Les filtres multimédias-, également appelés filtres mécaniques ou filtres à lit profond-, sont l'un des principaux dispositifs des systèmes de prétraitement de l'eau. Leur concept de conception de base utilise plusieurs médias filtrants de différentes densités et tailles de particules pour former une répartition idéale des pores de la couche filtrante de haut en bas, de grossier à fin, obtenant ainsi une filtration en profondeur de haute -précision et haute-pollution-capacité de rétention.
I. Noyau de conception : théorie des lits filtrants en couches
Le principal inconvénient des filtres à média unique-traditionnels (tels que le sable de quartz) est la « filtration de surface » du lit filtrant. La plupart des matières en suspension apportées par le débit d'eau sont piégées à la surface de quelques centimètres du média filtrant, entraînant une augmentation rapide des pertes de charge et nécessitant des lavages à contre-courant fréquents.
Les filtres multimédia-, grâce à une sélection minutieuse de deux ou plusieurs médias filtrants, utilisent leurs différences de densité et de taille de particules pour former automatiquement une stratification stable après le lavage à contre-courant :
Les médias filtrants à faible-densité (tels que l'anthracite), malgré leur plus grande taille de particules, resteront dans la couche supérieure.
Les médias filtrants à haute-densité (tels que le grenat et la magnétite), malgré la taille de leurs particules plus petites, resteront stables dans la couche inférieure.
Cela crée un calque de filtre dégradé avec un "haut lâche et un fond dense". Les grosses particules en suspension dans le débit d'eau sont d'abord piégées par le média filtrant grossier supérieur, tandis que les particules plus fines sont capturées par le média filtrant inférieur, plus fin. Cela augmente considérablement la profondeur de pénétration des contaminants, utilisant efficacement toute la couche filtrante, prolongeant ainsi considérablement le cycle de filtration et améliorant l'efficacité de la filtration.
II. Détails et données techniques clés
1. Sélection et configuration du média filtrant : les configurations courantes incluent le double-média et le triple-média.
Explication des données :
Taille effective des particules (d10) : fait référence au diamètre de l'ouverture du tamis à travers lequel 10 % du média filtrant peut passer ; c'est un paramètre clé caractérisant la grossièreté du média filtrant.
Coefficient d'uniformité (UC) : UC=d60/d10. Plus cette valeur est proche de 1, plus la taille des particules du média filtrant est uniforme. Généralement, une valeur inférieure à 1,7 est requise pour réduire le mélange des couches lors du lavage à contre-courant.
Hauteur de la couche : La hauteur totale de la couche filtrante est généralement comprise entre 800 et 1 200 mm. La couche d'anthracite est la plus haute pour offrir suffisamment d'espace aux contaminants.
2. Vitesse de filtration
La vitesse de filtration est un paramètre de fonctionnement essentiel dans la conception, affectant directement la qualité des effluents et le cycle de fonctionnement.
Débit de conception standard : 8-12 m/h.
Conception standard conservatrice/élevée- : 5-8 m/h peuvent être sélectionnés pour le traitement de l'eau brute à haute turbidité ou pour les applications nécessitant des effluents extrêmement élevés.
Conception à grande-vitesse : jusqu'à 15-20 m/h, mais nécessite généralement une eau brute de meilleure qualité (turbidité plus faible) et un lavage à contre-courant plus fréquent ; doit être utilisé avec prudence.
Formule de calcul : Diamètre du filtre (D)=2 × sqrt (Débit de conception (m³/h) / (Vitesse d'écoulement (m/h) × π))
Exemple : Débit de conception de 100 m³/h, sélectionnez une vitesse d'écoulement de 10 m/h. D=2 × sqrt(100/(10 × 3,14) ) ≈ 2 × sqrt(3,185) ≈ 3,57 m, un réservoir standardisé d'un diamètre de 3,5 mètres ou 3,6 mètres peut être sélectionné.
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3. Système de rétrolavage
Le lavage à contre-courant est essentiel pour restaurer les performances du filtre. Une mauvaise conception peut entraîner des problèmes tels que l’agglutination des médias filtrants, le mélange des couches et les fuites des médias.
Méthode de lavage à contre-courant : le "lavage à contre-courant combiné air-eau" est généralement utilisé, ce qui est beaucoup plus efficace que le lavage à contre-courant à une seule eau.
Anthracite : 12-15 L/(m²·s) (environ. 43-54 m³/(m²·h))
Sable de quartz : 13-16 L/(m²·s) (environ. 47-58 m³/(m²·h))
Étape 1 : Gommage à l'air - Introduisez de l'air comprimé (intensité environ. 50-60 m³/(m²·h)) pour frotter fortement la surface du média filtrant, provoquant le détachement des substances adhérentes. Cette étape ne nécessite aucun drainage ou seulement un faible niveau d’eau.
Étape 2 : Lavage à contre-courant à l'eau - Rincer à l'eau propre (généralement de l'eau filtrée) à haute intensité de bas en haut. L’intensité du rétrolavage est un paramètre critique.
Étape 3 : Lavage avant - Après le lavage à contre-courant, rincer à l'eau dans le sens normal de filtration pendant plusieurs minutes jusqu'à ce que l'effluent soit clair (turbidité<1 NTU) before starting the next operating cycle.
Temps de lavage à contre-courant : dure généralement 10 à 20 minutes, jusqu'à ce que la turbidité de l'effluent ne diminue plus.
Consommation d'eau de rétrolavage : Environ 1 %-3 % de l'eau produite, constituant la majeure partie de l'eau d'autoconsommation du système.
4. Conditions d'arrêt du fonctionnement et déclenchement du lavage à contre-courant
Terminaison par pression différentielle : Il s’agit de la méthode de contrôle la plus couramment utilisée et la plus fiable. Le rétrolavage démarre automatiquement lorsque la différence de pression à travers le lit filtrant atteint 0,05-0,08 MPa (environ 0,5-0,8 kg/cm²).
Fin du temps : comme condition de secours, une durée de fonctionnement maximale (par exemple, 24 à 72 heures) est définie pour empêcher la différence de pression de ne pas augmenter en raison d'une amélioration soudaine de la qualité de l'eau.
Terminaison de la qualité des effluents : rarement utilisé seul, généralement comme alarme. Une alarme se déclenche lorsque la turbidité de l'effluent dépasse une valeur définie (par exemple, 1 NTU).
III. Considérations relatives à la conception structurelle
Réservoir : Acier au carbone doublé de caoutchouc ou acier inoxydable 316L. La pression de conception est généralement de 0,6 MPa.
Système de distribution d'eau : type de tuyau de dérivation principal supérieur ou type à déflecteur, assurant une prise d'eau uniforme et empêchant le récurage de la surface du média filtrant.
Système de collecte d’eau : Un élément essentiel qui doit garantir :
Distribution uniforme de l’eau de lavage à contre-courant sans zones mortes. Collecte efficace des effluents lors de la filtration. Aucune fuite du média filtrant. Formes courantes : plaque de dôme + capuchon de filtre, tube de tamis en acier inoxydable, briques filtrantes, etc. Parmi ceux-ci, la « plaque de dôme + capuchon de filtre en forme de champignon ABS-capuchon de filtre » est actuellement la forme la plus courante et la plus fiable.
Port de décharge : des trous d'homme doivent être prévus sur le dessus et sur les côtés pour faciliter le remplissage initial ainsi que l'entretien et le remplacement ultérieurs du média filtrant.
IV. Indicateurs de performance et applications
Exigences en matière d'eau d'entrée : La turbidité d'entrée doit généralement être<20 NTU, ideally <5 NTU.
Précision de l'eau de sortie: peut atteindre de manière stable<1 NTU; with good design and proper operation, outlet water can reach 0.1-0.3 NTU.
Suppression du SDI (indice de densité des boues) : réduit efficacement les valeurs SDI, offrant ainsi une protection aux systèmes d'osmose inverse (RO) en aval. Un filtre multimédia-fonctionnant correctement-peut atteindre un SDI de sortie de<5, or even <3.