Los filtros, como instalaciones centrales en el campo del tratamiento de agua, se utilizan ampliamente en diversas plantas de tratamiento de aguas residuales, tratamiento de aguas residuales industriales, purificación de agua potable y otros escenarios. Sin embargo, en el uso real, los filtros a menudo experimentan un rendimiento deficiente, como una tasa de filtración lenta, fácil obstrucción del medio filtrante, efecto de retrolavado deficiente, pequeña capacidad de tratamiento, calidad inestable del efluente e incluso pueden conducir al incumplimiento-de los estándares de descarga o a contaminación secundaria. Estos problemas no sólo afectan la eficiencia del tratamiento sino que también aumentan los costos operativos y la dificultad de mantenimiento. Por lo tanto, es necesario explorar formas de mejorar el rendimiento del filtro para garantizar su funcionamiento estable y eficiente. Este artículo comparte formas de mejorar el rendimiento del filtro para los profesionales del tratamiento de agua.
I. Cuellos de botella de los medios filtrantes de una sola-capa
Los filtros de arena tradicionales de una sola capa-utilizan principalmente arena de cuarzo como medio filtrante, con un tamaño de partícula diseñado para aumentar gradualmente de arriba a abajo (finas en la parte superior, gruesas en la parte inferior). Superficialmente, esto parece filtrar las impurezas capa por capa, pero en el funcionamiento real surgen con frecuencia problemas. La capacidad de retención de suciedad-del filtro es una medida clave del rendimiento, que se refiere a la cantidad de impurezas retenidas por unidad de volumen de medio filtrante (unidad: kg/m³ o g/cm²). La fuerte capacidad de retención de suciedad-significa que la capa filtrante desempeña un papel importante, lo que da como resultado una alta eficiencia de filtración, un ciclo de trabajo prolongado y una gran capacidad de tratamiento de agua. Sin embargo, la distribución de las impurezas atrapadas en una sola capa de medio filtrante es extremadamente desigual: la superficie (capa superior) acumula la mayor cantidad de impurezas, disminuyendo hacia abajo, casi sin atrapamiento por debajo de los 30 cm. Esto provoca que la pérdida de carga (resistencia al flujo) se concentre principalmente en la capa superficial, lo que acorta significativamente el ciclo de filtración y, a menudo, provoca obstrucciones en cuestión de horas. Esto se debe a que la dirección del flujo de agua se alinea con el aumento del tamaño de las partículas, lo que hace que las impurezas se acumulen rápidamente en la capa superior. Si el tamaño de las partículas se cambia para disminuir gradualmente a lo largo de la dirección del flujo de agua (de grande a pequeño), es decir, filtración de "tamaño de partícula inverso", las impurezas se pueden distribuir uniformemente, aumentando la capacidad de retención de suciedad-, reduciendo la pérdida de cabeza, extendiendo el ciclo de trabajo e incluso aumentando la velocidad de filtración.
II. Filtración de flujo ascendente
Los medios filtrantes convencionales tienen un tamaño de partícula más fino en la parte superior y un tamaño de partícula más grueso en la parte inferior, y el agua entra por la parte superior y sale por la parte inferior. La filtración de flujo ascendente mantiene el mismo tamaño de partícula pero invierte la dirección del flujo de agua: el agua entra por la parte inferior y sale por la parte superior, formando un modo de "tamaño de partícula inverso".
Las ventajas de este diseño son: distribución uniforme de impurezas en la capa filtrante, mejor capacidad de retención de suciedad-, aumento más lento de la resistencia al flujo de agua y ciclo de trabajo extendido. Sin embargo, es necesario controlar la tasa de filtración, ya que altas tasas de filtración pueden causar expansión de la capa filtrante, pérdida de arena fina de la capa superior y afectar la calidad del efluente. Por lo tanto, se debe agregar una malla o rejilla a la capa superficial para protección. Aunque este método tiene la ventaja de la distribución inversa del tamaño de las partículas, adolece de problemas tales como expansión limitada de la capa de filtro durante el contralavado, dificultad en la eliminación de lodos y eliminación incompleta de lodos debido a que el flujo de agua de contralavado está alineado con la dirección de filtración. Estos problemas son difíciles de eliminar por completo, por lo que no se utiliza ampliamente en la práctica del tratamiento de aguas residuales.
III. Filtración de flujo bidireccional-
El retrolavado insuficiente en la filtración de flujo ascendente llevó al desarrollo de la filtración de flujo bidireccional-. El agua fluye simultáneamente desde la parte inferior y superior del tanque del filtro y sale desde el medio. La capa de filtro superior utiliza un método de flujo descendente, mientras que la capa inferior utiliza una distribución de tamaño de partícula inversa con un flujo ascendente, como se muestra en el diagrama. La parte superior estabiliza la parte inferior, evitando la expansión excesiva de la capa filtrante. Este diseño puede mejorar la capacidad de retención de suciedad-del medio filtrante y extender el ciclo de filtración. Sin embargo, la estructura del tanque del filtro es compleja, la operación es engorrosa y los costos de mantenimiento son altos, por lo que rara vez se usa en la práctica.
Si bien los dos métodos anteriores tienen limitaciones, demuestran que cambiar la dirección del flujo de agua y la disposición del medio filtrante puede mejorar significativamente el rendimiento del filtro.
IV. Medio filtrante-de doble capa
Actualmente, el tipo más popular es el medio filtrante-de doble capa. Su estructura es similar al modelo de capa única-, pero se cambia la composición de la capa de filtro. La capa superior utiliza medios filtrantes livianos con baja gravedad específica y gran tamaño de partículas; la capa inferior utiliza medios filtrantes pesados con alta gravedad específica y tamaño de partícula pequeño. Durante el retrolavado, debido a la diferencia en la gravedad específica, el medio más ligero está en la parte superior y el medio más pesado está en la parte inferior, formando naturalmente una capa dual.
El tamaño de partícula de cada capa sigue siendo más fino en la parte superior y más grueso en la parte inferior, pero el tamaño promedio de partícula de la capa superior es mayor que el de la capa inferior, logrando un efecto general de tamaño de partícula inverso. Las mediciones reales muestran que la capacidad de retención de suciedad-de los medios filtrantes de doble-capa es más del doble que la de los medios de una sola-capa. A la misma velocidad de filtración, se prolonga el ciclo de filtración; y en el mismo ciclo de filtración, se puede aumentar la tasa de filtración. La curva de comparación en la figura a continuación refleja claramente que el área de retención de suciedad-del medio filtrante de doble-capa es mucho mayor que la del medio filtrante de una-capa, lo que indica que la capacidad de retención de suciedad-se duplica cuando el espesor de la capa del filtro es el mismo. Si la calidad del agua afluente es constante, el ciclo de trabajo del medio filtrante-de doble capa es el doble que el del medio filtrante-de una sola capa.
Esta tecnología es ampliamente utilizada en plantas de tratamiento de aguas residuales tanto a nivel nacional como internacional, con resultados significativos, y es una forma práctica de mejorar el rendimiento del filtro.
V. Medios filtrantes multi-capas
Los medios filtrantes de múltiples-capas generalmente se refieren a tres capas: una capa superior de partículas-grandes y de material liviano (como antracita), una capa intermedia de partículas-medias y de material de densidad-media (como arena de cuarzo) y una capa inferior de partículas-pequeñas y de material pesado (como granate o magnetita granular). El tamaño de las partículas disminuye de arriba a abajo, invirtiendo completamente la distribución del tamaño de las partículas.
Este diseño mejora significativamente la capacidad de retención de suciedad-del medio filtrante, mientras que el medio filtrante fino en la parte inferior garantiza una calidad estable del efluente. La tasa de filtración puede ser mayor que con los filtros de doble-capa. Cuando la turbiedad de las aguas residuales es baja y la calidad del agua es estable, se puede realizar una filtración directa (eliminando el proceso de sedimentación) para lograr una purificación primaria. Actualmente, los filtros de doble-capa y multi-capa se utilizan comúnmente para la filtración directa. Para garantizar que el efluente cumpla con los estándares de descarga o reutilización, se pueden agregar previamente auxiliares de filtrado de alto-peso molecular-, como poliacrilamida o sílice activada. La filtración directa simplifica el proceso y ahorra inversión. La composición y el espesor de las capas filtrantes deben ajustarse de acuerdo con la calidad del agua residual, y la tasa de filtración debe ser baja, aproximadamente 5 m3/h. Luego de estos procesos de pretratamiento, la calidad del efluente generalmente cumple con los estándares; algunos se utilizan para reutilización industrial, otros cumplen con los requisitos de tratamiento posteriores y otros requieren un tratamiento más avanzado.
Resumen
Desde las deficiencias de los medios filtrantes de una sola-capa hasta la inspiración de la filtración inversa de partículas y luego la evolución de los filtros de flujo ascendente, bidireccional, de doble-capa y multi-capa, la tecnología de tratamiento de aguas residuales se está desarrollando hacia una alta eficiencia y un bajo consumo. Estos enfoques pueden mejorar la capacidad de retención de suciedad-de los medios filtrantes, extender el ciclo de filtración, optimizar la calidad del efluente y contribuir a la protección del medio ambiente. En la práctica, los filtros de doble-capa y multi-capa son los más prácticos-fáciles de operar y de alto-retorno. En el futuro, con avances en materiales y diseño optimizado de distribución de agua, los filtros serán aún más potentes.