Ավազե ֆիլտրերի գիտությունը. ինչպե՞ս են դրանք աշխատում։

Ավազային ֆիլտրերը ջրի մաքրման համակարգերի կարևորագույն բաղադրիչ են, որոնք ջուրը մաքրելու համար կիրառում են գիտական ​​սկզբունքների հետաքրքրաշարժ շարք: Միայն Միացյալ Նահանգներում ամեն օր ավազային ֆիլտրման համակարգերի միջոցով մաքրվում է ավելի քան 600 միլիարդ գալոն ջուր, ինչը ընդգծում է դրանց կարևոր դերը մաքուր ջրի հասանելիությունն ապահովելու գործում: Դրանց ֆունկցիոնալության բարդ մեխանիզմների հասկացողությունը վկայում է դրանց արդյունավետության և հուսալիության մասին՝ կեղտաջրերը զտելու գործում: Այս հոդվածը ներառում է ավազային ֆիլտրերի գիտությունը, բացատրում դրանց աշխատանքը և դրանց արդյունավետությունը կարգավորող սկզբունքները:

Ավազային ֆիլտրերի ճարտարապետությունը՝

Սովորական ավազային ֆիլտրը ինժեներական ճշգրտության հրաշք է: Ֆիլտրի սիրտը ավազի և խճաքարի մանրակրկիտ ընտրված շերտերն են: Այս միջավայրի մասնիկների չափը և աստիճանավորումը կարևոր են արդյունավետ ֆիլտրացիայի համար:

Ø Ֆիլտրային միջավայր. Ավազի մասնիկների տրամագիծը սովորաբար տատանվում է 0.3-ից մինչև 1.2 միլիմետր, իսկ միատարրության գործակիցը (չափի տատանման չափանիշ)՝ 1.2-ից 1.5: Այս հատուկ միջակայքը ապահովում է հատիկների միջև օպտիմալ ծակոտիների տարածություն, թույլ տալով ջրի հոսք՝ միաժամանակ արդյունավետորեն որսալով տարբեր չափերի աղտոտիչները: Ավազի շերտի տակ ընկած է խճաքարի շերտ, որի տրամագիծը սովորաբար տատանվում է 2-ից 5 միլիմետր: Այս շերտը ապահովում է կառուցվածքային հենարան և կանխում է ավազի ավելի մանր մասնիկների ներթափանցումը ստորգետնյա ջրահեռացման համակարգ:

Ø Բաշխման համակարգ. Ֆիլտրի շերտով հավասարաչափ ջրի հոսքը չափազանց կարևոր է օպտիմալ աշխատանքի համար: Սա իրականացվում է լավ նախագծված բաշխման համակարգի միջոցով, որը կարող է ունենալ տարբեր ձևեր: Որոշ ֆիլտրերում ծակոտկեն թիթեղը կամ խողովակների ցանցը հավասարաչափ բաշխում է մուտքային ջուրը ավազի շերտի վերին մասում: Մեկ այլ տարածված դիզայն օգտագործում է ծորակներ, որոնք ռազմավարականորեն բաշխում են ջուրը՝ ֆիլտրի ներսում հոսքը նվազագույնի հասցնելու համար:

Ø Ստորգետնյա ջրահեռացման համակարգ. Ֆիլտրի ներքևի մասում տեղակայված ստորգետնյա ջրահեռացման համակարգը նպաստում է ֆիլտրացված ջրի հավաքմանը և հեռացմանը: Այն սովորաբար բաղկացած է խճաքարի կամ մանրացված քարի շերտի մեջ ներդրված խողովակների կամ ջրանցքների ցանցից: Ստորգետնյա ջրահեռացման համակարգի նախագծումը ապահովում է ֆիլտրացված ջրի արդյունավետ հավաքում՝ միաժամանակ նվազագույնի հասցնելով ջրի հոսքի ընթացքում ճնշման անկումը (գլխային կորուստը):

Ավազի ֆիլտրերի աշխատանքը.

Ավազե ֆիլտրի մաքրման գործընթացը ֆիզիկական, քիմիական և կենսաբանական մեխանիզմների փոխազդեցություն է: Յուրաքանչյուր մեխանիզմ խաղում է իր յուրահատուկ դերը աղտոտիչները հեռացնելու և մաքուր ջրի արտադրությունն ապահովելու գործում:

1. Ֆիզիկական ֆիլտրացիա։

Երբ ջուրը ավազի շերտով ներքև է հոսում, գործի են դրվում մի քանի ֆիզիկական մեխանիզմներ՝

Ø Զտում. Ավազահատիկների միջև ընկած ծակոտիների չափը գերազանցող խոշոր մասնիկները ֆիզիկապես խցանվում են ֆիլտրի շերտի մեջ: Սա ավազի, տիղմի և ջրիմուռների նման կախված պինդ մասնիկները հեռացնելու հիմնական մեխանիզմն է:

Ø Նստվածքացում. Փոքր մասնիկները, ձգողականության ազդեցությամբ, նստում են ջրային սյունից և խցանվում ավազահատիկների միջև ընկած խոռոչներում: Այս մեխանիզմը հատկապես արդյունավետ է ավելի ծանր մասնիկները հեռացնելու համար, որոնք կարող են արդյունավետորեն չհավաքվել միայն լարմամբ:

Ø Խցանում. Ծակոտիներից փոքր մասնիկները դեռևս կարող են հեռացվել խցանման միջոցով: Քանի որ ջուրը հոսում է ավազահատիկների շուրջ, այս փոքր մասնիկները կարող են շփվել հատիկների մակերեսների հետ և թակարդվել իրենց չափսերի և ավազահատիկների անկանոն ձևի պատճառով:

2. Քիմիական ֆիլտրացիա։

Մինչ ֆիզիկական մեխանիզմները հեռացնում են աղտոտիչների մեծ մասը, ավազային ֆիլտրերը կարող են նաև որոշակի չափով նպաստել քիմիական ֆիլտրացիային: Որոշ աղտոտիչներ, ինչպիսիք են երկաթը և մանգանը, կարող են կպչել ավազահատիկների մակերեսին ադսորբցիա կոչվող գործընթացի միջոցով: Այս ադսորբցիայի վրա կարող են ազդել այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են ավազահատիկների մակերեսային լիցքը և աղտոտիչների հատուկ հատկությունները:

3. Կենսաբանական ֆիլտրացիա։

Ավազե ֆիլտրերի գովելի առանձնահատկություններից մեկը կենսաբանական ֆիլտրացիան ապահովելու դրանց ունակությունն է: Ավազի հատիկների մակերեսները դառնում են բազմազան մանրէային համայնքի աճի ապաստարան՝ ձևավորելով բիոթաղանթ: Այս բիոթաղանթը կարևոր դեր է խաղում ջրի մաքրման գործում՝ քայքայելով օրգանական նյութերը և պաթոգենները: Կենսաթաղանթի ներսում գտնվող միկրոօրգանիզմները օրգանական աղտոտիչներն օգտագործում են որպես սննդի աղբյուր՝ դրանք քայքայելով ավելի պարզ միացությունների: Բացի այդ, բիոթաղանթի ներսում գտնվող որոշ մանրէներ կարող են մրցակցել և նույնիսկ որսալ պաթոգեն մանրէներ, ինչը հետագայում նվազեցնում է դրանց քանակը ֆիլտրացված ջրում:

Ավազի առաջադեմ ֆիլտրացիա՝

Թեև վերը նշված հիմնական սկզբունքները մնում են հիմնարար, մշակվել են մի շարք առաջադեմ ավազի ֆիլտրման տեխնիկաներ՝ որոշակի մարտահրավերներ լուծելու և մաքրման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար։

1. Կոագուլյացիա և ֆլոկուլյացիա.

Բարձր պղտորության կամ օրգանական նյութերի բարձր պարունակության դեպքում ավազային ֆիլտրացիայից առաջ կարող են իրականացվել կոագուլյացիայի և ֆլոկուլյացիայի փուլերը: Կոագուլանտները անկայունացնում են կախված մասնիկները՝ ստիպելով դրանց կուտակվել ավելի մեծ փոսիկների մեջ: Այնուհետև ֆլոկուլանտները կամուրջ են կազմում այդ փոսիկների միջև՝ առաջացնելով ավելի մեծ ագրեգատներ, որոնք ավելի հեշտությամբ հեռացվում են ավազային ֆիլտրացիայի միջոցով: Այս նախնական մշակման փուլը զգալիորեն նվազեցնում է ավազային ֆիլտրի վրա բեռը՝ թույլ տալով այն ավելի արդյունավետ գործել և երկարացնել ֆիլտրի աշխատանքի ժամանակը հետադարձ լվացումների միջև:

2. Բազմամեդիա ֆիլտրացիա։

Ավանդական ավազային ֆիլտրի տարատեսակը բազմամեդիա ֆիլտրն է: Այս տեսակի ֆիլտրն օգտագործում է տարբեր չափերի և խտությունների տարբեր միջավայրերի շերտեր: Օրինակ, տարածված կոնֆիգուրացիան կարող է ներառել անտրացիտի (ածուխ), ավազի և նռնաքարի շերտեր: Տարբեր միջավայրերն ապահովում են ծակոտիների չափերի ավելի լայն տեսականի, ինչը թույլ է տալիս ավելի արդյունավետ հեռացնել աղտոտիչների ավելի լայն սպեկտր: Բացի այդ, բազմամեդիա դասավորությունը կարող է օգնել նվազագույնի հասցնել ջրանցքների անցումը և բարելավել ֆիլտրացիայի միատարրությունը:

Ինչպես օպտիմալացնել ավազի ֆիլտրերի աշխատանքը.

Ավազե ֆիլտրերը, ինչպես ցանկացած ֆիլտրման համակարգ, պահանջում են պարբերական սպասարկում՝ օպտիմալ աշխատանքն ապահովելու համար: Ժամանակի ընթացքում աղտոտիչները կուտակվում են ֆիլտրի շերտում, ինչը հանգեցնում է գլխային կորստի աստիճանական աճի և ֆիլտրման արդյունավետության նվազման: Այս խնդիրը լուծելու համար կիրառվում է հետադարձ լվացում կոչվող գործընթաց: Հետադարձ լվացման ընթացքում ջրի հոսքը հակադարձվում է: Մաքուր ջուրը մղվում է վերև ֆիլտրի շերտի միջով՝ լայնացնելով ավազե շերտը և հեռացնելով թակարդված աղտոտիչները: Հետադարձ լվացման ջուրը, որը լցված է հեռացված աղտոտիչներով, այնուհետև թափվում է թափոնների մեջ: Հետադարձ լվացման հաճախականությունը կախված է տարբեր գործոններից, ինչպիսիք են ազդող ջրի որակը և ֆիլտրման արագությունը: