فیلتر شنی

فیلتر شنی یا صافی شنی یکی از مهم ترین تجهیزات تصفیه آب و فاضلاب است که در صنایع مختلف و سیستم‌های تصفیه خانگی و شهری کاربرد گسترده ای دارد. این دستگاه به عنوان یکی از روش‌های فیزیکی تصفیه، از شن و ماسه برای جداسازی ذرات معلق، کدورت و آلاینده‌های غیرمحلول در آب استفاده می کند. بهره گیری از فیلتر شنی به دلیل سادگی، کارایی بالا و هزینه مناسب، جایگاه ویژه ای در فرآیندهای تصفیه آب پیدا کرده است.

عملکرد این دستگاه مبتنی بر عبور آب از بستر شن و ماسه است، جایی که ذرات بزرگ تر از منافذ موجود در بستر گیر افتاده و آب تصفیه می شود. از مخزن فیلتر شنی در بسیاری از کاربردها، از جمله استخرهای شنا، سیستم‌های آبیاری و صنایع غذایی و دارویی استفاده می شود. این دستگاه، علاوه بر ارتقای کیفیت آب، به حفظ سلامت تجهیزات و جلوگیری از انسداد لوله‌ها نیز کمک شایانی می کند.

فیلتر شنی مخزن تحت فشار یا اتمسفریکی است با جنس بدنه فلزی، فولادی یا گالوانیزه، فایبر گلاس ساخته میشود و بعنوان اولین مرحله تصفیه در سیستمهای تصفیه آب صنعتی جهت حذف ذرات معلق فیزیکی و بیولوژیکی موجود در آب تا قطر 50 میکرون می باشد. فیلتر کربنی معمولاً بعد از سیستم فیلتراسیون شنی در فرآیند تصفیه آب قرار می گیرد. این سیستم رایج ترین نوع فیلتر مورد استفاده برای استخرها می باشد که با ایجاد سرعت مناسب برای فیلتراسیون، تصفیه ای ایده آل را فراهم می سازد.

فیلتر شنی چیست؟

فیلتر شنی دستگاهی است که با صاف نمودن (فیلتر اسیون) فیزیکی آب باعث حذف ذرات معلق موجود در آن نظیر گل، رنگ، مواد آلی، پلانکتون، باکتری‌ها و ذرات حاصل از خوردگی می شود. به بیان دیگر فیلتر شنی دستگاهی است جهت تصفیه آب دارای ذرات معلق در حدی که کدورت آب از بین رفته و آبی شفاف تحویل گردد.

عملکرد فیلتر شنی اینگونه است که آب از بخش بالایی وارد مخزن می شود و از لایه‌های مختلف شن و ماسه عبور می کند. در این فرآیند، ذرات بزرگ تر از اندازه منافذ لایه‌ها در بستر شن گیر می افتند و آب تمیز از پایین مخزن خارج می شود. در مواردی که ذرات موجود در آب بسیار کوچک هستند، ممکن است از فیلترهای دیگر مانند فیلتر کربنی یا ممبران نیز در کنار فیلتر شنی استفاده شود.

فیلترهای شنی را بر اساس نوع گردش آب به چهار دسته تقسیم بندی می کنند که رایج ترین آن در استخرها، مدل تحت فشار است.  فیلتر شنی تحت فشار در اشکال، سایزها و جنسهای متفاوتی ساخته می شود که رایج ترین آن سیستم تصفیه آب عمودی با دو سر عدسی است. قطر مخزن، ضخامت بدنه، ضخامت عدسی فوقانی و تحتانی فیلتر شنی تماما در استاندارد ASME مورد بررسی دقیق قرار گرفته اند.

کاربردهای فیلتر شنی

در ادامه، کاربردهای اصلی فیلتر شنی در بخش‌های مختلف توضیح داده می شود.

• از تجهیزات ضروری در سیستم‌های تصفیه استخرهای شنا است.
• در تصفیه خانه‌های آب شهری و روستایی به عنوان یک روش فیزیکی، ذرات معلق مانند گل و لای، شن و ماسه و کدورت آب را حذف نموده و پیش نیاز تصفیه پیشرفته تر (مانند اسمز معکوس یا کلر زنی) است و به افزایش کیفیت آب آشامیدنی کمک می کند.
• در سیستم‌های آبیاری کشاورزی با حذف ذرات معلق و رسوبات موجود در آب، از کاهش کارایی سیستم‌های آبیاری جلوگیری می کند. این کاربرد به ویژه در مناطقی که از منابع آب سطحی مانند رودخانه‌ها و کانال‌ها برای آبیاری استفاده می شود، حیاتی است.
• در صنایع غذایی و نوشیدنی همچون نوشابه سازی، فیلتر شنی برای حذف ذرات معلق و کدورت آب به کار می رود تا از آلودگی محصولات جلوگیری شود.
• در صنایع دارویی و آرایشی، فیلتر شنی به عنوان یکی از مراحل ابتدایی تصفیه، ذرات بزرگ تر و آلودگی‌های فیزیکی را حذف می کند. این آب سپس در مراحل بعدی برای تصفیه‌های شیمیایی یا میکروبیولوژیکی پیشرفته تر آماده می شود.
• در برج‌های خنک کننده و سیستم‌های تهویه وجود ذرات معلق در آب می تواند باعث انسداد لوله‌ها، کاهش کارایی سیستم و افزایش هزینه‌های نگهداری شود. فیلتر شنی با حذف این ذرات، آب را برای استفاده در این سیستم‌ها آماده می کند.
• در تصفیه آب نیروگاه‌های برق برای تامین آب دیگ‌های بخار، سیستم‌های خنک کننده و واحدهای تولید بخار به کار می رود.
• در سیستم‌های تصفیه فاضلاب اعم از بهداشتی و صنعتی، به عنوان یکی از مراحل نهایی یا تکمیلی برای حذف ذرات باقی مانده از آب تصفیه شده به کار می رود.
• به حذف ذرات معلق و کدورت آب در سیستم‌های شستشوی خودرو (کارواش‌ها) کمک کرده و کیفیت شستشو را افزایش می دهد.
• در سیستم‌های تصفیه خانگی به عنوان یکی از مراحل ابتدایی برای حذف کدورت و ذرات معلق از آب به کار می رود.
• در صنایع رنگ برای حذف ذرات معلق و آلودگی‌ها از آب مورد استفاده برای تهیه رنگ‌های پایه آبی، به تولید محصولاتی با کیفیت بالاتر کمک می کند. همچنین تجهیزات تولید رنگ مانند مخازن و خطوط تولید به شستشوی مداوم نیاز دارند. استفاده از آب تصفیه شده توسط فیلتر شنی از رسوب و خرابی تجهیزات جلوگیری می کند.
• در صنایع نساجی آب تصفیه شده برای شستشوی پارچه‌های تولیدی، حذف مواد شیمیایی و رنگ‌های اضافی از سطح پارچه ضروری است. همچنین فاضلاب تولیدی حاوی الیاف معلق، رنگ‌ها و مواد شیمیایی است. فیلتر شنی در مراحل ابتدایی تصفیه فاضلاب، ذرات معلق را حذف کرده و فشار بر سیستم‌های تصفیه پیشرفته را کاهش می دهد.

مزایای فیلتر شنی

در ادامه، مزایای فیلتر شنی را به طور کامل و تفصیلی توضیح می دهیم:

• توانایی در حذف ذرات معلق، کدورت و آلودگی‌های غیر محلول از آب که باعث شفافیت بیشتر آب میشود.
• انعطاف پذیری بالای فیلتر شنی بمنظور استفاده در تصفیه آب استخرها، سیستمهای آبیاری، صنایع دارویی و شیمیایی
• استفاده از فیلتر شنی در استخرها به کاهش نیاز به مواد شیمیایی تصفیه کننده نیز کمک می کند.
• طراحی ساده باعث شده که نگهداری و تعمیرات این دستگاه به راحتی انجام شود.
• فرآیند شستشوی معکوس که برای تمیز کردن بستر شنی به کار می رود، بسیار ساده و سریع است و نیاز به تخصص بالایی ندارد.
• مقرون به صرفه وبند بدلیل هزینه‌های پایین عملیاتی و عمر طولانی مواد مصرفی اصلی آن، یعنی شن و ماسه
• کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری تجهیزات حساس صنعتی، لوله ها و سیستمهای آبیاری
• فیلتر شنی می تواند به عنوان یکی از مراحل ابتدایی در سیستم‌های تصفیه پیشرفته مانند اسمز معکوس، فیلترهای کربنی و سیستم‌های اولترافیلتراسیون عمل کند. این دستگاه با حذف ذرات بزرگ و معلق، بار تصفیه ای مراحل بعدی را کاهش داده و کارایی آنها را افزایش می دهد.
• نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای کاهش کدورت و حذف ذرات معلق در بسیاری از موارد کاهش می یابد. این موضوع نه تنها هزینه‌ها را کاهش می دهد، بلکه اثرات زیست محیطی ناشی از استفاده بیش از حد مواد شیمیایی را نیز کاهش می دهد.
• فیلتر شنی، به ویژه در مدل‌های ساخته شده از فولاد ضد زنگ یا فایبرگلاس، مقاومت بالایی در برابر خوردگی و زنگ زدگی دارد. این مزیت باعث می شود که دستگاه در محیط‌های مختلف، حتی در شرایط سخت و آب و هوای نامساعد، به خوبی عمل کند و عمر طولانی داشته باشد.
• فیلتر شنی به عنوان بخشی از فرآیند بازچرخانی آب عمل نموده و می تواند آب استفاده شده را تصفیه و برای مصارف دیگر آماده کند لذا باعث صرفه جویی در منابع آبی میشود.
• آب تصفیه شده با فیلتر شنی، عاری از ذرات معلق و آلودگی‌های فیزیکی است که می توانند برای سلامت انسان مضر باشند.
• کاهش آلاینده‌ها در آب خروجی به حفظ محیط زیست و جلوگیری از آسیب به اکوسیستم‌های آبی کمک می کند.

انواع فیلتر شنی

این تجهیزات تصفیه در شکل و ساختار‌های مختلفی طراحی و تولید میشوند که هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده است. در ادامه به معرفی کامل تمامی این تجهیزات میپردازیم:

• فیلتر شنی تحت فشار
• فیلتر شنی کند (آهسته)
• فیلتر شنی سریع (تند)
• فیلتر شنی عمودی و افقی
• فیلتر شنی فایبرگلاس
• فیلتر شنی فلزی (استیل یا گالوانیزه)
• فیلتر شنی چند لایه (چند رسانه ای)

فیتر شنی تحت فشار

یکی از پرکاربردترین انواع فیلترهای شنی است که از یک مخزن بسته تشکیل شده که تحت فشار کار می کند. درون مخزن، لایه‌هایی از شن و ماسه با اندازه‌های مختلف قرار دارد که به صورت مرتب چیده شده اند. آب با فشار وارد مخزن می شود و از بستر شنی عبور می کند. در این فرآیند، ذرات معلق و ناخالصی‌ها در میان لایه‌های شنی به دام می افتند و آب تصفیه شده از قسمت خروجی مخزن خارج می شود.

یکی از ویژگی‌های برجسته فیلتر شنی تحت فشار، سرعت بالای تصفیه است. به دلیل اعمال فشار به آب، این نوع فیلتر می تواند در مدت زمان کوتاهی حجم زیادی از آب را تصفیه کند. به همین دلیل، این دستگاه برای کاربردهایی نظیر تصفیه آب استخرها، برج‌های خنک کننده، صنایع غذایی و دارویی و همچنین تصفیه اولیه در سیستم‌های اسمز معکوس بسیار مناسب است.

عملیات شستشوی معکوس در فیلتر شنی تحت فشار به راحتی انجام می شود. در این فرآیند، جهت جریان آب معکوس شده و ذراتی که در بستر شنی گیر کرده اند، شسته و از سیستم خارج می شوند. این ویژگی موجب می شود که فیلتر شنی تحت فشار نیازی به تعویض مداوم مواد فیلتراسیون نداشته باشد و هزینه‌های نگهداری آن کاهش یابد.

به دلیل طراحی بسته و کارایی بالا، فیلتر شنی تحت فشار در مکان‌هایی که فضای محدودی دارند یا نیاز به سرعت و کیفیت بالای تصفیه است، انتخابی ایده آل محسوب می شود. این دستگاه قابلیت تحمل فشار تا 10 بار را دارد و  مجهز به شیر هواگیری و فشارسنج میباشد همچنین از 4 لایه سنگ سیلیس دانه بندی شده در آن استفاده شده است که  قابل ارائه با سه نوع شیر دستی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک جهت شستشوی معکوس را دارد.

فیلتر شنی کند یا آهسته

درون فیلتر شنی کند یا آهسته، آب شیرین اما کثیف و آلوده از میان لایه‌هایی از شن و ماسه که دارای یه لایه نازک میکروارگانیسم است عبور میکند و آب هم از لحاظ فیزیکی و از لحاظ بیولوژیکی به مقدار زیادی تصفیه میشود لذا این دستگاه نیاز به فضای زیاد با تجهیزات کم دارد.

سرعت تصفیه در فیلتر شنی کند کاهش می یابد اما بزرگترین تفاوت بین سیستمهای آهسته و سریع، این است که لایه بالایی بستر شنی از نظر بیولوژیکی فعال است، زیرا در اینجا مباحث میکروبی مد نظر قرار دارد. عمق توصیه شده و معمول در فیلتر شنی آهسته 0.9 تا 1.5 متر است و لایه میکروبی در طی 10-20 روز از شروع عملیات تشکیل می شود.

درون فیلتر شنی آهشته طی فرآیند فیلتراسیون، آب خام می تواند از طریق محیط متخلخل شن و ماسه نفوذ کند و مواد آلی، باکتری‌ها ویروس‌ها و کیست‌ها را متوقف و به دام بیندازد.

روش احیای دستگاه فیلترشنی کند، خراش دادن نامیده می شود و برای از بین بردن ذرات خشک شده روی فیلتر بصورت مکانیکی استفاده می شود. با این حال، بسته به سیستم نوعی، این روند می تواند در زیر آب انجام شود. یکی دیگر از عوامل محدود کننده آب فیلتر شده، کدورت است که برای فیلترهای شنی آهسته، به (10 NTU واحدهای کدورت نفومتریک) محدود شده است.

فیلترهای شنی کند گزینه مناسبی برای عملیات با بودجه مالی محدود است زیرا این روش تصفیه از هیچ ماده شیمیایی استفاده نمی کند و به تجهیزات مکانیکی کمی احتیاج دارد. با این حال، به دلیل رشد مداوم جمعیت در جوامع، فیلترهای شنی آهسته در حال جایگزینی با مدل‌های سریع هستند که بیشتر به دلیل طول دوره سرویس آن است.

فیلتر شنی سریع یا تند

در این نوع فیلتر، آب با سرعت بیشتری نسبت به فیلتر شنی کند از میان بستر شنی عبور می کند و ذرات معلق، آلودگی‌های فیزیکی و کدورت آن کاهش می یابد. این سرعت بالای عبور آب به دلیل طراحی خاص دستگاه و استفاده از لایه‌های فشرده تر شن و ماسه ممکن است که عملکرد فیلتر را بهبود می دهد. در فیلتراسیون سریع از پیش تصفیه قبل از انجام عملیات فیلتراسیون و کلر زنی، ازن زنی و گندزدایی نهایی استفاده میشود.

فیلتر شنی سریع معمولاً در تصفیه خانه‌های شهری و صنعتی برای کاهش ذرات معلق و آماده سازی آب برای مراحل بعدی تصفیه، مانند فیلتراسیون کربنی یا اسمز معکوس، استفاده می شود. این فیلتر به دلیل قابلیت تصفیه حجم زیادی از آب در مدت زمان کوتاه، در صنایعی که مصرف آب بالایی دارند، بسیار پرکاربرد است.

در فیلتر شنی سریع، حجم کمتر بستر شنی نسبت به فیلترهای کند به کار می رود، اما با وجود این، به دلیل سرعت بالای تصفیه، توانایی حذف کارآمد ذرات معلق را حفظ می کند. این ویژگی باعث می شود که فیلتر شنی سریع گزینه ای مناسب برای کاربردهایی باشد که نیاز به تصفیه حجم زیاد آب با کیفیت قابل قبول در زمان کوتاه دارند.

تفاوت فیلترشنی تند و کند

پارامتر	فیلتر شنی سریع	فیلتر شنی آهسته
دبی فیلتراسیون (متر مکعب بر ساعت)	5-15	0.25-0.58
مقدار مؤثر مدیا (میلی متر)	0.5-1.2	0.15-0.3
عمق بستر (متر)	0.6-1.9	0.9-1.5
مدت فعالیت	4-1 روز	6-1 ماه
دوره اشباع	15 دقیقه الی 2 ساعت	روزهای متعدد
روش احیاء	بک واش	خراش دادن
حداکثر کدورت آب خام	تا محدود	NTU 10

فیلتر شنی عمودی

این فیلترها، استوانه ای شکل و از فولاد یا فایبرگلاس بر اساس استاندارد‌های معتبر ساخته شده است و دارای دو دریچه بازدید می باشد. برای جلوگیری از خوردگی، کلیه سطوح مجاور با آب داخل مخزن فلزی، از دو لایه رنگ اپوکسی و کلیه سطوح بیرونی دستگاه که در مجاورت هوا قرار دارند با رنگ روغنی پوشش داده می شود. فشار استاندارد در این فیلترها بین 7-3 اتمسفر می باشد و اگر فشار بیش از این باشد باعث ایجاد پدیده شیارسازی می شود.

قطر دستگاه عمودی استاندارد از حدود 0.5 تا 3 متر و ارتفاع آن بین 0.7 الی 1.5 متر می باشد. فیلترهای شنی عمودی به خاطر آنکه در تمام راستای ارتفاع آنها عمل تصفیه فیزیکی انجام می گیرد، به سیستمهای افقی ترجیح دارند. در فیلترهای عمودی ورود آب توسط نازلهای ورودی از بالای دستگاه انجام می پذیرد.

در جدول زیر مدل دستگاه، قطر لوله‌های ورودی و خروجی، میزان دبی آبی قابل عبور بر حسب مترمکعب بر ساعت، میزان فشاری که بهنگام کار تحمل می کند، میزان فشار قابل تحمل بهنگام طراحی فیلتر شنی و برخی دیگر از پارامترها آورده شده است.

مدل	دبی جریان ورودی (m³/hr)	نرخ بکواش (m³/hr)	ابعاد تانک (cm)	سایز لوله کشی (in)	ارتفاع شن (cm)	حداکثر فشار کاری (bar)	حداکثر فشار بکواش (bar)	فشار تست (bar)
NSF.1	1.9	4	50×100	1½	80	5	2	7.5
NSF.2	2.8	6	60×120	1½	100	5	2	7.5
NSF.3	4.4	9	75×120	2	100	5	2	7.5
NSF.4	6.3	13	90×150	2	100	5	2	7.5
NSF.5	7.8	16	100×150	2	100	5	2	7.5
NSF.6	12.2	26	125×150	2½	100	5	2	7.5
NSF.7	15	30	140×150	3	100	5	2	7.5
NSF.8	17.6	35	150×150	3	100	5	2	7.5
NSF.9	25.4	50	180×150	4	100	5	2	7.5
NSF.10	34.6	70	210×150	4	100	5	2	7.5
NSF.11	45	90	240×150	5	100	5	2	7.5
NSF.12	56	115	270×150	5	100	5	2	7.5
NSF.13	66	135	290×150	5	100	5	2	7.5

فیلتر شنی افقی

این فیلترها به صورت استوانه ای افقی طراحی شده اند و فضای بیشتری برای بستر شنی فراهم می کنند. به همین دلیل، توانایی تصفیه آب در مقیاس وسیع را دارند و در پروژه‌هایی که نیاز به ظرفیت بالا و عملکرد مداوم است، انتخابی ایده آل محسوب می شوند.

در فیلتر شنی افقی، آب از یک طرف وارد مخزن شده و پس از عبور از لایه‌های مختلف شن و ماسه که به طور افقی قرار گرفته اند، از سمت دیگر خارج می شود. طراحی افقی این فیلترها امکان افزایش سطح فیلتراسیون و کاهش افت فشار را فراهم می کند، به ویژه زمانی که دبی بالایی از آب موردنیاز باشد. این ویژگی باعث می شود که فیلتر شنی افقی گزینه ای مناسب برای تصفیه آب در نیروگاه‌ها، صنایع نفت و گاز و کارخانه‌های بزرگ باشد.

یکی از مزایای اصلی فیلتر شنی افقی، کاهش نیاز به تعداد واحدهای فیلتراسیون است. به دلیل ظرفیت بالای این نوع فیلتر، می توان به جای نصب چندین دستگاه عمودی، از یک دستگاه فیلتر شنی افقی استفاده کرد که این امر باعث صرفه جویی در فضای نصب و کاهش هزینه‌های کلی پروژه می شود.

فیلتر شنی فایبرگلاس

در این مدل از مخزن FRP استفاده میشود و بدلیل استاندارد بودن سایز و اندازه مخازن، صرفا در ابعاد خاصی قابل تولید می باشند. فایبرگلاس به دلیل ویژگی‌های خاص خود مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی وزن سبک و دوام طولانی، انتخاب مناسبی برای ساخت بدنه فیلترهای شنی است.

مزایای مدلهای فایبرگلاس شامل نصب آسان، عمر طولانی و نیاز کم به نگهداری است. این نوع فیلترها قادر به فیلتر کردن ذرات تا اندازه میکرون و بالاتر هستند، بنابراین برای تصفیه آب با کیفیت بالا مناسبند. همچنین، مخزن فایبرگلاس به دلیل خاصیت ضد خوردگی خود می تواند در محیط‌های مختلف، حتی در مناطقی با آب و هوای مرطوب یا در معرض مواد شیمیایی قرار دارد، به خوبی عملکرد خود را حفظ کند.

در مجموع، فیلتر شنی فایبرگلاس یک راهکار مقرون به صرفه و کارآمد برای تصفیه آب است که به دلیل مقاومت بالا و ویژگی‌های فنی مناسب، انتخابی محبوب در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف محسوب می شود.

فیلتر شنی فلزی

این فیلترها معمولاً از مواد فلزی مانند استیل یا گالوانیزه ساخته می شوند که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. استیل به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی، زنگ زدگی و شرایط محیطی دشوار، گزینه ای ایده آل برای استفاده در صنایع مختلف، از جمله صنایع غذایی، شیمیایی و نفت و گاز است،عمر طولانی تری دارد و به راحتی تمیز می شود.

از سوی دیگر، فیلتر شنی گالوانیزه که از فولاد معمولی با پوشش گالوانیزه ساخته شده، به طور معمول در شرایطی که خوردگی کمتر مهم است یا بودجه محدودتری وجود دارد، استفاده می شود. پوشش گالوانیزه این فیلترها را در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم می سازد، اما در مقایسه با استیل، مقاومت کمتری دارد.

فیلترهای شنی فلزی به طور کلی برای تصفیه آب‌های با دبی بالا و حذف ذرات معلق تا اندازه میکرون طراحی شده اند. ساختار این فیلترها شامل یک محفظه فلزی است که داخل آن شن یا ماسه مخصوص برای فیلتراسیون قرار دارد. آب از لایه‌های مختلف شن عبور می کند و ذرات معلق در آن توسط شن‌ها جذب می شوند.

فیلتر شنی فلزی معمولاً در صنایع آب و فاضلاب، تصفیه خانه‌ها، استخرها و سیستم‌های آب شیرین کن صنعتی استفاده می شود. مزایای این فیلترها شامل دوام بالا، هزینه نگهداری کم و توانایی فیلتراسیون موثر است. با این حال، برای استفاده در محیط‌های با شرایط سخت یا آب‌های با سختی بالا، فیلترهای شنی استیل به دلیل مقاومت بیشتر در برابر شرایط محیطی، ترجیح داده می شوند.

فیلتر شنی چند لایه

فیلترهای شنی را می توان با مخلوط نمودن چند لایه مختلف طراحی و تولید نمود که به فیلتر شنی مخلوط معروف می باشند. استفاده از شن و ماسه بعنوان بستر تصفیه اکثرا متداول بوده و از موادی دیگر همچون آنتراسیت، ذغال کربن (GAC)، گارنت و ایلمنیت نیز استفاده می گردد. گارنت و ایلمنیت خیلی سنگین تر از شن می باشند و آنتراسیت ماده ای سخت تر از ذغال کربن است و کمتر از فیلتر شنی فرار می کند.

گارنت ترکیبی از چند ماده معدنی بوده و موجب تغییر رنگ می شود. ایلمنیت متشکل از آهن و تیتانیوم می باشد. از ذغال کربن می توان هم در فرآیند جذب و هم فرآیند فیلتراسیون استفاده نمود.

تمامی این مواد یا می توانند به تنهایی استفاده گردند یا بصورت ترکیبی. بسته به تعداد لایه‌های بستر تصفیه کننده انواع فیلتر شنی به قرار زیر است:

• فیلتر شنی یک لایه: در این مدل تنها از شن و ماسه استفاده می شود. مونومدیای بستر عمیق یک فیلتر تک لایه است که از دو نوع آنتراسیت و یا ذغال کربن استفاده می کند. از این مدل جهت تصفیه آب‌هایی استفاده می گردد که کیفیت یکسان و ثابتی دارند و همچنین مدت زمان زیادی صرف تصفیه می شود.
• فیلتر شنی دو لایه: در این مدل اصولا یک لایه شن و ماسه در پایین و یک لایه آنتراسیت یا ذغال در بالا وجود دارد.
• صافی شنی سه لایه: در فیلتر شنی میکس یا تری مدیا بستر متشکل از سه لایه شن و ماسه، آنتراسیت، گارنت یا ایلمنیت می باشد و چینش این مواد بدین صورت است: گارنت یا ایلمنیت در لایه زیرین، شن و ماسه در لایه وسط و آنتراسیت در بالای بستر

فیلتر شنی صنعتی

به صافی شنی که برای تصفیه آب درون تصفیه خانه و کارخانجات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد فیلتر شنی صنعتی گفته می شود. در حقیقت بمنظور گرفتن گل و لای و ذرات معلق درون آبی که وارد سیستم تولیدی و صنعتی می شود از این نوع دستگاه استفاده می گردد.

دبی آب در این نوع فیلترها از 50 مترمکعب در شبانه روز فراتر می رود. فشار این نوع صافی‌ها اصولا بیشتر از 10 بار می باشد و برای طراحی آن حتما می بایست از نرم افزارهای سالیدورک و آباکوس استفاده نمود. جوشها حتما می بایست طبق استانداردهای جوش اروپا و امریکا بوده و سفارش ساخت فیلتر شنی صنعتی به کارگاه‌ها کوچک کاری خطرناک می باشد.

دانه بندی سیلیس درون صافی های شنی

درون فیلتر شنی گروه صنعتی ناب چهار لایه مختلف از سیلیس با ضریب یکنواختی 35/1، با دانه بندی ریز از نوع سنگ‌های مخصوص و درجه خلوص بالای 95% به شرح زیر وجود دارد.

• نمره یک از قطر 0/5 تا 1/5 میلیمتر.
• نمره دو از قطر 2 تا 3/5 میلیمتر.
• نمره سه از قطر 4 تا 8 میلیمتر.
• نمره چهار از قطر 8 تا 12 میلیمتر.

ارتفاع کلیه سیلیس‌های ریخته شده درون فیلتر شنی جمعاً یک متر می‌باشد که این عدد به ظرفیت دستگاه ربطی ندارد. چون پس از آزمایشاتی که انجام شده است این موضوع به اثبات رسیده که از یک ارتفاعی به بعد مواد بکار برده شده در فیلترها توانایی تصفیه بیشتر آب را ندارند و ماکزیمم ارتفاع 1/5 متر برآورد شده است و با در نظر گرفتن بستر فیلتر و پخش کننده آب ارتفاع دستگاه به 1/5 متر میرسد.

شن ها با دانه بندی ریزتر سطح بیشتری را فراهم میکنند و در نتیجه بیشتر آلودگی آب را میگیرند. اما به انرژی پمپاژ بیشتری برای انتقال سیال نیاز دارند. در اکثر فیلترهای شنی تحت فشار از رنج دانه‌های 0/2 تا 1/2 میلیمتر استفاده می‌شود. ذرات بزرگتر از 100 میکرومتر تمایل به بستن منافذ فیلتراسیون دارند که دانه‌های بزرگتر ماسه می توانند بر این مشکل غلبه کنند. به همین دلیل عمق بستر شن حدودا 60 سانتیمتر تا 1/5 متر بسته به کاربرد مختلف می‌باشد.

محاسبه ظرفیت فیلتر شنی

برای محاسبه ظرفیت فیلتر شنی، ابتدا باید دبی آب مورد نیاز برای تصفیه و سرعت فیلتراسیون را مشخص کرد. سپس، مساحت بستر مورد نیاز با استفاده از این دو پارامتر محاسبه می شود. برای انجام این محاسبات از فرمول‌های زیر استفاده می کنیم:

• مساحت بستر (A) = دبی (Q) / سرعت فیلتراسیون (V)
• قطر فیلتر (D) = 1.13 × √A

با جایگذاری مقادیر دبی آب (به لیتر بر ثانیه) و سرعت فیلتراسیون (که معمولاً بین 4 تا 5.5 لیتر بر ثانیه بر مترمربع است)، مساحت بستر فیلتر شنی بدست می آید. پس از محاسبه مساحت، با استفاده از قطر به دست آمده، می توان مدل مناسب فیلتر شنی را از کاتالوگ انتخاب کرد.

این روش محاسباتی به شما کمک می کند تا ظرفیت فیلتر شنی مورد نیاز برای سیستم تصفیه آب را تعیین کنید.

طراحی فیلتر شنی

هدف اصلی از طراحی این فیلترها این است که فرآیند فیلتراسیون به درستی و با کارایی بالا انجام شود، بدون آنکه هیچ قسمتی از مایع از مسیر طراحی شده منحرف گردد. یکی از عوامل مهم در طراحی فیلتر شنی، سرعت جریان است.

صافی های شنی باید به گونه ای طراحی شوند که با حداکثر سرعت جریان 10 گالن در دقیقه (GPM) بر فوت مربع کار کنند. با استفاده از این سرعت جریان و توان مورد نیاز، مساحت سطح فیلتر مورد نیاز برای تصفیه به طور دقیق محاسبه می شود. این مساحت سطح می تواند برای طراحی دقیق تر فیلترهای شنی مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از اصول طراحی فیلتر شنی این است که مایع باید به طور یکنواخت و مناسب در بستر شن و ماسه جریان داشته باشد تا فرآیند فیلتراسیون به بهترین نحو انجام شود. در صورتی که جریان مایع به طور صحیح توزیع نشود یا برخی نواحی بستر شن و ماسه به طور غیرمنتظره ای از مسیر جریان منحرف شوند، عملکرد فیلتر به شدت مختل خواهد شد.

عمق بستر شن و ماسه در فیلتر شنی نیز یکی از نکات مهم در طراحی است. این عمق معمولاً باید در محدوده 0.6 تا 1.8 متر (2 تا 6 فوت) باشد. این مقدار عمق به عوامل مختلفی از جمله نوع کاربرد فیلتر، توان مورد نیاز دستگاه و مشخصات آب ورودی بستگی دارد. عمق بستر شن و ماسه باید به گونه ای انتخاب شود که قادر به جذب و فیلتر کردن ذرات معلق و ناخالصی‌های موجود در آب باشد، بدون آنکه باعث کاهش کارایی فیلتر شود.

آیین نامه‌ها و استانداردهای طراحی فیلترهای شنی به طور خاص به این نکته اشاره دارند که فیلترهای سریع بستر شن و ماسه باید با حداکثر سرعت 9 متر مکعب در متر مربع در ساعت (220 گالن در فوت مربع در ساعت) عمل کنند. این استانداردها برای اطمینان از کارایی بالا و کیفیت تصفیه آب تعیین شده اند. با توجه به توان مورد نیاز و حداکثر سرعت جریان، ظرفیت فیلتر شنی به طور دقیق محاسبه می شود.

فیلترهای شنی سریع معمولاً در فشارهای کاری بین 2 تا 5 بار عمل می کنند. این فشار معمولاً در طول فرآیند فیلتراسیون تغییرات کمی خواهد داشت. در بستر شن و ماسه تمیز، افت فشار معمولاً بسیار کم است، اما با گذشت زمان و با تشکیل مواد جامد روی بستر، این افت فشار افزایش می یابد. این افزایش فشار به عنوان یک شاخص از نیاز به شستشوی معکوس فیلتر عمل می کند. در صورتی که فشار در بستر شن و ماسه به حد مشخصی برسد، نیاز به شستشوی فیلتر احساس می شود تا کارایی دستگاه حفظ شود.

در نهایت، طراحی فیلتر شنی باید به گونه ای باشد که امکان شستشوی معکوس به طور منظم فراهم شود تا بستر فیلتر همیشه در بهترین وضعیت عملکردی خود قرار گیرد و بتواند تصفیه ای مؤثر و پایدار را ارائه دهد. این فرآیند شستشو موجب حفظ کارایی فیلتر و طول عمر بیشتر آن می شود. طراحی دقیق و توجه به جزئیات در مراحل مختلف طراحی، از انتخاب عمق بستر تا تنظیم فشار کاری و سرعت جریان، از ارکان اصلی عملکرد بهینه فیلتر شنی است.

مکانیزم عملکرد فیلتر شنی

در فیلترهای شنی با جریان رو به پایین، معمولاً مایعات تحت فشار یا نیروی جاذبه جریان دارند. این نوع فیلترها در مصارف صنعتی و تصفیه آب آشامیدنی به ویژه برای فیلترهای شنی سریع و آهسته به کار می روند. فضای عمده مخزن فیلتر شنی با شن یا ماسه پر می شود و در کف مخزن نازل‌هایی قرار دارد که به کمک سیستم زهکشی، اجازه می دهند آب تصفیه شده از دستگاه خارج شود. آب خامی که هنوز تصفیه نشده است از بالای مخزن وارد شده و پس از عبور از لایه‌های شن و ماسه، پساب آن از طریق سیستم زهکشی در پایین تخلیه می شود.

برای سیستم‌های تصفیه آب بزرگ تر، معمولاً سیستم‌های توزیع یکنواخت آب خام در فیلتر به کار می روند تا اطمینان حاصل شود که جریان آب به طور یکسان در بستر شن و ماسه توزیع می شود. علاوه بر این، معمولاً یک سیستم توزیع هوا نیز در نظر گرفته می شود تا از جاری شدن آب بیش از حد در مناطق خاص جلوگیری کند و توزیع هوا و آب را ثابت نگه دارد.

یکی از فرآیندهای مهم که عملکرد فیلتر شنی را تحت تأثیر قرار می دهد، فرآیند اشباع و احیا است. در ابتدا، فیلتر شنی عملکرد خوبی دارد، اما به مرور زمان و با انباشت مواد جامد و ناخالصی‌ها بر روی بستر سیلیس، فرآیند اشباع آغاز می شود. در این مرحله، کیفیت آب خروجی کاهش می یابد و فیلتر نیاز به شستشوی معکوس دارد. عملیات احیا با استفاده از آب و هوا که به صورت معکوس از فیلتر عبور داده می شود (بکواش)، امکان بازگشت به عملکرد اولیه را فراهم می آورد. این فرآیند کمک می کند تا مواد جامد انباشته شده از بستر فیلتر جدا شوند و فیلتر مجدداً برای استفاده آماده گردد.

زمان بکواش معمولاً بر اساس میزان کدورت در پشت فیلتر یا افت فشار در سراسر بستر فیلتر تعیین می شود که نباید از حد مشخصی فراتر رود.

فیلترهای شنی معمولاً از لایه‌های مختلفی از شن دانه بندی شده با خلوص بالا (98%) و صفحه‌های مشبک تشکیل شده اند که در آن‌ها 50 تا 70 پستانک در هر متر مربع جهت آبکشی و جلوگیری از خروج ذرات شن از فیلتر قرار دارند. این لایه‌ها از ذرات درشت شن در قسمت بالایی و ذرات ریز در قسمت پایین تشکیل می شوند تا به طور مؤثری ذرات معلق در آب را فیلتر کنند. طراحی دقیق این لایه‌ها و توزیع یکنواخت شن‌ها در فیلتر، موجب می شود که فرآیند تصفیه به بهترین نحو ممکن انجام شود.

مدار لوله کشی فیلتر شنی به گونه ای طراحی می شود که هر دو عملیات سرویس دهی و شستشوی معکوس به راحتی قابل انجام باشد.

کنترل فیلتر شنی می تواند به روش‌های مختلفی انجام شود، از جمله کنترل با شیرهای دستی، کنترل با شیرهای سلو ولو و کنترل تمام اتوماتیک با استفاده از شیرهای چندراهه اتوماتیک. این سیستم‌ها به گونه ای طراحی شده اند که مدیریت جریان آب و شستشوی فیلتر را به طور مؤثر انجام دهند. در نهایت، انتخاب فیلتر شنی مناسب به ویژگی‌هایی چون کیفیت نازل‌ها و نوع مواد مورد استفاده در ساخت آن‌ها بستگی دارد. استفاده از نازل‌های برنجی به جای نازل‌های پلاستیکی به طور معمول کیفیت بهتری را در عملکرد فیلتر شنی فراهم می آورد.

عوامل تاثیرگذار بر کارکرد فیلتر شنی

عملکرد بهینه و افزایش بازده فیلتر شنی متاثر از عوامل زیر می باشد:

• یکی از تاثیرگذارترین مولفه‌ها بر میزان بازده فیلتر شنی اندازه و شکل و نوع سیلیس مورد استفاده در بستر سند فیلتر می باشد. بهترین و موثرترین اندازه سیلیس در حالتی می باشد که حدود 10% از این دانه‌ها کوچکتر از ذرات معلق و 90 درصد بزرگتر از آن باشد.
• سرعت آب عبور کننده از لابلای بستر سیلیس و میزان ذرات معلق در آن تاثیر مستقیمی بر مدت زمان بهره برداری بین دو شستشو و افت فشار دستگاه دارد. افت فشار موجب افزایش زمان عملکرد دستگاه و کاهش سرعت جریان آب می گردد.
• تصفیه آب به دو روش صورت می پذیرد. شستشو به وسیله آب، شستشو به وسیله آب و هوا. که استفاده از روش شستشوی با آب در ظرفیتهای پایین موثر است چرا که سرعت و فشار آب می بایست 15% حجم بستر را افزایش دهد. اما از روش شستشو آب و هوا در فیلترهای سایز بالا و ظرفیت بالا استفاده می گردد.
• فاضلابهای قوی حاوی مقادی بالای مواد آلی می باشد که عملکرد فیلتر شنی را به مرور زمان تحت تاثیر قرار داده و بازده آن را کاهش می دهد و هزینه نگهداری و سرویس صافی شنی را افزایش می دهد.
• به منظور افزایش عملکرد فیلتر شنی و جلوگیری از مسدود شدن فیلتر باید یک مرحله آب ورودی به سیستم پیش تصفیه گردد که متداول ترین روش پیش تصفیه فاضلابهای صنعتی استفاده از سپتیک تانک می باشد.
• نرخ بار گذاری هیدرولیک بیانگر میزان آب و فاضلاب تزریق شده در فیلتر شنی در طی یک روز می باشد. هرچه سرعت بارگذاری بیشتر باشد، صافی شنی ذرات و مواد زاید بیشتری را حذف می کند.

قیمت فیلتر شنی

قیمت‌ها می‌توانند بر اساس جنس بدنه (فولادی، FRP و …)، نوع شیرآلات (اتوماتیک یا دستی) و کیفیت سیلیس مورد استفاده متفاوت باشند.

• ظرفیت یا دبی عبوری فیلتر شنی یکی از مهم ترین عوامل تأثیرگذار بر قیمت آن است. هر چه ظرفیت بالاتر باشد، مخزن بزرگ تر و تجهیزات داخلی قوی تری مورد نیاز است. این مسئله منجر به افزایش حجم مواد اولیه، پیچیدگی طراحی و هزینه‌های تولید می شود. بنابراین، فیلترهایی که برای پروژه‌های بزرگ و صنعتی با دبی بالا طراحی شده اند، قیمت بیشتری دارند.
• ابعاد مخزن شامل قطر و ارتفاع آن است و تأثیر مستقیمی بر قیمت دارد. طراحی و ساخت مخازن با ابعاد بزرگ علاوه بر مقدار بیشتر مصالج، به نیروی کار ماهر و ماشین آلات پیشرفته نیاز دارد. به علاوه، مخازن بزرگ تر برای جابجایی و نصب هزینه بیشتری خواهند داشت.
• ضخامت ورق‌های استفاده شده در فیلترهای فلزی، مستقیماً بر مقاومت و طول عمر مخزن تأثیر دارد. ضخامت بیشتر باعث افزایش وزن و استحکام مخزن می شود، اما در عین حال هزینه مواد اولیه و فرآیند ساخت را بالا می برد. مخازن استنلس استیل به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی، قیمت بالاتری نسبت به فولاد کربنی دارند.
• پوشش‌های داخلی و خارجی فیلتر شنی برای محافظت در برابر زنگ زدگی و خوردگی بسیار مهم هستند. این پوشش‌ها شامل رنگ‌های اپوکسی، گالوانیزه گرم یا پوشش‌های پلی اتیلن می شوند. پوشش‌های مقاوم تر، به ویژه در شرایط محیطی خورنده یا آب شور، قیمت فیلتر را افزایش می دهند.
• کیفیت و متریال استفاده شده در لوله‌ها، نازل‌ها و دیفیوزرها می تواند هزینه را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین سایز و تعداد لوله‌ها و اتصالات بر اساس دبی و فشار طراحی می شود. استفاده از نازل‌های مقاوم و سیستم‌های لوله کشی دقیق هزینه را افزایش می دهد.
• ارتفاع بستر شن و نوع مواد فیلتر استفاده شده از جمله سیلیس، آنتراسیت یا مواد دیگر، بر عملکرد و قیمت فیلتر تأثیر می گذارد. سیلیس با کیفیت و با دانه بندی مناسب باعث افزایش کارایی در تصفیه آب می شود. بسترهای چند لایه که شامل لایه‌های مختلف شن و آنتراسیت هستند، عملکرد بهتری ارائه می دهند، اما هزینه بالاتری دارند.
• فشار کاری بالاتر هزینه‌های ساخت و قیمت نهایی را افزایش می دهد.
• شیرآلات دستی ارزان تر هستند، اما شیرهای اتوماتیک که برای شست و شوی معکوس طراحی شده اند، عملکرد بهتری دارند و قیمت بیشتری دارند. همچنین جنس اتصالات (برنز، استیل یا PVC) بر دوام و هزینه تأثیر می گذارد.
• رعایت استانداردهای بین المللی مانند ASME ، DIN یا ISO نیازمند دقت بیشتر در فرآیند ساخت، استفاده از مواد باکیفیت و انجام آزمایش‌های دقیق است. این استانداردها‌ ایمنی، دوام و عملکرد بهینه فیلتر را تضمین می کنند، اما درعین حال هزینه ساخت را افزایش می دهند. استانداردهای بالاتر به ویژه در صنایع حساس مانند صنایع دارویی یا غذایی الزامی هستند.
• نصب فیلتر در محل پروژه، به ویژه اگر نیاز به تجهیزات اضافی یا آماده سازی محیط داشته باشد، هزینه‌های اضافی به همراه دارد.
• استفاده از رنگ‌های ویژه یا تجهیز به سیستم‌های کنترل هوشمند، هزینه را افزایش می یابد.

در ادامه لیست قیمت انواع فیلتر شنی بصورت جدولی برای شما آورده شده است:

نام محصول	مدل	برند	قیمت (تومان)
فیلتر شنی	HW162T	HIWATER	9,000,000
	P300	EMAUX	9,600,000
	HW200T	HIWATER	10,500,000
	STF40	AQUASION	12,000,000
	PF40	ATLASPOOL	12,500,000
	HW244T	HIWATER	13,500,000
	STF50	AQUASION	15,500,000
	PS76	POLARIS	44,000,000
	PS96	POLARIS	46,800,000

این دستگاه در ساخت پکیج تصفیه فاضلاب و قبل از دستگاه سختی گیر نیز کاربرد دارد. از این رو پیشنهاد می کنیم صفحات مربوطه را نیز مطالعه فرمائید.