Síur, sem kjarnaaðstaða á sviði vatnshreinsunar, eru mikið notaðar í ýmsum skólphreinsistöðvum, meðhöndlun iðnaðar frárennslisvatns, hreinsun drykkjarvatns og aðrar aðstæður. Hins vegar, við raunverulega notkun, upplifa síur oft lélega afköst, svo sem hægan síunarhraða, auðvelt að stífla síuefni, léleg bakskolunaráhrif, lítil meðhöndlunargeta, óstöðug frárennslisgæði og geta jafnvel leitt til þess að-þar sem frárennslisstaðlar eða aukamengun sé ekki uppfyllt. Þessi vandamál hafa ekki aðeins áhrif á skilvirkni meðferðar heldur auka rekstrarkostnað og erfiðleika við viðhald. Þess vegna er nauðsynlegt að kanna leiðir til að bæta síuafköst til að tryggja stöðugan og skilvirkan rekstur. Þessi grein deilir leiðum til að bæta síunarafköst fyrir fagfólk í vatnsmeðferð.
I. Flöskuhálsar á eins-lagssíumiðli
Hefðbundnar eins-sandsíur nota aðallega kvarssand sem síunarefni, með kornastærð sem er hönnuð til að aukast smám saman frá toppi til botns (fínt efst, gróft neðst). Yfirborðslega séð virðist þetta sía óhreinindi lag fyrir lag, en í raunverulegri notkun koma oft upp vandamál. Óhreinindageta-síunnar er lykilmælikvarði á frammistöðu, sem vísar til magns óhreininda sem varðveitt er á hverja rúmmálseiningu síunarefnis (eining: kg/m³ eða g/cm²). Mikil óhreinindi-haldsgeta þýðir að síulagið gegnir mikilvægu hlutverki, sem leiðir til mikillar síunarskilvirkni, langrar vinnulotu og mikillar vatnsmeðferðargetu. Hins vegar er dreifing óhreininda sem eru föst í einu lagi af síuefni afar ójöfn: yfirborðið (efra lagið) safnar mestu óhreinindum, minnkar lengra niður, með nánast engum gildrum undir 30 cm. Þetta veldur því að lofttap (rennslisþol) safnast aðallega í yfirborðslaginu, sem styttir síunarferlið verulega og leiðir oft til stíflu á nokkrum klukkustundum. Þetta er vegna þess að vatnsrennslisstefnan er í takt við vaxandi kornastærð, sem veldur því að óhreinindi safnast hratt fyrir í efra laginu. Ef kornastærðinni er breytt þannig að hún minnkar smám saman meðfram vatnsflæðisstefnunni (frá stórum í litla), þ.e. „öfug kornastærð“ síun, er hægt að dreifa óhreinindunum jafnt, auka óhreinindi{13}}haldsgetu, draga úr tapi á lofti, lengja vinnuferilinn og jafnvel auka síunarhraðann.
II. Uppstreymissíun
Hefðbundnir síumiðlar eru með fínni kornastærð efst og grófari kornastærð neðst, þar sem vatn fer inn að ofan og út frá botninum. Uppstreymissíun heldur sömu kornastærð en snýr stefnu vatnsflæðisins við: vatn kemur inn frá botninum og fer út að ofan og myndar „öfuga kornastærð“ ham.
Kostir þessarar hönnunar eru: jöfn dreifing óhreininda í síulaginu, bætt óhreinindi-haldsgeta, hægari aukning á vatnsflæðisviðnámi og lengri vinnuferill. Hins vegar er nauðsynlegt að stjórna síunarhraðanum þar sem hár síunarhraði getur valdið þenslu síulags, tap á fínum sandi úr efra laginu og haft áhrif á gæði frárennslis. Því ætti að bæta möskva eða rist við yfirborðslagið til verndar. Þrátt fyrir að þessi aðferð hafi þann kost að dreifingu kornastærðar sé öfug, þjáist hún af vandamálum eins og takmörkuðum þenslu síulags við bakþvott, erfiðleika við að fjarlægja seyru og ófullnægjandi fjarlægingu seyru vegna þess að vatnsrennsli í bakvatni er í takt við síunarstefnu. Erfitt er að útrýma þessum vandamálum alveg, svo það er ekki mikið notað í skólphreinsun.
III. Tví-flæðissíun
Ófullnægjandi bakþvottur í flæðissíun upp á við leiddi til þróunar á tvíhliða flæðissíun. Vatn streymir samtímis inn frá botni og toppi síutanksins og út úr miðjunni. Efra síulagið notar niðurstreymisaðferð, en neðra lagið notar öfuga kornastærðardreifingu með uppflæði, eins og sýnt er á skýringarmyndinni. Efri hlutinn styrkir neðri hlutann og kemur í veg fyrir of mikla útþenslu á síulaginu. Þessi hönnun getur aukið óhreinindi-getu síumiðilsins og lengt síunarferlið. Hins vegar er uppbygging síutanksins flókin, reksturinn er fyrirferðarmikill og viðhaldskostnaðurinn hár, svo hann er sjaldan notaður í reynd.
Þó að ofangreindar tvær aðferðir hafi takmarkanir, sýna þær fram á að breyting á vatnsrennslisstefnu og skipulagi síumiðils getur bætt síuafköst verulega.
IV. Tvöfalt-Layer Filter Media
Eins og er er vinsælasta gerðin tvískiptur-lagssíumiðill. Uppbygging þess er svipuð og eins-laga líkaninu, en samsetningu síulagsins er breytt. Efri lagið notar léttan síumiðil með lágan eðlisþyngd og stóra kornastærð; neðra lagið notar þunga síumiðla með mikla eðlisþyngd og litla kornastærð. Við bakþvott, vegna munar á eðlisþyngd, er léttari miðillinn efst og þyngri miðillinn er neðst og myndar náttúrulega tvöfalt lag.
Kornastærð hvers lags helst fínni efst og grófari neðst, en meðalkornastærð efra lagsins er stærri en neðra lagsins, sem nær í heild öfug kornastærðaráhrif. Raunverulegar mælingar sýna að óhreinindi-haldsgeta tvílags-lags síunarefnis er meira en tvöfalt meiri en eins-lags miðils. Með sama síunarhraða er síunarferlið framlengt; og við sömu síunarlotu er hægt að auka síunarhraðann. Samanburðarferillinn á myndinni hér að neðan endurspeglar greinilega að óhreininda-haldsvæði tvílaga-lags síumiðilsins er mun stærra en eins-lags síumiðilsins, sem gefur til kynna að óhreinindi-haldsgetan tvöfaldast þegar þykkt síulagsins er sú sama. Ef innstreymivatnsgæðin eru í samræmi er vinnuferill tvílags-síumiðilsins tvöfalt meiri en eins-lagssíumiðilsins.
Þessi tækni er mikið notuð í skólphreinsistöðvum bæði innanlands og erlendis, með verulegum árangri, og er hagnýt leið til að bæta síuafköst.
V. Fjöl-lagssíumiðill
Fjöl-laga síunarefni vísar venjulega til þriggja laga: efra lag af stórum-ögnum, léttu efni (eins og antrasít), miðlag af miðlungs-ögnum, miðlungs-þéttleika efni (eins og kvarssandi), og neðra lag af litlum-segulögnum, þungu granatefni (eins og kornóttum ögnum). Kornastærðin minnkar frá toppi til botns og snýr algjörlega við kornastærðardreifingu.
Þessi hönnun bætir umtalsvert óhreinindi-heldni síumiðilsins, en fíni síumiðillinn neðst tryggir stöðug gæði frárennslis. Síunarhraði getur verið hærri en með tvöföldum-laga síum. Þegar gruggi frárennslisvatns er lágt og vatnsgæði eru stöðug er hægt að framkvæma beina síun (útrýma setmyndunarferlinu) til að ná fram frumhreinsun. Eins og er eru tvöfaldar-laga og fjöl-laga síur almennt notaðar fyrir beina síun. Til að tryggja að frárennslið uppfylli staðla fyrir losun eða endurnýtingu er hægt að for-bætta við-mikilli-síuhjálp, eins og pólýakrýlamíði eða virkjaðri kísil. Bein síun einfaldar ferlið og sparar fjárfestingu. Samsetning og þykkt síulaganna ætti að vera stillt í samræmi við gæði skólpvatnsins og síunarhraði ætti að vera lágur, um það bil 5 m/klst. Eftir þessi formeðferðarferli uppfyllir frárennslisgæði almennt staðla; sumt er notað til endurnotkunar í iðnaði, annað uppfyllir síðari meðferðarkröfur og annað krefst frekari háþróaðrar meðferðar.
Samantekt
Frá göllum eins-síumiðils, til innblásturs frá öfugri agnastíun, og síðan til þróunar uppflæðis, tvíátta flæðis, tveggja-laga og fjöl-laga sía, er skólphreinsitækni að þróast í átt að mikilli skilvirkni og lítilli neyslu. Þessar aðferðir geta bætt óhreinindi-þol síunarmiðla, lengt síunarferlið, hámarkað gæði frárennslis og stuðlað að umhverfisvernd. Í reynd eru tvöfaldar-laga og fjöl-laga síur hagnýtustu-auðveldustu í notkun og mikil-ávöxtun. Í framtíðinni, með framförum í efni og bjartsýni vatnsdreifingarhönnunar, munu síur verða enn öflugri.