruzione della qualità dell'effluente: usato raramente da solo, solitamente come allarme. Un allarme viene attivato quando la torbidità dell'effluente supera un valore impostato (ad esempio, 1 NTU).
III. Considerazioni sulla progettazione strutturale
Serbatoio: acciaio al carbonio rivestito in gomma o acciaio inossidabile 316L. La pressione di progetto è tipicamente 0,6 MPa.
Sistema di distribuzione dell'acqua: tipo con tubo di diramazione principale superiore o tipo con deflettore, che garantisce un'assunzione uniforme dell'acqua e impedisce il graffio della superficie del mezzo filtrante.
Sistema di raccolta dell'acqua: un componente fondamentale che deve garantire:
Distribuzione uniforme dell'acqua di controlavaggio senza zone morte. Raccolta efficace degli effluenti durante la filtrazione. Nessuna perdita del mezzo filtrante. Forme comuni: piastra a cupola + tappo del filtro, tubo schermante in acciaio inossidabile, mattoni filtranti, ecc. Tra questi, la "piastra a cupola + tappo del filtro a forma di fungo in ABS-" è attualmente la forma più diffusa e affidabile.
Porta di scarico: sulla parte superiore e sui lati devono essere previsti dei tombini per agevolare il riempimento iniziale e la successiva manutenzione e sostituzione dei mezzi filtranti.
IV. Indicatori di prestazione e applicazioni
Requisiti dell'acqua in ingresso: in genere è richiesta la torbidità in ingresso<20 NTU, ideally <5 NTU.
Precisione dell'acqua in uscita: può raggiungere stabilmente<1 NTU; with good design and proper operation, outlet water can reach 0.1-0.3 NTU.
Rimozione SDI (indice di densità dei fanghi): riduce efficacemente i valori SDI, fornendo protezione per i sistemi a osmosi inversa (RO) a valle. Un filtro multimediale-ben funzionante può raggiungere un SDI in uscita di<5, or even <3.