صاف کردن و انواع صافی‌ها
صاف کردن ، در واقع خارج کردن مواد جامد از یک مخلوط و سیال بوسیله عبور دادن آن از یک لیتر صاف کننده و یا غشا می‌باشد. صاف کردن در صنعت ، از عبور دادن ساده از یک صافی تا جداسازی بسیار پیچیده را شامل می‌شود.

صاف کردن صنعتی
در صاف کردن صنعتی ، مقدار جامد موجود در خوراک از مقدار ناچیز تا مقدار در صد بالا متغیر است. اغلب ، قبل از صاف کردن ، روی خوراک عملیات خاصی انجام می‌شود تا سرعت صاف کردن بیشتر شود. این عملیات شامل گرما دادن ، تبلور مجدد و افزایش کمک صافی مانند سلولز یا خاک دیاتومه می‌باشد. در صنعت ، با توجه به تنوع مواد صاف شونده و نیز شرایط فراوری و اینکه عامل صاف کردن در فشار و یا در خلاء باشد، روشهای متفاوت و دستگاههای مختلف برای صاف کردن بکار می‌رود.

اکثر صافی‌های صنعتی ، صافی‌های فشاری ، صافی‌های خلاء و یا صافی‌های گریز از مرکز می‌باشد. این صافی‌ها نیز با توجه به اینکه عمل تخلیه جامد به‌صورت پیوسته و یا منقطع باشد، به صاف کردن پیوسته تا ناپیوسته تقسیم‌بندی می‌شود.
تقسیم‌بندی کلی صافی‌ها
صافی کیکی یا قالبی
صافی شفاف کننده
صافی با جریان متقاطع
صافی‌های قالبی یا کیکی

صافی کیکی یا قالبی ، مقادیر زیادی از مواد جامد را به‌صورت قالبی از بلور یا گل جدا می‌نماید. در صافی‌های شفاف کننده ، مقدار جامد جدا شده کم می‌باشد و محصول عمل ، گاز تمیز یا مایع زلال می‌باشد. ذرات جامد روی درون محیط صافی یا روی سطوح بیرونی آن جمع می‌شوند. در صافی با جریان متقاطع ، محلول سوسپانسیون خوراک با فشار و با سرعت نسبتا زیاد ، عرض محیط صافی را طی می‌کند.

ممکن است لایه ای نازک از جامد روی سطح محیط صافی تشکیل گردد، اما سرعت زیاد مایع مانع از ضخیم شدن آن می‌شود. محیط صافی ، یک غشاء سرامیکی ، فلزی یا پلیمری با منافذ بسیار کوچک می‌باشد. مقداری از مایع به‌صورت محصول زلال از آن خارج و یک محلول سوسپانسیون غلیظ‌تر بر جای می‌ماند.
در این نوع صافی‌ها ، در ابتدای صاف کردن ، برخی از ذرات جامد وارد منافذ محیط شده و ساکن باقی می‌مانند، اما ذرات دیگر بسیار سریع روی غشاء جمع می‌شوند. بعد از این ، لایه نازک و ابتدائی تشکیل شده به‌عنوان قالب جامد ، عمل صاف کردن را انجام می‌دهد. قابل ذکر است که در این عمل ، قالب جامد ، عمل صاف کردن را انجام می‌دهد نه غشا و باید قالب مرئی با ضخامت قابل توجهی را که روی سطح تشکیل می‌شود، مرتبا جدا نمود.

صافی‌های کیسه‌ای برای صاف کردن گازها بکار می‌روند، ولی در سایر شرایط ، صافی‌های قالبی عموما برای مایعات می‌باشند. این نوع صافی‌ها ، ممکن است تحت فشار بیشتر از جَو در سطح بالایی و یا با ایجاد خلا در زیر سطح پایینی کار نمایند. هر دو حالت می‌توانند پیوسته و یا غیر پیوسته باشند. عموما در شرایط فشار بیشتر از جو در سطح بالایی به‌صورت ناپیوسته می‌باشند.
صافی‌های فشاری ناپیوسته

این نوع صافی‌ها ، اختلاف فشار زیادی در عرض دیواره ایجاد می‌کنند و مایعات و جامدات پودری را سریع و اقتصادی جدا می‌کنند. رایج‌‌ترین این نوع صافی‌ها، فیلتر پرس و صافی پوسته و لایه است.
فیلترپرس
این صافی از مجموعه ای سینی در یک سری محفظه تشکیل شده است که جامد در آنها جمع می‌گردد. سینی‌ها بوسیله یک محیط صافی مانند پارچه پوشانده شده‌اند و دو غالب تحت فشار وارد هر محفظه می‌شود. محلول از پارچه عبور می‌کند و از یک لوله تخلیه خارج می‌گردد و یک قالب مرطوب جامد در پشت سر باقی می‌ماند. سینی‌های فیلتر پرس به شکل مربع یا دایره‌ای و عمودی یا افقی می‌باشند.

دو غالب از یک مجرای اصلی وارد مجراهای فرعی و وارد سینی‌ها می‌شود. در این حالت ، جامدات روی سطوح پوشیده شده از پارچه باقی مانده و محلول از پارچه عبور کرده و وارد شیارهای مخصوص روی سینی شده و از مجرای دیگر خارج می‌گردد. پس از نصب پرس ، دو غالب تحت فشار ۳ تا ۱۰ اتمسفر وارد دستگاه می‌گردد و عمل تصفیه آنقدر ادامه می‌یابد که مقدار مایع خروجی بسیار کم و فشار در دستگاه به‌علت فشرده شدن قالب و عدم عبور مایع ، خیلی بالا می‌رود. بعد از فیلتر کردن ، معمولا دستگاه را باز می‌کنند و می‌شویند و دوباره برای مراحل بعدی آماده

می‌نمایند.

صافی پوسته و لایه
در مواردی که عمل صاف کردن در فشار بیشتر از فیلتر پرس لازم است، از این نوع صافی استفاده می‌شود. در این طرح ، مجموعه ای از لایه‌های عمودی روی یک قفسه با قابلیت بیرون آوردن قرار داده شده است. خوراک از پهلوی مخزن وارد می‌شود و محصول تصفیه از لایه‌ها به درون یک لوله تخلیه وارد می‌شود. این نوع طرح ، عموما در تصفیه‌هایی بکار می‌رود که کمک صافی دارند.
صافی‌های ناپیوسته در خلاء
صافی‌های فشاری معمولا ناپیوسته و صافی‌های خلاء معمولا پیوسته می‌باشند. اما گاهی از صافی‌های خلاء به‌صورت ناپیوسته نیز استفاده می‌شود. این صافی‌ها مانند قیف بونز می‌باشند، ولی در اندازه نسبتا بزرگ. اندازه قطر این دستگاهها بین ۱ تا ۳ متر می‌باشد و لایه جامد می‌تواند بین ۳۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر باشد. این صافی‌ها خیلی ساده بوده و می‌توان آنها را از موادی مقاوم برای مواد خورنده ساخت.
صافی‌های پیوسته در خلاء

در همه صافی‌های خلاء پیوسته ، محلول از یک جداره غشایی متحرک مکیده می‌شود تا قالبی از جامد بر روی جامد بر روی صافی بر جای بماند و قالب از ناحیه تصفیه خارج و سپس شستشو می‌شود و آنگاه خشک و از جداره غشایی جدا می‌گردد. غشا ، دوباره وارد دو غالب می‌شود تا بار دیگر از جامدات را با خود بیاورد. قسمتی از جداره غشایی همواره در ناحیه تصفیه قرار دارد، بطوریکه تخلیه جامدات در مایعات از صافی قطع نمی‌شود.
اختلاف فشار در جداره غشاء یک صافی در حدود ۲۵۰ تا ۵۰۰ میلی‌متر جیوه است. طرحهای مختلفی از این نوع وجود دارد که از نظر روش ورود دو غالب ، شکل سطح صافی و نحوه تخلیه جامدات با هم فرق دارند.

تصفیه آب با صافی شنی تند خود شستشو
آبهای سطحی به‌علت گذر از مناطق مختلف ، معمولا مواد معلق و کلوئیدی زیادی را با خود همراه دارند. اصولا برای حذف این مواد از مراحل زلال‌سازی ، کیفیت آب خام با استفاده از واحدهای لخته‌سازی و ته‌نشینی برای ورود به صافی اصلاح می‌شود. اصولا فرایند صافی‌سازی ، اصلی‌ترین مرحله جداسازی ذرات از آب در یک تصفیه‌خانه آب می‌باشد. در این مرحله با استفاده از

بسترهایی که عمدتا از جنس شن و ماسه هستند، باقی‌مانده فرایندهای زلال‌سازی از آب جدا می‌شود. فناوری صاف‌سازی آب به دو دسته اصلی ، صافی‌های ماسه‌ای کند و شنی تند تقسیم بندی می‌گردند.

مکانیزم اصلی جداسازی ذرات از آب خام در صافی‌های ماسه‌ای کند ، به‌صورت فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی می‌باشد که با توجه به نیاز به سطح زیاد تخلخل کم و پایین بودن بار سطحی بطور خاص برای اجتماعات کوچک مناسب می‌باشد. در مقابل ، صافی‌های شنی تند ، با توجه به نیاز به سطح کمتر تخلخل بیشتر و بار سطحی بالاتر بطور گسترده‌ای در تصفیه آب استفاده می‌شود.

این صافی‌ها در دو دسته ثقلی و تحت فشار طبقه‌بندی می‌گردند. مبانی طراحی صافی‌های شنی تند ، شامل اندازه مؤثر ماسه ، ضریب یکنواختی ، عمق بستر ، بار سطحی و میزان جریان آب شست و شوی معکوس می‌باشد.
اجرای عملیات
مراحل اجرای این صافی‌ها ، دو بخش سرویس‌د‌‌هی و شست و شوی معکوس را شامل می‌شود که هر بار ، در ادامه مرحله سرویس‌دهی و با افزایش افت فشار در صافی و پر شدن منافذ ، مرحله شست و شوی معکوس آغاز می‌گردد. غالبا شست و شوی معکوس ، با آب و یا به‌کمک آب و هوا انجام می‌شود. این مرحله از عملیات ، به‌دلیل نیاز به پمپ کمپرسور ، دستگاههای کنترل و نیز مسئله بهره‌براداری و نگهداری عمده ، هزینه‌های فرایند را به خود اختصاص می‌دهد. به همین دلیل ، استفاده از آنها محدود به شهرهای بزرگ شده است.

کاربرد صافی شنی تند خود شست و شو
کاربرد فناوری مناسب برای کاهش هزینه‌های ساخت و بهره برداری ، می‌تواند در گسترش استفاده از صافی‌ها در بخش صنعت آب برای اجتماعات کوچک و یا در برخی از صنایع بسیار مؤثر باشد.
هدف
هدف از اجرای طرح استفاده از صافی شنی تند خود شست و شو ، کاهش هزینه‌های دستگاهی و انرژی ، کاهش مشکلات بهره‌برداری و نیز آسان‌سازی راهبری صافی‌ها در مقیاس کوچک می‌باشد.
مواد و روش
این صافی‌ها ، از دو محفظه فلزی و تعدادی لوله تشکیل شده‌اند. قسمتهای اصلی دستگاه ، شامل لوله ورودی آب خام ، محفظه ذخیره آب مورد نیاز جهت شست و شوی معکوس ، لوله خروج آب صاف شده ، محفظه بستر صافی و لوله تخلیه آب شست و شوی بستر اصطلاحا سیـفون می‌باشد.
نحوه کار سیستم
مرحله صاف سازی
آب خام از طریق لوله ورودی ابتدا وارد قسمت بالای بستر صافی شده ، پس از عبور از بستر ، از طریق نازلهای کف صافی جمع آوری می‌شود. آب جمع آوری شده از طریق لوله رابط در محفظه آب شست و شو رفته ، زمانیکه سطح آب در این محفظه به سطح لوله خروجی رسید، از آن خارج شده ، به واحد بعدی انتقال می‌یابد. در طی عمل صاف کردن ، بدلیل گرفتن ذرات در خلل و خرج بستر ، افت فشار در صافی به‌تدریج افزایش پیدا می‌کند.

زمانیکه سطح آب به قسمت بالای سیـفون رسید، بدلیل پایین ریختن آب از بازوی جانبی آن ، یک فشار منفی تولید می‌شود. این فشار منفی ، آب را به‌سرعت به طرف بالا کشیده ، در نتیجه حجمی ‌از آب به طرف پایین در لوله شست و شوی معکوس ، جریان پیدا می‌کند. بنابراین ، صافی از مدار خارج شده ، شست و شوی بستر آغاز می‌شود.

 

مرحله شست و شوی معکوس
لوله شست و شوی معکوس ، حدود ۴ تا ۶ برابر جریان آب در لوله ورودی را از خود عبور می‌دهد. این عمل سرعت فشار بالای بستر ماسه را کاهش داده ، در نتیجه ، آب از مخزن ذخیره به طرف پایین کشیده می‌شود. عمل شست و شوی معکوس بر اساس فشار منفی تولید شده در سیـفون از یک طرف و ارتفاع آب در مخزن ذخیره از طرف دیگر انجام می‌شود.

آب شست و شوی صافی از طریق لوله رابط از مخزن ذخیره به محفظه زیر بستر انتقال یافته ، سپس از طریق نازلها به داخل بستر وارد می‌شود. آب وارد شده ، ذرات معلقی را که در طی عمل فیلتراسیون در بستر تجمع یافته است، شناور کرده ، به بالای بستر منتقل می‌نماید. سپس این آب از طریق لوله نصب شده در بالای بستر به سیستم فاضلاب تخلیه می‌شود. عمل شست و شو تا جایی ادامه می‌یابد که سطح آب در مخزن ذخیره به انتهای لوله شکست سیـفون برسد. زمانی‌که به انتهای لوله رسید، هوا وارد این لوله شده ، در نتیجه ، فشار منفی از نقطه سیـفون برداشته

می‌شود. برداشته شدن فشار منفی از نقطه سیـفون ، به معنای متوقف شدن عمل شست و شوی معکوس می‌باشد. با متوقف شدن شست و شو ، ورود آب از سر گرفته شده ، به‌صورت ثقلی و خودکار ، بستر آبکشی می‌شود. همانگونه که ذکر شد، آب آبکشی از طریق پخشخانه‌ها جمع‌آوری و از محفظه زیرین بستر و لوله رابط وارد مخزن ذخیره آب پاک می‌شود و زمانیکه سطح آب به لوله خروجی رسید، از آن خارج می‌شود. بنابراین مخزن ذخیره با یک حجم ثابت و کیفیت مناسب برای شست و شوی معکوس بعدی آماده است.

تصفیه آبهای سطحی

دید کلی
آب رودخانه‌ها را نیز نمی‌توان نظیر آب سدهای مخزنی یا دریاچه‌ها مستقیما برای مصرف عموم بکار برد. در این مقاله به بررسی روشهای صحیحی قابل شرب کردن چنین آبهایی نیز می‌پردازیم. برای استفاده از هر آب سطحی لازم است قبل از برداشت ، مطالعه دقیقی در مواقع مختالف سال روی آن انجام گیرد. ترکیب آب بویژه از لحاظ تیرگی ، قدرت رسوبگذاری و درجه هیدروتیمتری ، PH ، مقدار ماده آلی و مقدار اشریشیاکولی باید بدقت مورد بررسی قرار گیرد.

این مطالعات باید روی ریزابه‌های بالا دست که رودخانه ، سد یا دریاچه از آن تغذیه می‌کنند، نیز انجام شود. مطالعه باید حداقل در یک دوره اقلیمی کامل و همچنین برای سالهای زیاد انجام شود. این مشاهدات برای تعیین صحیح روش تصفیه‌ای که باید انجام شود، لازم است. در آخر ، این

مطالعات باید با بررسی دبی‌ها ، ارتفاعهای حداکثر آب رودخانه در مواقع طغیان ، طبیعت مناطق بهره برداری صنعتی بالا دست و خطر آلودگی از پسابهای صنعتی در داخل رودخانه و غیره تکمیل شود. آلودگی‌های آبادی‌ها و صنایع ساحلی با فاصله ۱۰ کیلومتری بالا دست آبگیر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. مسائلی که در زلال کردن آبها مطرح می‌شود، در این مقاله بررسی می‌شوند.
ترکیب فیزیکی آب خام
ترکیب فیزیکی آب بر حسب جنس زمین‌هایی که از آنها عبور می‌کند و فصلهای سال ، متغیر است. املاح آبی که از مناطق گرانیتی یا شیستی سرچشمه می‌گیرد، از املاح آبی که از مناطق سنگ آهک عبور می‌کند، کمتر است. طغیان ، موجب افزایش تیرگی آب می‌شود. گاهی پلانکتون‌ها وارد آْب می‌شوند و ترکیب آن را کاملا تغییر می‌دهند. اجسام موجود در آب را می‌توان به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:

اجسام محلول
اجسام کلوئیدی
اجسام معلق
هدف تصفیه
در تصفیه یک آب خام ، دو هدف دنبال می‌شود:

زلال کردن آب
خالص کردن آب از باکتری و آلوده کننده‌های ریز

در عمل زلال کردن ، سعی بر این است که ذرات کلوئیدی و معلق از اّن حذف شود. برای این کار ، آب خاک پس از تصفیه مناسب از یک توده صاف کننده عبور داده می‌شود. به منظور خالص کردن آب از لحاظ باکتریولوژی ، آب بوسیله اکسید کننده هایی نظیر کلر و اوزون به کمک دستگاههایی ، سترون می‌شود. در آخر ، برای حذف آلوده کننده‌های ریز که در گروه اجسام محلول قرار می‌گیرند، تصفیه ای به نام تلطیف یا گوارا کردن انجام می‌شود. در نتیجه ، تصفیه ، شامل مراحل زیر است:

زلال کردن
سترون کردن
تلطیف یا گوارا کردن در آخر
مشکلات نگهداری بعضی ذرات: انعقاد ، هماوری
پس از عبور آب از توده شنی ، مواد معلق آن براحتی متوقف می‌شوند. اما در مورد ذرات کلوئیدی چنین نیست. با این حال ، اگر آبی که با ضخامت معین در بالای توده شنی پخش شده است، با سرعت کم از شن عبور کند، تحت تاثیر دیاستازهایی که میکروارگانیسم‌ها تشریح می‌کنند، یک انعقاد زیستی در سطح شن انجام می‌شود و به این ترتیب ، ذرات کلوئیدی با جذب سطحی متوقف می‌شوند.
این پدیده با تشکیل پوسته ای به نام غشای زیستی در اطراف دانه‌های شن مشخص می‌شود. ولی به محض اینکه سرعت عبور آب از میزان معینی تجاوز کند، عمل زیست شناختی به صفر می‌رسد و لازم است برای حذف مواد کلوئیدی ، آب ، تحت عملیات آماده‌سازی مقدماتی ق

رار گیرد. این عمیات ، شامل وارد کردن یک عامل شیمیایی به نام منعقد کننده در آب است.
در نتیجه آزاد کردن یونهای فلزی دارای بار الکتریکی مثبت ، حالت کلوئیدی از بین می‌رود. در حقیقت ، بار الکتریکی در حالت کلوئیدی منفی است. با وارد کردن منعقد کننده ، این بار خنثی و رسوب ته‌نشین شونده ای تشکیل می‌شود. این عمل ، تقریبا فوری انجام می‌شود و از علایم آن ، شکیل فولکولهای بسیار ریز است که ذرات کلوئیدی آزاد شده و اجسام معلق در آب را با عمل جذب سطحی در سطح خود جمع می‌کنند.