طراحی هیدرولیکی فیلتراسیون آب

طراحی هیدرولیکی فیلتراسیون آب پيچيده است و معادلات تجربي متعددي براي پيش بيني افت ارتفاع در بستر تميز صافي ها پيشنهاد می شود. همچنين روش هاي متعددي براي تخمين افت ارتفاع صافي هاي گرفته موجود مي باشد. پارامتر های زیر در در طراحی هیدرولیکی فیلتراسیون آب تاثیر گذار است.

1. افت ارتفاع در بستر فیلتر
2. افت ارتفاع در فیلتر هاي گرفته
3. افت هاي متفرقه (شبکه لوله کشی ، بستر شنی ،سامانه زهکش زیرین ،کانال جمع آوری آب شستشو )

در ادامه به توضیح و تشریح هر کدام از شاخص های بالا می پردازیم.

افت ارتفاع در بستر فیلتر

افت ارتفاع hf در بستر صافي كه در واقع يك محيط متخلخل است، را مي توان با تابع زير مورد بررسي قرار داد. 

در  رابطه اول بالا  Lf عمق بستر، e تخلخل بستر، ds قطر متوسط دانه هاي بستر، Vسرعت جريان در بستر، μ لزجت، ρ جرم مخصوص آب و g شتاب ثقل مي باشند. در طول سالهاي اخير تحقيقات گسترده اي بر روي هيدروليك فیلتر ها صورت گرفته و
روابط تجربي و نيمه تجربي متعددي براي تعيين افت ارتفاع صافي هاي تميز ارايه شده است.  يكي از روابط معروف در زمينه محاسبه افت ارتفاع در بستر فیلتر ها رابطه كارمن-كوزوني است که در رابطه دوم بالا ارائه شده است. در رابطه كارمن-كوزوني V سرعت متوسط (برابر با حاصل تقسيم بده عبوري بر مساحت سطح صافي است) و φضريب شكل دانه ها بر اساس جدول زیر نشان می دهند. 

افت ارتفاع در فیلتر هاي گرفته

در طول زمان بهره برداري از صافي، ذرات جامد داخل آب فضاهاي خالي بستر را پر كرده و باعث كاهش تخلخل و افزايش افت
ارتفاع در صافي مي شوند. افت ارتفاع نهايي در بستر صافي را در صورت معين بودن تخلخل در پايان زمان بهره برداري مي توان از روابط ارايه شده در قسمت قبل محاسبه نمود. ميانگين تخلخل را مي توان با فرض اينكه حجم ذرات حذف شده برابر با كاهش حجم منافذ است، تخمين زد. هر چند اين روش ممكن است نتايج غير واقعي به همراه داشته باشد. معمولا كدورت خروجي صافي ها طي زمان بهره برداري تا زمانيكه افت ارتفاع آنها به حدود 2تا 3متر نرسيده، رضايت بخش است و براي جلوگيري از بالا رفتن كدورت آب خروجي و دسترسي به كيفيت بهتر، بايد صافي دايما شستشو شود.

با مطالعات راهنما ميتوان تخمين دقيق تري از حداكثر افت فشار در فیلتر ها به دست آورد و متغيرهاي رابطه كوزني كارمن (بالا )را براي گرفتن نتايج بهتر، واسنجي نمود.  روش بستر فیلتراسیون به صورت لايه هايي فرض مي شود كه هر كدام از آنها مثل يك صافي تنها (با ضخامت كم) كه به طور سري باهم قرار گرفته اند، عمل مي كند. افزايش افت ارتفاع فشار لايه، مرتبط با مقدار جامدات انباشته شده در آن لايه از صافي است. با اين فرض مدل هيدروليكي واقعي تري به دست مي آيد كه بايد متغيرهاي آن جهت حصول نتايج واقعي با اطلاعات آزمايش راهنما واسنجي شوند. 

افت هاي متفرقه

در طراحي هيدروليكي صافي علاوه بر در نظر گرفتن افت ارتفاع در طول بستر، افتهاي ناشي از متعلقات صافي نيز بايد ملاحظه
گردد. مهمترين اين موارد عبارتند از:

1. شبكه هاي لوله كشي
2. بسترهاي شني
3. سامانه زهكش زيرين
4. كانال جمع آوري آب شستشو