تصميم وحدات الفلترة او الترشيح

عملية الترشيح 

هي عملية حجز الشوائب والعوالق من المياه على سطح طبقة من الرمال موجودة داخل وعاء من الفايبر جلاس (RFG) أو الحديد (Carbon steel) أو الإستانلس، تصميم تلك الطبقة من حيث مقاس حبيبات الرمال وعمق طبقة كمية الرمل يتوقف علي مواصفات المياه المُراد ترشيحها.

العوامل التي يتوقف عليها تصميم الفلتر الرملي في تحليل المياه أهمها العكارة (turbidity) ومجموع العوالق total) (suspended solids حيث أنه مع زيادة نسبة العوالق والعكارة يجب أن تزداد كمية الرمل وسعة الفلتر أو الوعاء، وذلك لزيادة الفترة بين حالات تشبع الفلتر بالرواسب والعوالق وبالتالي زيادة الفترة بين عمليات الغسيل العكسي وزيادة كفاءة الفلتر.

مقاس وعمق طبقة الرمل ياتي في أهميته بعد تحديد قطر الوعاء حيث أن قطر الفلتر يرتبط بمعدل الفلترة للفلتر وهو معدل السريان في الساعة لكل متر مربع من سطح الفلتر (Filtration rate)K، ويقاس بالمتر مكعب من المياه في الساعة لكل متر مربع من سطح الفلترcubic m/square m.hour

فمع ثبات معدل التدفق في الوحدة وزيادة قطر الفلتر نجد أن معدل الفلترة يقل وهذا جيد لأن قلة معدل الفلترة أي مرور المياه بشكل أبطئ من خلال طبقة الرمل يتيح فرصة أكبر لتعلق الشوائب بطبقات الرمل وزيادة جودة المياه المنتجة ويمكن حساب وقت التماس” contact time” نظريا وعمليا فيما بعد

معدلات الفلترة filtration rate

 تتراوح بين 5 الي 20 متر مكعب في الساعة لكل متر مربع من سطح الفلتر وتختلف بإختلاف نسبة العكارة والعوالق بجانب جودة المياه المطلوبة واستخدامها, مثلا في حالة عكارة اقل من 3NTU يكون معدل الفلترة من 12 الي 20 متر مكعب في الساعة لكل متر مربع وإذا  كانت نسبة العكارة تتراوح بين  3NTU إلى 7NTU   يفضل أن يكون معدل الفترة من 8 الي 12 متر مكعب في الساعة لكل متر مربع من سطح الفلتر. وهكذا والامر متروك للمصمم حيث زيادة قطر لفلتر وتقليل معدل الفلترة هي عملية علمية وإقتصادية حتي نتمكن من تحقيق أعلي جودة للمنتج بأنسب تكلفة.

للحصول على معلومات أشمل في تصميم وإنشاء وتشغيل الفلتر الرملي والمتعدد الطبقات على اللينك التالي بخصم 70% 
دورة تصميم الفلاتر الرملية وفلاتر إزالة الحديد والميسرات والمبادل الأيوني والتناضح العكسي بخصم 70% على اللينك التالي

 مع العلم أن في حالة زيادة عكارة العينة عن 7NTU نعمل على أقل معدل فلترة وهو 5 متر مكعب في الساعة لكل متر مربع من سطح الفلتر ويمكن حقن مادة معامل تجلط او تجبنCoagulant& flocculant agents لزيادة فاعلية الفلتر وهي مادة تعمل على تجميع الرواسب الدقيقة التي قد لا تتمكن حبيبات الرمال في إحتجازها وتحولها إلى جسيمات أكبر حجماً وبالتالي يسهل على الفلتر إحتجازها، ولكم هذه العملية لها بعض السلبيات، فقد نضطر لعمل غسيل عكسي بشكل متكرر يوميا وذلك يجب أخذه في الاعتبار لتحديد مصدر وكميه المياه المطلوبة للغسيل بالإضافة إلي الوقت المستقطع من خدمة الفلتر في عملية الغسيل

بمجرد ختيار معدل الفلترة نقوم بتحديد قطر الفلتر ومن ثم نتمكن من تحديد كمية الرمل المستخدم بعد تحديد عمق طبقة الرمل المستخدمة , ويمكن حساب قطر الوعاء من معدل الفلترة من المعادلة الاتية

 

وبعد تحديد مساحة سطح الفلتر المطلوبة يمكن بسهولة تحديد نصف قطر وقطر الفلتر من معادلة المساحة المعروفة

مثال وُجدت نسبة العكارة في عينة مياه 3NTU  ومطلوب تصميم قطر الوعاء المطلوب لإزالة تلك النسبة وتقليلها عن 1NTU مع العلم أن معد التدفق المطلوب خلال الفلتر هو 25 متر مكعب في الساعة

اولا.  نحدد معدل الفلترة لتصميم تلك الوحدة وفي حالة عكارة 3NTU  يمكن ان نستخدم معدل فلتر 12 متر مكعب في الساعة لكل متر مربع وبما أن معدل السريان أو التدفق (flow rate) يساوي 25 متر مكعب في الساعة تكون مساحة سطح الفلتر

مساحة سطح الفلتر= 25/12= 2.08 متر مربع

ثانيا. نحسب نصف قطر الوعاء الدائري من المعادلة

 

ويكون قطر التانك المطلوب في حدود 1.6 متر.

كمية وعمق طبقة الرمل (sand quantity and layer depth)

فيما سبق كانت الخطوة الأولي في تصميم فلتر رملي، أما المرحلة الثانية هي تحديد كميات وأعماق طبقة الرمل بالإضافةإللي كمية طبقة الظلط التي توضع فوق الموزعات السفلية (المصافي) المخصصة لجمع المياه وذلك لتعزل طبقة الظلط بين الرمل والموزعات وطبقة الظلط ضرورية ومن أهم مميزاتها أنها تقلل فرق  ضغط المياه المنتجة عن المغذية والذي قد ينتج بسبب إغلاق حبيبات الرمل لفتحات الموزعات وتقليل معدل السريا، وأيضا لمنع مرور حبيبات الرمل الناعمة من الخروج عبر الموزعات، لذلك طبقة الظلط أساسية ولايمكن إلغائها بل ويجب أيضا ان تكون علي ارتفاع لا يقل عن 15 سنتي فوق الموزعات لضمان عدم وصول الرمال إلي الموزعات مع مرور الوقت أو بسبب عملية الغسيل العكسي التي تؤثر علي إنتظام الطبقات وخاصة مع معدلات الغسيل العكسي العالية.

في محطات معالجة مياه الشرب المفتوحة بنظام الأحواض قد يصل عمق طبقة الرمل في الحوض الى 2.5 متر أما في الوحدات المضغوطة أو في الفلاتر المضغوطة لا يزيد عمق طبقة الرمل عن 1.2 متر في العادة وأيضا لا تقل عن 80 سنتي لتحقيق الكفاءة المطلوبة .

إذا بعد تحديد مساحة سطح الفلتر وتحديد عمق طبقة الرمل يسهل الأن تحديد حجم أو كمية الرمل المطلوب وذلك من معادلة حجم الأسطوانة وهي مساحة القاعدة الدائرية في الارتفاع. وبعد تحديد حجم الرمل المطلوب يمكن حساب كتلته أو وزنه بمعرفة  الكثافة النسبية (specific density) حيث أن الكثافة النسبية هي حاصل قسمة كمية من المادة علي الحجم الذي تشغله في الفراغ 

غالبا ما تكون الكثافة لنسبية للرمل = 1.6 كيلو لكل لتر  
ويمكن أيضا حسابها عملياً بوزن 50 ملي لتر من عينة  الرمل المخطط إستخدامه، فاذا كان وزنها علي سبيل المثال 80 جرام تكون الكثافة النسبية حاصل قسمة الوزن علي الحجم =80/50=1.6 ك/ل

في المثال السابق بإفتراض أن الكثافة النسبية للرمل =1.6 ك/ل يمكن تحديد وزن الرمل المطلوب كالاتي

سنختار أن تكون عمق طبقة الرمل في الفلتر 1 متر

يكون حجم الرمل= مساحة القاعدة* الارتفاع= 2.08*1= 2.08=2 متر مكعب من الرمال

وزن 2 متر مكعب من الرمل= 1.6*2=3.2 طن من الرمال

بنفس الطريقة يمكن حساب وزن كمية الظلط المطلوبة بارتفاع 15 سنتي فوق الموزعات مع العلم ان الكثافة النوعية للظلط تساوي تقريبا 1.6 ايضا.

للحصول على معلومات أشمل في تصميم وإنشاء وتشغيل الفلتر الرملي والمتعدد الطبقات برجاء الإشتراك على دورة تصميم وإنشاء وتشغيل الفلاتر الرملية وتعدد الطبقات على موقع WWW.UDEMY.COM  في اللينك التالي بخصم 50% لمتابعي المدونة

دورة تصميم الفلاتر الرملية وفلاتر إزالة الحديد والميسرات والمبادل الأيوني والتناضح العكسي بخصم 70% على اللينك التالي

مقاس حبيبات الرمل sand size

تحديد وتصميم مقاس حبيبات الرمل هي عملية تعتمد أكثر على التكرار والمتابعة للوحدات المختلفة لتحديد أفضل مقاس من الرمل لكل حالة من حالات العكارة المختلفة وترتبط بجودة المياه المطلوبة من حيث نسبة العكارة المسموح بها في المنتج بالإضافة إلى متطلبات عملية لغسيل العكسي

 وفيما يلي رسوم بيانية توضح دراسات عملية لنتائج استخدام المقاسات المختلفة من حيث فرق الضغط وجودة المياه المنتجة ومعدلات الغسيل العكسي

 

 

نجد في الرسومات بعض المفاهيم الواجب توضيحها ليسهل الاستفادة من الرسم

T_q هي ساعات تشغيل الفلتر

Filter resistance هي مقاومة طبقات الرمل داخل الفلتر لسريان المياه نتيجة زيادة الرواسب وإنسداد مسام الفلتر

Suspended solids هي نسبة العوالق في المياه المنتجة

في المقال القادم سنناقش تفاصيل تصميم نظام الغسيل العكسي وتحديد معدل سريان الغسيل العكسي لتحقيق غسيل فعال يعيد كفائة الفلتر بالإضافة إلي كمية المياه المطلوبة للغسيل. ولمزيد من موضوعات التصميم برجاء زيارة اللينكات التالية
تصميم وحدة RO 
تصميم وحدة Softener