فیلترها

فیلتراسیون یا فیلتر کردن آب، فرایندی فیزیکی است که طی آن، ذرات آلاینده، ذرات معلق ناخالصی های موجود در آب از آن گرفته میشود. در گذشته، استخرها مجهز به سیستمهای و فیلتراسیون فعلی نبودند. بلکه در آن زمان، برای دستیابی به کیفیت مطلوب آب، بخشی از آب استخر در دوره های زمانی مشخص با آب تازه تعویض می شد. امروزه استفاده ازاین روش علاوه بر دشواری های بسیار با هزینه زیادی نیز همراه است. به همین جهت است که کارگیری فیلترها در واقع یکی از روشهای صرفه جویی در مصرف آب نیز به شمار میرود. به این معنی که به جای آن که آب آلوده استخر پس از یک بار مصرف تماما با آب تازه تعویض شود، به کمک فیلترها می توان همان آب اولیه را پس از پاکسازی آلودگی ها توسط فیلتر چندین بار در مدار گردش آب استخر مورد استفاده قرار داد.

با استفاده از فیلترها حتا می توان بخشی از باکتری های موجود در آب را نیز از آن جدا کرد. ولی تاکید میکنیم که فرایند فیلتراسیون با فرایند ضدعفونی کردن آب که پیش از این مورد بحث قرار گرفت متفاوت است. مزیت دیگر فیلترها کاهش مقدار مواد شیمیایی و ضدعفونی کننده موردنیاز برای پاکسازی آب استخر است. البته موارد استثنایی نیز وجود دارد. برای مثال، آب استخرهای درمانی علیرغم استفاده از فیلترها باید هر چند ماه یک بار به طور کامل تعویض شوند. از طرفی، در آن دسته از استخرهایی که فرایند پاکسازی آب به طور صحیح انجام می گیرد، افزودن آب تازه تنها به منظور تامین مقدار آب تبخیر شده و یا تمیز کردن بستر فیلترهای موردنیاز خواهد بود.

به طور کلی در استخرها از سه نوع فیلتر استفاده میشود که هیچ یک از آنها شامل اجزای متحرک نیستند. هر یک از این فیلترها مزایا و معایب خاص خود را دارند. نوع فیلتر مورد استفاده در استخر باید بر مبنای شرایط و نیاز پروژه تعیین شود. این فیلترها عبارتند از:

1. فیلترهای خاک سیلیسی یا دیاتومی
2. فیلترهای ماسه ای با شنی
3. فیلترهای فشنگی با کارتریجی

با نگاهی کلی باید گفت که فیلترهای دیاتومی در میان تمامی فیلترهای متداول مورد استفاده در استخرها بیشترین بازده را دارند. از سوی دیگر، فیلترهای شنی معمولا پایین ترین هزینه را به همراه دارند، ولی بازده آنها معمولا از سایر انواع فیلترها کمتر است. انتخاب فیلتر مناسب برای هر کاربرد خاص به عوامل مختلفی بستگی دارد که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.

فیلترهای دیاتومی

ساختار فیلترهای دیاتومی یا خاک سیلیسی به گونه ای است که در آنها آب با گذر از میان مجموعه ای از شبکه های پارچه ای به داخل یک مخزن فلزی یا پلاستیکی ریخته و سپس از محفظه فیلتر خارج میشود. به این شبکه های پارچهای اصطلاحا «خانه های فیلتر» نیز گفته میشود. فرایند پاکسازی آب در فیلترهای دیاتومی توسط خانه های فیلتر انجام نمی گیرد. بلکه بستر فیلتر دیاتومی که در میان این خانه ها قرار میگیرند در پاکسازی آب نقش دارند. در تصویر (۵۵) نمونه ای از یک فیلتر دیاتومی و در تصویر (۵۶) نیز طرحوارهای از یک فیلتر دیاتومی و نحوه اتصال آن به سیستم لوله کشی استخر ارایه شده است.

خاک سیلیس مادهای سرطان زاست. به همین دلیل است که در بسیاری از کدها و آیین نامه ها تخلیه این ماده به سیستم فاضلاب شهری مجاز نیست.

فیلترهای دیاتومی خود به دو دسته فیلترهایی با شبکه قائم و فیلترهای پیچشی تقسیم بند می شوند. این فیلترها معمولا در سمت مکش پمپ نصب می شوند.

عملکرد فیلترهای دیاتومی با شبکه قائم به گونه ای است که آب از قسمت زیرین مخزن به محفظه فیلتر وارد و با عبور از چندراهه و شبکه های دیاتومی از بالای آن خارج می شود. در بعضی از انواع فیلترهای با شبکه قائم، چندراهه تقسیم آب در قسمت فوقانی فیلتر تعبیه میشود.

فیلترهای دیاتومی پیچشی یکی از انواع قدیمی تر این فیلترها هستند که شبکه فیلتر آنها به صورت یک استوانه توخالی ساخته میشود. بازده این فیلترها پایین تر از فیلترهای با شبکه قائم است. البته عملکرد کلی فیلترهای پیچشی نیز مشابه با عملکرد فیلترهای با شبکه قائم است.. تنها تفاوت در شیوه تمیز کردن این فیلترهاست که بدین منظور باید دستگیره ای که بر روی فیلتر تعبیه شده است را چرخاند.

بسیاری از فیلترهای دیاتومی امروزی از نوع احیای خودکار هستند. اکثر این فیلترها مجهز به دستگیره ای هستند که در هنگام خاموشی پمپ باید آن را به سمت بالا و پایین و یا به صورت مدور حرکت داد. بدین ترتیب توده های خاکسیلیس ایجاد شده در بستر فیلتر از بین رفته و ذرات مجددا در سرتاسر مقطع فیلتر توزیع می شود. این عمل موجب افزایش عمر مفید فیلتر میشود. البته در صورتی که پس از انجام این کار، افت فشار فیلتر کاهش پیدا نکند، فیلتر باید تمیز شود.

اندازه تمامی فیلترها بر اساس سطح بستر فیلتر آنها تعیین می شود. در فیلترهای دیاتومی نیز سطح کل شبکه فیلتر معرف اندازه فیلتر است. هرچه اندازه فیلتر بزرگتر باشد، مقدار آبی که قادر به پاکسازی آن خواهد بود نیز به همان نسبت بیشتر است.. ظرفیت فیلترها علاوه اندازه بستر آنها گاهی بر مبنای حداکثر دبی آب که قادر به پاکسازی آن هستند نیز سنجیده میشود.

در فیلترهای دیاتومی برای افزایش قابلیت فیلتر برای تفکیک نمودن ذرات خارجی از آب، اغلب اوقات، بستر دیاتومی این فیلترها پیش از ورود آب به مقطع فیلتر به صورت تدریجی و دایمی به آب افزوده میشود. این عمل علاوه بر ظرفیت فیلتر، با افزایش تدریجی خاک سیلیس به آب عمر مفید فیلتر را نیز افزایش میدهد. استفاده از تغذیه کننده موجب می شود، تشکیل لایه خاک سیلیس بر روی بستر فیلتر دیاتومی تداوم داشته باشد، ضمن آن که این روش از انسداد یا جرم گرفتگی سریع فیلتر نیز جلوگیری به عمل می آورد. به این فرایند اصطلاحا «تغذیه بسترفیلتر» گفته میشود. در این فرایند، پودر فیلتر در نزدیکی مقطع فیلتر به آب فیلتر نشده افزوده میشود.

فیلترهای شنی

فیلترهای شنی از گذشته بسیار دور به عنوان روشی موثر برای زلال سازی آب مورد استفاده قرار می گرفت. در فیلترهای شنی به جای آن که بستر فیلتر از جنس خاک سیلیس باشد. از شن و عایزه استفاده میشود. شن و سنگریزه در نقش یک فیلتر طبیعی عمل میکند و ناخالصی های در آب را از آن جدا می کند. به تدریج با افزایش حجم آلاینده های تفکیک شده از آب، افت فشار ایجاد شده به واسطه فیلتر نسبت به افت فشار اولیه دایما افزایش می یابد.

فیلترهای شنی به دو دسته کلی تقسیم میشوند:

1. فیلترهای شنی فشاری یا فیلترهای شنی با بازدهی بالا
2. فیلترهای شنی معمولی

فیلترهای شنی فشاری که گاهی به آنها «فیلترهای شنی فوریه نیز گفته می شود پیش از این به صورت مخازن فلزی با شدت جریان کمتر از۱۱٫۴L/minدر هر متر مربع (۳gpm در هر فوت مربع) ساخته می شدند. درحالیکه مدل های جدید این فیلترها از جنس مخازن فایبرگلاس یا سایر مواد کامپوزیتی با شدت جریان بین ۵۴۲۱۵۱ در متر مربع (۵-۲۰gpm در هر فوت مربع) ساخته می شوند. ساختار این فیلترها به گونه ای است که ناخالصی های آب با عبور از میان لاپه های شن و سنگریزه موجود در مخزن گرفته میشود. آب در داخل مخازن این دسته از فیلترها تحت تاثیر مقاومت ایجاد شده به واسطه شن و سنگریزه، آنها را به جداره مخزن می فشارد و از این رو به آنها فیلترهای فشاری گفته میشود. نمونه ای از این فیلترها در تصویر (۵۷) نشان داده شده است. در تصویرهای (۵۸) و (۵۹) نیز به ترتیب ساختار فیلترهای شنی عمودی و افقی ارایه شده است.

مقدار ناخالصیهایی که فیلتر قادر به نگه داشتن آن است، به اندازه بستر شنی مورد استفاده بستگی دارد. ظرفیت فیلترهای شنی نیز بر اساس سطح فیلتر و شدت جریان آب عبوری از آنها سنجیده میشود.

لوله کشی فیلترهای شنی در استخر معمولا انعطاف پذیر بالایی دارد که این مشخصه به ویژه برای استخرهای جدید و یا استخرهای قدیمی بازسازی شده میتواند مفید واقع شود. بنابراین لوله کشی آب ورودی، خروجی و لوله کشی تخلیه فیلتر را میتوان بر مبنای جانمایی سیستم لوله کشی، فضای موتورخانه و امکانات موجود در نظر گرفت.

سطح مفید فیلترهای شنی بر مبنای سطح بستر ایجاد شده توسط آنها محاسبه می شود. از آنجا که مخزن اکثر فیلترهای شنی به صورت مدور ساخته میشود سطح فیلترهای شنی را به سادگی می توان با استفاده از فرمول مساحت دایره به دست آورد. مخازن فیلترهای شنی مورد استفاده در استخرهای خانگی معمولا به صورت کروی شکل و مدور با قطری بین (۲٫۴) ۰٫۶-۱٫۲m ساخته میشوند. البته تمام فضای موجود در محفظه فیلتر با شن پر نمی شود، بلکه بین بالاترین سطح شن و خروجی توزیع کننده آب معمولا فضای کوچکی درنظر گرفته میشود که اصطلاحات به آن فاصله آزاد می گویند. این فاصله باید از کاتالوگ شرکت سازنده استخراج شود. البته به طور تقریبی مقدار آن حداقل باید به اندازه یک دوم عمق بستر شنی درنظر گرفته شود.

برای بهبود قابلیت فیلترهای شنی در جذب ناخالصیها، به ازای هر (‘۰٫۱m2 (3f شن، یک دوم قاشق چای خوری یا ۱۲۵mL آلوم به آن اضافه کنید. آلوم در واقع همان سولفات الومینیوم است که در بازار گاهی به نام زاج سفید نیز فروخته میشود. با افزودن الوم به شن، مجموعه فیلتر مانند یک بستر دیاتومی عمل میکند و با استفاده از آن خالصی های بسیار ریزتری نیز در خانه های فیلتر به دام می افتند.

فیلترهای فشنگی

فیلترها معمولا در استخرهای کوچکتر یا جکوزی ها مورد استفاده قرار میگیرند. ساختارفیلترهای فشنگی یا کارتریجی دقیقا همانند فیلترهای دیاتومی است. به استثنای آن که در این فیلترها دیگری خبری از بستر دیاتومی نیست. در تصویر (۶۰) نمونه ای از این فیلترها نشان داده شده است. در داخل این فیلترها یک یا چند کارتریج استوانه ای شکل از جنس پارچه چین خورده معمولا از جنس پلی استر) با سوراخ های بسیار ریز قرار دارد که با عبور آب از میان بستر فیلتر، ناخالصی های آن تفکیک میشود.

ظرفیت فیلترهای فشنگی نیز درست همانند فیلترهای دیاتومی و شنی بر اساس سطح مقید فیلتر تعیین می شود. در این فیلترها با به کارگیری بسترهای چین خورده در داخل کارتریج، سطح وسیعی از بستر فیلتر در فضای کمی گنجانده میشود.

برخی از مزایای فیلترهای فشنگی را می توان به صورت زیر برشمرد:

• این فیلترها از نظر ساختار فشرده بوده، فضای کمی را اشغال میکنند و وزن کمی دارند.
• نصب آنها ساده است و برای تمیز کردن آنها نیازی به پسشویی نیست.
• این فیلترها نیازی بسیار کمی به تعمیر و نگهداری دارند.

روش انتخاب فیلترها

صرفنظر از نوع فیلتر مورد استفاده در سیستم لوله کشی استخر، هرچه سرعت جریان آب در بستر فیلتر بیشتر شود، کارایی آن فیلتر کاهش می یابد. ابتدا برای شدت جریان عبوری از مقطع فیلتر حد بالایی هم وجود دارد که این حد باید از کاتالوگ شرکت سازنده استخراج شود. به طور کلی، فیلترهای شنی گزینه مناسبی برای تمامی استخرهای عمومی و بزرگ به شمار می روند.

این فیلترها در مقایسه با انواع فشنگی و دیاتومی، نیاز چندانی به تعمیر و نگهداری ندارند.

ظرفیت فیلترهای استخر باید بر مبنای حداکثر بار پیش بینی شده شناگران در یک دوره وبیست و چهار ساعته در نظر گرفته شود. البته معمولا بهتر است به جای استفاده از یک برگ، از چند فیلتر کوچکتر استفاده شود. به این ترتیب در صورت ایجاد مشکل برای یکی از فیلترها، عملکرد استخر مختل نخواهد شد.

متناسب با به نوع استخر و کاربری آن، انتخاب فیلتر بر اساس نرخ تعویض آب مورد نیاز صورت مقادیر متداول نرخ تعویض آب در استخرهای مختلف در قسمت های قبل مطرح شد.

جهت یادآوری نرخ تعویض آب استخرها عمومی، آموزشی، عمومی کودکان و درمانی به ترتیب مش، چهار، دو و نیم ساعت یک بار در نظر گرفته میشود. با آگاهی از حجم آب استخر و تعداد دفعات تعویض آب میتوان شدت جریان آب عبوری از مقطع فیلتر را محاسبه و در نهایت سطح مورد نیاز فیلتر جهت دستیابی به کیفیت مطلوب آب را تعیین کرد. توجه داشته باشید که کوچک انتخاب کردن اندازه فیلتر موجب می شود آب استخر به میزان مطلوب تمیز نشود. از سوی دیگر، بزرگ انتخاب کردن فیلتر موجب افزایش هزینه ها می شود، ضمن آن که فیلترهای بزرگتر لزوما کارایی بیشتری ندارند. البته اندازه فیلتر نباید کاملا منطبق با شرایط متداول انتخاب شود. چراکه در صورت اعمال بار اضافی به سیستم در شرایط مانند باران، باد، گرد و غبار و مانند آن، فیلترها قادر به تامین کیفیت مورد نظر آب تحت اضافه نخواهند بود.

صرفنظر از ادعای شرکتهای سازنده فیلتر، در بسیاری از کدهای ساختمانی حداکثر دبی مجاز در مقطع فیلترها به ازای هر فوت مربع از سطح فیلتر مشخص میشود. در این کدها گاهی حداقل شدت جریان آب در هنگام پسشویی فیلترها نیز قید میشود. در جدول (۱۸) مقدار متداول حداکثر شدت جریان در مقطع فیلتر و حداقل شدت جریان در هنگام پسشویی برای انواع مختلف فیلترها ارایه شده است.

در جدول (۱۸) توجه داشته باشید که هرچه حداکثر مقدار شدت جریان در واحد سطح فیلتر کوچکتر باشد، به معنی آن است که در شدت جریان مساوی، سطح فیلتر بیشتری برای دستیابی به کیفیت مطلوب آب مورد نیاز خواهد بود. از دیدگاهی دیگر، کاهش مقدار حداکثر د جریان در مقطع فیلتر برای استخرهای عمومی (۱٫۵L/1000cm2 (0.375gpmR2نسبت به استخرهای خصوصی ( ۳٫۸L/1000cm (Igpm/fبه معنی آن است که سطح فیلتر فشنگی در های عمومی باید بیش از سطح فیلتر مورد نیاز در استخرهای خصوصی باشد. چراکه در های خصوصی تعداد نفرات و بار ناشی از آنها بسیار کمتر از استخرهای عمومی است. درآخرین مرحله ، برای محاسبه سطح فیلتر، شدت جریان (بر مبنای نرخ تعویض آب مورد نیاز را بر حداکثر شدت جریان مجاز در مقطع فیلتر تقسیم می کنیم.

انتخاب فیلترها بر مبنای دوره کارکرد

یکی دیگر از معیارهایی که در استخرها برای انتخاب و تعیین اندازه فیلتر مورد استفاده قرار در دوره کارکرد فیلتر است. به بازه زمانی بین دوره تمیز کردن فیلترها اصطلاحا دوره می کرد فیلتر می گویند. گاهی اوقات شرایط پروژه به گونه ای است که شما حق انتخاب دارید و یاالزامات  پروژه ایجاب می کند که دوره کارکرد فیلتر کمتر از یک هفته و یا یک ماه نباشد، در چنین واقعی است که با بزرگ کردن فیلتر استخر به اندازه بیست، پنجاه و یا حتا صد درصد میتوانید دوره کارکرد آن را افزایش دهید، چراکه با افزایش اندازه فیلتر، حجم ناخالصی هایی که قادر به نگهداری آن است و متعاقب آن دوره زمانی تمیز کردن آن افزایش می یابد.

توجه داشته باشید که نمی توانید فیلتر را به هر اندازه که میخواهید بزرگ انتخاب کنید. چراکه ممکن است پمپ نصب شده قادر به تامین مقدار مورد نیاز شدت جریان در واحد سطح فیلتر نباشد.

عواملی که باید برای انتخاب فیلترها در نظر گرفته شود عبارتند از:

1. فضای موجود برای نصب فیلتر
2. هزینه
3. بازده فیلتر

در صورتی که فضای موجود برای نصب تجهیزات محدود باشد و هزینه فیلتر نیز معمولا یکی دیگر از معیارهای طراحی خواهد بود. در بازار رقابتی امروز، هزینه یکی از اساسی ترین عواملی است که در انتخاب موثر است. اما گاهی اوقات، به ویژه در استخرهای خصوصی با مشتریانی برخورد می کنید که هزینه تمام شده به هیچ وجه برایشان اهمیت ندارد، بلکه تنها کیفیت مدنظر آنهاست. در این مواقع توصیه شما چه خواهد بود؟

کارایی فیلترها بر اساس کوچکترین ذرهای که فیلتر قادر به تفکیک آن است سنجیده میشود. این اندازه برحسب میکرون بیان میشود و از آن برای مقایسه فیلترها با یکدیگر استفاده میشود. یک میکرون یک هزارم میلی متر یا . ۰٫۰۰۰۰۳۹۴in است. مقادیر دقیق قدرت جذب فیلترها در کاتالوگ شرکتهای سازنده اعلام می شود.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی می توان گفت:

• فیلترهای دیاتومی می توانند حداکثر ذرات به ریزی۲-۷micron را فیلتر کنند.
• فیلترهای شنی میتوانند حداکثر ذرات به ریزی۳۰-۶۰micron را فیلتر کنند.
• فیلترهای فشنگی می توانند حداکثر ذرات به ریزی۱۰-۲۰micronرا فیلتر کنند.

در حالت معمول بازده فیلترهای دیاتومی بیش از فیلترهای فشنگی و شنی است و پس از آن فیلترهای فشنگی در جایگاه دوم قرار میگیرد. فیلترهای شنی نیز معمولا پایین ترین بازده را دارند. اما در مورد این که آیا فیلترهای دیاتومی بهترین هستند نمی توان با قاطعیت نظر داد. در جدول (۱۹) کاربرد متداول هر یک از فیلترها و قابلیت جذب ذرات توسط آنها ارایه شده است.

هر فیلتری که در مسیر جریان آب قرار می گیرد، افت فشاری را ایجاد می کند که باید توسط پمپ جبران شود. شرکتهای سازنده فیلتر معمولا در کاتالوگهای خود مقدار افت فشار ایجاد شده در هر دبی مشخص را اعلام می کنند. برای محاسبه افت فشار ایجاد شده در فیلتر بر حسب فوت باید مقدار اندازه گیری شده توسط فشارسنج فیلتر (psi) را در۲٫۳۱ ضرب کنید. با یک حساب سرانگشتی اگر متوسط افت فشار ایجاد شده توسط فیلتر را (۱۵psi (103kPa در نظر بگیریم. افت فشاری که در برابر جریان آب ایجاد میشود برابر با (۱۵۴۲٫۳۱-۳۴٫۶۵A (10.6mخواهد بود که هد قابل توجهی است .

هنگامی که یک فیلتر جدید بر روی سیستم نصب می شود، افت فشار ایجاد شده توسط این فیلتر، افت فشار اولیه است. طبق توصیه اکثر سازندگان فیلترها، هنگامی که مقدار این افت فشار بیش از ( ۶۸٫۹kra (10psi افزایش یابد، زمان تمیز کردن فیلتر فرا رسیده است.

درصورتی که فشار آب سیستم لوله کشی استخر در حین کارکرد پمپ نوسان داشته باشد احتمال دارد که آب استخر یا جکوزی کافی نبوده و یا کفگیر مسدود شده باشد. در این صورت با پمپ کردن آب به سمت کفگیر به دلیل مسدود بودن مسیر، فشار ناگهان افزایش می یابد و در خروجی آن به دلیل کمبود آب، پمپ خشک کار میکند و افت فشار ایجاد میشود. در صورت مواجهه با چنین مشکلی، بلافاصله باید برای برطرف کردن آن اقدام شود چراکه در غیر این صورت پمپ به جای آب، هوا را به داخل خط مکش می کند و سیستم از تنظیم خارج می شود.

در استخرهای بزرگ گاهی اوقات حتا با استفاده از یک فیلتر بسیار بزرگ نیز نمی توان نیاز مجموعه را برآورده کرد. در چنین مواقعی معمولا از چند بسستر فیلتر به صورت سری استفاده میشود (تصویر ۶۱). در تصویر (۶۲) نحوه استقرار فیلتر به سیستم لوله کشی استخر به همراه یک تغذیه کننده نشان داده شده است.