הבנת תפקידם של מסננים מקרטעים במערכות ניהול מים מבוזרות

מערכות ניהול פסולת מבוזרות הפכו אבן הפינה של תשתיות בר קיימא, במיוחד באזורים שבהם צמחי טיפול מרכזיים הם בלתי מעשי או בלתי חוקיים יקרים. בין מערך הטכנולוגיות הזמינות, מסננים מסובכים עומדים כפתרון חזק, נמוך אנרגיה להסרת זיהום אורגני.הפשטות הביולוגית שלהם ואמינות מכנית להפוך אותם לאידיאל עבור בקנה מידה קהילתי ויישומים באתר, המציע איזון בין יעילות ופתרונות תפעוליים, מחפש מגבלות תפעוליות, קריפטפטפטפטפטפטומטיות, יעיל של שיטות טיפול.

מה הם פילטרים?

מסנן טריק הוא כור ביולוגי קבוע-סרט שבו מים מופצות על מיטה של אמצעי תקשורת התומך שכבת מיקרואורגניזמים - המכונה בעיקר ביופילם. כמו הפסולת מחלחלת כלפי מטה דרך התקשורת, הביופיל מתבוללים ומדיקות מתמוססות ומותלות ממזהמים אורגניים.המונח "מסנן" מטעה במקצת משום שהמנגנון העיקרי הוא מתח ביולוגי ולא פיזי; משמש את המעגל לאספקת חמצן וחמצן.

פותח בסוף המאה ה-19, מסננים מסובכים היו בין מערכות הטיפול הביולוגיות הראשונות שהונדסו לראשונה.עיצובים מוקדמים השתמשו באבנים מרוססות או בחצץ, בעוד שהמתקנים המודרניים משתמשים לעתים קרובות במודולים מפלסטיקים או קצף סינתטי כדי להגדיל את פני השטח ולהקטין את המשקל.התהליך כבר היה מעודן מעל עשרות שנים, אך העיקרון הליבה נשאר ללא שינוי: יכולת הטבע לפרק חומר אורגני באמצעות העיכול האירובי.

מערכת סינון של Trickling

מסנן מסובך היטב מורכב כמה אלמנטים מרכזיים, כל אחד מהם חייב להיות מתוכנן כראוי עבור המערכת לבצע באופן אמין.

מיטת מדיה

התקשורת מספקת את פני השטח עבור ההחזקה ביו-film וצריכה להציע שטח משטח מסוים גבוה (כמות השטח לנפח יחידה), שטח ריק מספיק עבור זרימת אוויר ומעבר נוזלי, ועמידות מבנית כוללים:

• (בספרדית:0) מברשת סלע או קבר: FIRLT:1 בשימוש היסטורי, עלות נמוכה אך כבדה ומוגבלת באזור פני השטח (בדרך כלל 40-60 מ"ר / m3).
• (FLT:0) מדיה אקראית אקראית-דומפ: ראטאלף:1 משקל אור, שטח פני השטח גבוה (80-200 מ'2 / m3), ומרחב ריק מעולה עבור מסננים עמוקים.
• (ב) ,0) תקשורת של גיליון: FLT:1 מספק ערוצים מעוקלים אפילו שמשפרים את האוורור ולהפחית את הסיכון לגלישה.
• (FLT:0) synthetic קצף קוביות או שבבי טקסטיל:03FLT) 1 אפשרויות מתפתחות המציעות שטח משטח ספציפי מאוד (עד 300 m2 / m3) וניתן להשתמש בו ביחידות קומפקטיות.

מערכת הפצה

מערכת ההפצה מתייחסת למים פסולת אפילו על פני השטח התקשורתי כולו כדי למנוע כתמים יבשים, ערוצים ועומס מקומי. במסננים גדולים יותר, מפיץ רוטארי (עם 2 או ארבע זרועות) מונעים על ידי הכוח הידראולי של מי הפסולת הנכנס.מערכות מבוזרות קטנות יותר עשויות להשתמש במחסניות ריסוס קבועות או סידור צינור פשוט מחוספס.

Underdrain and Collection

מערכת underdrain יושב מתחת למיטה התקשורתית ומשרת שני מטרות: איסוף החיובי ותאפשר אוויר לזרום למעלה דרך המיטה (נוסחה טבעית) המתחתן בדרך כלל מורכב מרצפה מלוטשת, שכבות חמורות, או מודולים מרוקנים מראש מראש (בדרך כלל 1–2%) מבטיח מהלכים קשים במהירות אל מחוץ לאולם, מניעת בריכות שיכולות לטבול את ה- biouffates.

וידוי אוויר ואוויר

חמצן חיוני עבור biodegradation אירובי.פילטרים מטריקים מסתמכים על זיהום אוויר טבעי המונע על ידי טמפרטורה ולחות ⁇ s.התחתרין חייב להיות פתוח לאטמוספירה (או מחובר לערימה) כדי לאפשר אוויר בזרימה.באקלים קר, אוורור כפוי עשוי להיות נוסף כדי לשמור על העברת חמצן נאותה כאשר ההבדלים הם מינימליים.

מערכת Recirculation (Optional but Common)

עיצובים מסנן רבים מחלחלים מחדש חלק מהטיפול חוזר אל תוך הפילטר. Recirculation dilutes incoming Wastewater, מייצבים טעינה הידראולית, ומקדמת עובי ביופיל אחיד יותר.זה גם עוזר לשלוט אורגניזמים קצבה (למשל, מסנן זבובים) ויכול לשפר את יעילות הטיפול בתקופות זרימה נמוכות.

כיצד פילטרים מקודמים בקונטקסטים מקודמים

במערכת מבוזרת, מסנן המטעה בדרך כלל מקבל פסולת לאחר התיישבות ראשונית (כלי סקפטי או תא סימנטציה פשוט) כדי להסיר מוצקות גדולות ורווחה שיכולה לגזול את התקשורת.המנעו המטופח מראש הוא לאחר מכן נעשה על המסנן במרווחים לסירוגין - או על ידי אחפון או משאבה בזמן.

כמו סרטי פסולת על פני הביופילם, תרכובות אורגניות בשפע נספגים על ידי תאים מיקרוביאליים.הביופיל הוא סטרטציה: חיידקים אירוביים שולטים בשכבה החיצונית (שם חמצן בשפע), בעוד מינים facultative קיימים באזורים עמוקים יותר. Protozoa ו metazoa קטן גרדה על הביופילמה, לשלוט עובי שלה ולמנוע הצטברות מוגזמת שיובילו למילוי מים.

שיעור טעינה הידרוקולארי (נפח של פסולת לכל אזור של משטח סינון לכל זמן) וקצב טעינה אורגני (מסה של BOD לנפח יחידת מדיה בכל זמן) הם הפרמטרים עיצוב התאומים.עבור מערכות מבוזרות, שיעורי טעינה נמוכים עד בינוני (0.1-0.3- m3/m2d עבור הידראולי, ו-0.0.5 ק"ג B / m3d) עבור אורגניים הם טיפוסיים כדי להשיג אמין (OD-OD-OD) ללא הסרת bio- 90%) ללא הסרת biop.

יתרונות השוואתיים של פילטרים

בתוך התחום מבוזר, מסננים מסובכים מציעים כמה יתרונות נפרדים על תהליכים ביולוגיים אחרים כגון כור אצווה ריצוף (SBRs) או ביולוגיים membrane (MBRs):

• (ב) [15] ,0) צריכת האנרגיה: פילטרים של קקטוס 1:1 מסתמכים על זיהום אוויר טבעי ומשאבים מינימליים (לעיתים קרובות רק עבור ביצוע), צריכת FLT:2 משמעותית פחות חשמלFLT 3 מאשר מערכות סלפט מופעל או MBRs.זהו יתרון קריטי במתקני מחוספס או סולאריים.
• (FLT:0) פשטות ואמינות: FLT:1 עם מעט חלקים נעים (משאבה ואולי מפיץ רוטורי), מסננים מסובכים הם פשוטים לפעול ולשמור.
• (FLT:0) ללא תוספת כימית: FLT:1 בניגוד לכמה טיפולים מתקדמים, מסננים מטבוליים להשיג הסרה אורגנית ללא coagulants, flocculants, או הסתגלות pH, צמצום עלויות כימיות וטיפול סיכונים.
• (FLT:0) עמידות לעומסי הלם: ההרחבה 1 (FLT:1) הביופיל הקבוע מספק מלאי ביומסה גדול שיכול לספוג ספייקים פתאומיים בריכוז אורגני ללא כישלון מיידי.
• (FLT:0)Low פענוח ייצור: FLT:1, הביופילם הוא נצרך חלקית על ידי אורגניזמים מרעה, וכתוצאה מכך פחות פסולת פענוח בהשוואה לתהליכים עתירי-היתר הגבוהים.

גבולות ואתגרים תפעוליים

למרות החוזקות שלהם, מסננים מסובכים אינם פנאצה. מתרגלים חייבים להיות מודעים לפגמים פוטנציאליים שיכולים להתפשר על ביצועים אם לא מטופלים באמצעות עיצוב ותפעול.

Clogging Media Void Spaces

גידול ביופילי מוגזם (שטיפה) או הצטברות של פסולת יכול לחסום את החללים הריקים בתקשורת, המוביל להרהר - מצב שבו נוזל עומד על פני השטח במקום לנקז דרך. זה מקטין את העברת חמצן ויכול לגרום לתנאי אנירובי, יצירת ריחות סולפטים מימן. Routine מנוחה, רטיקולציה, מדי פעם משמשים לצמצום אמצעי התקשורתי נמוך יותר מאשר בעיות דלקתיות.

טמפרטורה Sרגישות

פעילות ביולוגית מאטה באופן משמעותי במים קרים.באקלים קפואים, מסננים חשופים יכולים לצבור קרח על פני השטח התקשורתי, חסימת הפצה וזרימת אוויר.לתפוס את המסנן בתוך מבנים מבודדים, או לספק מתחמם חם יכול לעזור לשמור על ביצועי החורף.

בעיות אודור וקטור

זבובי מסנן (Psychodidae) הם קצבה נפוצה שיכולה לגדול ביופיל ולעבוד דרכם באמצעות התפלגות nozzles. בעוד לא מזיק, הם יכולים להיות מדאיגים לתושבים.אוורור טוב, לסירוגין dosing, ושמירה על כוח הידראולי מספיק להפחית אוכלוסיות זבוב. Odors עלול להתעורר מאזורי אנירובי אם המסנן הוא overloaded או ventilation הוא סיכון הולם; זה הוא סיכון מתאים.

מזון תזונתי מוגבל ו- Pathogen Removal

פילטרים מצטמצמים להסרת חומר אורגני בעל ערך ביולוגי (BOD ו- COD) אך יעילים פחות בהסרת חנקן, זרחן או פתוגנים.הסרה של ניטרוגן דורשת ניטרציה (הפילטרים הטריים יכולים להשיג אם טעון אור) ואחריו ניתוקציה באזור חמצן נפרד.

שיקולים עבור ביצועים אופטיים

תכנון סינון מבוזר יעיל דורש איזון גורמים מרובים כדי להשיג מטרות טיפול בתוך שטח, תקציב, מגבלות אקלים.

בחירת מדיה ו Depth

מיטות עמוקות יותר (2-3 מ' לשיעור סטנדרטי, 4-6 מ' לשיעור גבוה) מספקות זמן מגע ארוך יותר והסרת זיהום גבוהה יותר, אך דורשות פולשים חזקים יותר ואוורור טוב יותר.מדיה פלסטית טובה במסננים עמוקים כי זה קל יותר ומציע חלל עקבי.עבור מערכות קטנות המשרתות כמה בתים, בעומק של 1.5-2 מ"מ של סלע או פלסטיק מובנה הוא נפוץ.

טעינה מילולית ו אורגנית

העלאת מחירים חייבת להתאים את איכות היעד של ההרחבה: The FLT:0.U.S. Environmental Protection Agency (EPA) להנחיות עבור מערכות מבוזרות FLT:1 ממליץ על טעינה הידראולית של 0.08–0.16 m3/m2d למנוע סינון רוק סטנדרטי עד 0.4 מ'/m2d עבור מסננים של מדיה גבוהה.

Recirculation Ratio

Recirculation (בדרך כלל 1:1 עד 3:1 reculation-to-influent זרימה) משפר את הביצועים על ידי דילול פסולת חזקה, שמירה על לחות ביו-סרטים, ושיפור ניטציה. משאבה משתנה- ⁇ יכול להתאים את יחס ההחלמה בתגובה לזרימה או טעינה, אופטימיזציה של שימוש באנרגיה.

הסתגלות אקלים

באקלים קר, המסנן צריך להיות מבודד או שוכן במתחם מאוורר.כסת שלג על מסנן חשוף יכול גם לספק בידוד מסוים, אבל בניית קרח בזרועות ההפצה יש למנוע.באקלים חם, צחיח, ⁇ הפסדים יכול להתרכז מלחים ולהגדיל את תחזוקה; התחדשות וצל עוזר מבנים.

פולנים חסרי

אם phosphorus או Pathogen נדרשת, מסנן טריקו צריך לעקוב אחר על ידי FLT:0 (constructedlandcioFLT:1, מסנן חול, או צעד חיטוי UV.עבור הסרת חנקן, קו רטיני לאזור aoxic (למשל, טנק ספק) יכול לתמוך בדהירציה.

יישומים בהגדרות מבוזרות

מסננים מקרטעים כבר הוצבו בהצלחה במגוון רחב של הקשרים מבוזרים:

• קהילות כפריות קטנות:0 (FLT:1) אשכולות המשרתים של 50-500 בתים שבהם תפירה מרכזי הם יקרים מדי. מסנן טריק אחד יכול להתמודד עם זרימתם של 5,000 עד 50,000 ליטר ליום עם תשומת לב נמוכה של מפעיל.
• (FLT:0 בתי ספר, אתרי נופש וקמפפרס: קיד 1) מתקנים אלה לעתים קרובות חווים טעינה עונתית גבוהה.פילטרים מטריקים ניתן לתכנן עם יכולת לחסוך ולחזור כדי לטפל בתזרימי תיירות משתנים.
• (FLT:0) טיפול טרום-תעשייתי: ההרחבה 1 של צמחי עיבוד המזון, מבשלים, ו dairies משתמשים במסננים מסובכים כדי להפחית את BOD לפני פיזור לתפורים עירוניים.
• (FLT:0) בתים ומקבץ: ההרחבה: ההרחבה 1 (FLT:1) עם אמצעי פלסטיק מתקדמים בטביעה קומפקטית, מערכות סינון מטריחות יכולות להחליף יחידות טיפול אירוביות סטנדרטיות לשימוש באתר, במיוחד כאשר יעילות האנרגיה היא פרס.

חידושים וכיוונים עתידיים

מחקר ופיתוח ממשיכים לענות על המגבלות של מסננים מסובכים ולהרחיב את הכדאיות שלהם.

חומרים מתקדמים

מדיה ביוכריז-קוד, קצף גרפן-נסטד, ומבנים מודפסים 3D נבדקים עבור שטח פני השטח גבוה יותר, שיפור בדמיון ביופיל, ומודעות תזונתיות משופרות.תוצאות מוקדמות מראות פוטנציאל לסטארט-אפ מהיר יותר וביצועי קירור קר יותר.

מערכות בקרה אוטומטיות

חיישנים בלתי-נכחים (למשל, פוטנציאל החמצן האדום, הטמפרטורה, זרימת) בשילוב עם פלטפורמות IoT מאפשרים ניטור מרחוק של לוחות הזמנים של ביצוע, שיעורי החלמה ובריאות ביו-סרטים. התראות אוטומטיות יכול להודיע למפעילים של תקלות אחסון או משאבה, צמצום הצורך לביקורי אתר.

מערכות היברידיות

מסננים מטבוליים עם טכנולוגיות מבוזרות אחרות - כגון עיכול אנירובי במעלה הזרם או membrane filtration במורד הזרם - יוצר רכבות טיפול כי להשיג איכות גבוהה effluent מתאים לשימוש חוזר. לדוגמה, ה-FLT:0trickling filter - tlandFLT:1 שילוב הוא פופולרי ב e-codisli-codis for Restrictation מים ו-irrecarecarecarecareation.

יחידות נמוכות של מדינות בעלות נמוכה לפיתוח אזורים

ארגונים כמו FLT:0 (Sanitation Alliance) ,SSanitation Alliance (SuSanA)Felople:1 ו- NGOs מקומיים מתאימים עיצובים מסנן מסובכים לשימוש בחומרים הזמינים באופן מקומי, כגון במבוק או מוסק קוקוס כאמצעי תקשורת, ו-Samphonsssssssssssss for dosing. אלה "טכנולוגיית תוכנה" לספק טיפול סביר לקהילות עם משאבים מוגבלים.

מסקנה

מסננים מקרטעים נשארים עבודת ניהול פסולת מבוזר, המציע שילוב מוכח של ביקוש אנרגיה נמוכה, פשטות תפעולית, והסרת אורגני יעילה. בעוד הם אינם פתרון אוניברסלי - התחייבויות בהסרה תזונתית ופתוגנית דורשות תהליכים משלימים - המקום שלהם בערכת הכלים מבוזרת מאובטח כאשר מתאימים כראוי ליישום, אוטומציה, ועיצובים היברידיים להמשיך את הביצועים שלהם קיימא, כדי לקדם את היכולות שלהם יותר ויותר יעיל של מהנדסים מודרניים.