ما هو الفلتر الفاصل؟ والفرق بينه وبين الفلتر الكيسي

تبدو المياه القادمة من البئر صافية؛ ومع ذلك تنسدّ فلاتر الخراطيش خلال أسابيع قليلة، وتعمل المضخة تحت إجهاد مستمر، ويفقد الغشاء أداءه قبل الموعد المتوقع بكثير. تتراكم بنود الصيانة فوق بعضها وتصبح التكلفة غير قابلة للتوقع. والسبب المشترك لهذه الصورة غالبًا شيء واحد: الجسيمات الخشنة تدخل النظام دون أن تُفصل عنه إطلاقًا. الفلتر الفاصل هو تحديدًا وحدة فصل أولي تُستخدم لسدّ هذه الفجوة.

في هذا المقال نتناول كيف يعمل الفلتر الفاصل، وما الذي يفصله وما الذي لا يفصله. ثم نقارنه بالفلتر الكيسي بندًا بندًا، ونوضّح أيّهما يُفضَّل ومتى، وكيف يُستخدم الاثنان على التوالي.

ما هو الفلتر الفاصل وكيف يعمل؟

الفلتر الفاصل وحدة فصل أولي ميكانيكية تُدير المياه داخل الجسم فتفصل عنها الجسيمات الأثقل من الماء بتأثير الطرد المركزي. يترسّب الرمل والرواسب المفصولة في الحجرة الموجودة في قاعدة الجسم، بينما تتابع المياه النظيفة طريقها إلى النظام من المخرج العلوي. وتُفرَّغ الجسيمات المتراكمة عبر صمام التصريف.

مبدأ العمل ليس عملية ترشيح؛ وهذه هي النقطة الأكثر التباسًا. فلا يوجد داخل الوحدة منخل أو مادة مسامية تحتجز المياه.

تدخل المياه إلى الجسم بشكل مماسي وتبدأ بالدوران في الداخل. وتطبّق حركة الدوران هذه قوة متجهة إلى الخارج على الجسيمات الأثقل من الماء. فتتجه الجسيمات نحو جدار الجسم وتنزل إلى الأسفل، إلى حجرة التجميع في القاعدة.

أما في المركز فتتجه المياه المنقّاة إلى الأعلى وتتابع إلى النظام عبر فوهة المخرج. وبذلك يتشكّل تياران: المياه الذاهبة إلى النظام، والجسيمات المتراكمة في القاعدة.

ولهذا السبب لا يحتوي الفلتر الفاصل على مواد استهلاكية. فالجسيمات المحتجزة لا تتجمّع في خرطوشة، بل في قاعدة الجسم، وتُصرَّف بانتظام.

لماذا تلزم مرحلة فصل أولي؟

عندما يصل الرمل والحصى والرواسب الخشنة إلى الأنظمة الرئيسية، فإنها تملأ الخراطيش بسرعة، وتُحمّل المضخة عبئًا إضافيًا، وتُبلي سطح الغشاء والراتنج ميكانيكيًا. أما مرحلة الفصل الأولي فتُبعد هذه الجسيمات عن النظام من البداية وتحمي بذلك جميع المراحل التالية.

المنطق الأساسي لسلسلة المعالجة هو التدرّج من الخشن إلى الناعم. فكل مرحلة تحمي المرحلة التي تليها؛ وعندما يختلّ هذا الترتيب تتعرّض أغلى المكوّنات للبلى في المقدمة.

وفي غياب الفصل الأولي تحدث الأمور التالية:

البطاقة الثالثة هي الأكثر حسمًا من حيث التكلفة. فوحدة فصل أولي منخفضة التكلفة نسبيًا تحمي مكوّنًا أثمن بكثير لسنوات. وقد تناولنا سبب هذه الحساسية الشديدة للغشاء وكيفية بلى سطحه في محتوى فلتر الغشاء.

وفي المنشآت التي تستخدم مياه الآبار تكاد هذه المرحلة تكون إلزامية. ويمكنك الاطلاع على المشكلة التي تعالجها كل مرحلة في مياه الآبار ضمن مقالنا مراحل معالجة مياه الآبار.

كما يتناول الأدب التقني الإطار العام لمراحل الترشيح ومنطق السلسلة المرتبة من الخشن إلى الناعم؛ إذ تشرح وحدة التدريب على الترشيح التقليدي الصادرة عن هيئة البيئة في ولاية بنسلفانيا هذا النهج ضمن إطار عام.

ما الذي يفصله الفلتر الفاصل؟

تفصل هذه الوحدة الجسيمات الصلبة الأثقل من الماء فقط: الرمل والطمي والرواسب الخشنة وشظايا الصدأ. ولأن الفصل يقوم كليًا على فرق الكثافة، فلا تأثير له على المكوّنات الموجودة في الماء بحالة ذائبة. وهذا التمييز حاسم لبناء توقّع صحيح.

المبدأ نفسه يرسم هذا الحد أصلًا. فتأثير الطرد المركزي لا ينفع إلا مع مادة أكثف من الماء. أما المكوّن الذائب في الماء فليس له كثافة منفصلة؛ إذ يتحرك مع الماء.

وأنواع الجسيمات التي تُفصل هي:

• الرمل والحصى: أكثر مجموعات الجسيمات شيوعًا وأثقلها في مياه الآبار.
• الطمي والرواسب الخشنة: مواد حبيبية مصدرها المياه الجوفية والسطحية.
• شظايا الصدأ: جسيمات معدنية تنفصل عن التمديدات القديمة.
• أجزاء القشور: بقايا صلبة تنفصل عن التراكمات داخل الأنابيب.
• الرواسب الثقيلة: مواد صلبة أكثف من الماء بوضوح.

هذه القائمة ترسم مجال عمل الوحدة بوضوح. فـالفلتر الفاصل يفصل هذه المجموعة بفاعلية؛ أما البنود الأخرى فهي من اختصاص مراحل مختلفة.

ويوجد عاملان يؤثران في كفاءة الفصل: كثافة الجسيم وحجمه. فبينما تُفصل الجسيمات الثقيلة والخشنة بسهولة، تحتاج المواد العالقة الخفيفة والدقيقة جدًا إلى مرحلة مختلفة.

الصورة 1: مبدأ الفصل بالطرد المركزي في الفلتر الفاصل

كيف يعمل الفلتر الكيسي؟

في الفلتر الكيسي تُمرَّر المياه من داخل كيس موضوع داخل الجسم. وتُحتجز الجسيمات على سطح الكيس وداخل نسيجه بينما تخرج المياه النظيفة من الجسم. ويُستبدل الكيس عند تشبّعه؛ ولذلك فهي مرحلة تتضمن مادة استهلاكية.

المبدأ هنا ترشيح مباشر. فنسيج الكيس الذي تمرّ منه المياه يشكّل حاجزًا؛ والجسيمات التي لا تستطيع العبور من النسيج تتراكم في الداخل.

وهذه هي النقطة الأساسية التي تفصله عن الفاصل: فالفصل هنا لا يقوم على فرق الكثافة بل على المنع الفيزيائي. وهذا ما يجعله يغطي نطاق مقاسات مختلفًا.

ويمكن تعريف طابع عمل الفلتر الكيسي بالبنود التالية:

استبدال الكيس عملية بسيطة من ناحية التشغيل؛ لكنه إن لم يُجرَ بانتظام فسيتقيّد التدفق وينخفض ضغط النظام. ولهذا تُدار المتابعة عبر فرق الضغط.

الفرق بين الفلتر الفاصل والفلتر الكيسي

تعمل الوحدتان بمبدأين مختلفين. فالفاصل يفصل الجسيمات الأثقل من الماء بتأثير الطرد المركزي ولا يحتوي على مواد استهلاكية؛ وتُصرَّف المواد الصلبة المتراكمة. أما الفلتر الكيسي فيقوم بالترشيح ويُستبدل كيسه المتشبّع دوريًا. وهذا الفرق هو ما يحدّد عبء التشغيل ومجال الاستخدام.

يقارن الجدول التالي بين الوحدتين بندًا بندًا:

سطر “المواد الاستهلاكية” في الجدول هو الأكثر حسمًا من حيث تكلفة التشغيل. فعند استخدام فلتر كيسي في بئر ذي حِمل رملي مرتفع يُستبدل الكيس كثيرًا؛ وهذا يولّد نفقة وجهد عمل معًا.

أما سطر “سلوك التدفق” فمهم من الناحية التشغيلية. فالمواد الصلبة المحتجزة في الفاصل تتراكم في القاعدة ولا تضيّق مسار التدفق مباشرة؛ بينما ترتفع المقاومة في الفلتر الكيسي كلما زاد الامتلاء ويتأثر ضغط النظام.

هذه المقارنة ليست ترتيبًا للأفضلية. فالوحدتان تعالجان مشكلات مختلفة؛ وتحديد الأنسب منهما يتم وفق نوع الجسيمات وحِملها والتدفق.

أيّهما يُستخدم ومتى؟

يُفضَّل الفاصل في الآبار ذات الحِمل الرملي المرتفع والمستمر؛ ولأنه يعمل دون مواد استهلاكية يكون عبء التشغيل منخفضًا. أما في الخطوط التي يكون فيها حِمل الجسيمات متغيّرًا أو أدقّ فيُستخدم الفلتر الكيسي. وإذا كان الحِمل مرتفعًا ومتنوعًا معًا، تُركَّب الوحدتان على التوالي.

يُتخذ القرار عبر ثلاثة أسئلة: ما مدى خشونة الجسيمات، وما كثافة الحِمل، وما مدى استمراريته؟

وتتمايز السيناريوهات النموذجية على النحو التالي:

السطر الرابع هو التركيب الأكثر شيوعًا في التطبيق. فالفاصل يأخذ الحِمل الخشن ويخفّض كمية الجسيمات الواصلة إلى الكيس بشكل ملحوظ؛ وهذا بدوره يقلّل وتيرة استبدال الكيس.

وهذا التركيب المزدوج شائع في منشآت الري والبيوت المحمية؛ إذ يجب تخفيض حِمل الجسيمات تدريجيًا لحماية خطوط التنقيط. وقد تناولنا الموضوع في محتوى معالجة مياه الري؛ أما لتطبيقات البيوت المحمية فيمكن الاطلاع على أنظمة معالجة مياه البيوت المحمية.

أما في منشآت الإنتاج فيُقيَّم الفصل الأولي من زاوية حماية خط العمليات. وقد تناولنا الإطار العام في مقال مياه العمليات.

الصورة 2: سلسلة الترشيح المرتبة من الخشن إلى الناعم

علاقته بفلتر الرمل

الفاصل هو المرحلة الأخشن؛ أما فلتر الرمل ذو الطبقة فهو الدرجة التالية التي تحتجز جسيمات أدقّ. ويُبنى الترتيب الصحيح من الخشن إلى الناعم: أولًا الفصل بالطرد المركزي، ثم الترشيح بالطبقة، ثم مراحل الخراطيش، وأخيرًا المعالجة المتقدمة.

هاتان الوحدتان ليستا بديلًا إحداهما عن الأخرى؛ بل هما حلقتان مختلفتان من السلسلة نفسها. وعند الخلط بينهما إما أن يصل الحِمل الخشن إلى الطبقة، أو تُضاف مرحلة لا لزوم لها.

وتُبنى السلسلة النموذجية على النحو التالي:

وقد تناولنا بالتفصيل كيفية عمل الترشيح بالطبقة ومنطق الغسيل العكسي والحالات التي يُفضَّل فيها في محتوى فلتر الرمل؛ ولا ندخل هنا في تفاصيل الطبقة.

وفي المصادر ذات حِمل الجسيمات المرتفع تُفضَّل الوحدات ذات الغسيل العكسي الأوتوماتيكي؛ وتشكّل أنظمة الرمل الأوتوماتيكية الصناعية المستخدمة لهذه الحاجة الدرجة التالية بعد الفاصل.

واختلال الترتيب يؤدي عمليًا إلى النتيجة التالية: عندما يصل الرمل الخشن إلى الطبقة مباشرة، ينسدّ سطح الطبقة بسرعة وتزداد وتيرة الغسيل العكسي. وعند وضع فلتر فاصل في المقدمة يزول هذا الحِمل إلى حدّ كبير.

ما الذي لا يزيله الفلتر الفاصل؟

لا تزيل هذه الوحدة أي مكوّن موجود في الماء بحالة ذائبة. فلا تأثير لها على عسر الماء والكلور والرائحة وحِمل المواد الذائبة والأيونات المعدنية. وتتطلب هذه البنود مراحل منفصلة مثل التليين أو الكربون النشط أو التناضح العكسي.

كُتب هذا القسم لتفادي الشراء بتوقّع خاطئ. فمجال عمل الوحدة واضح، وحدودها واضحة بالقدر نفسه.

قائمة «لا يزيل» هي التي يجب معرفتها قبل الشراء. فالمنشأة التي تعاني من مشكلة الترسبات الكلسية لن تحصل على نتيجة إن توقّعت حلّ هذه المشكلة بتركيب فلتر فاصل؛ فإزالة عسر الماء من اختصاص مرحلة مختلفة تمامًا.

وبالمثل يلزم الكربون النشط للطعم والرائحة الناتجين عن الكلور، ويلزم التناضح العكسي لحِمل المواد الذائبة. فهذه المراحل لا تحلّ محلّ الفصل الأولي، والفصل الأولي لا يحلّ محلّها.

الصيانة والتشغيل

تقتصر الصيانة في الفاصل على تصريف حجرة التجميع في القاعدة بانتظام. أما في الفلتر الكيسي فيلزم استبدال الكيس دوريًا. وتُتابَع الوحدتان كلتاهما عبر فرق الضغط بين المدخل والمخرج؛ وتُحدَّد الوتيرة وفق حِمل الجسيمات.

يختلف طابع الصيانة بين الوحدتين اختلافًا واضحًا، وهذا الفرق يؤثر مباشرة في تخطيط التشغيل.

1. فرّغ صمام التصريف بانتظام

   تُصرَّف المواد الصلبة المتراكمة في الفاصل عبر صمام القاعدة. وتُحدَّد الوتيرة وفق حِمل الجسيمات؛ وتكون أعلى في المصادر ذات الحِمل الرملي المرتفع.

2. راقب امتلاء الحجرة

   قد تنخفض كفاءة الفصل عند امتلاء الحجرة. ولهذا يجب ربط التصريف بروتين ثابت، واعتماد جدول زمني بدلًا من الملاحظة العابرة.

3. تابع فرق الضغط

   الفرق بين المدخل والمخرج هو أكثر البيانات عملية للدلالة على حالة النظام. وازدياد الفرق يشير إلى التشبّع في الفلتر الكيسي.

4. جدّد الكيس في وقته

   الكيس المتشبّع يقيّد التدفق ويخفض ضغط النظام. وعند تأجيل الاستبدال تتأثر المراحل التي خلفه أيضًا.

5. افحص الجسم والحشيات

   تُراجَع حشية الغطاء أثناء استبدال الكيس. فالحشية المتعبة تؤدي إلى التسريب.

6. احتفظ بسجل

   عند تسجيل تواريخ التصريف واستبدال الكيس تصبح الدورة قابلة للتوقع ويسهل التخطيط.

لا يمكن إعطاء دورة قاطعة؛ فالوتيرة تتغير وفق حِمل الجسيمات في مياه المدخل وتدفق التشغيل. فالوحدة نفسها تتطلب إيقاع صيانة مختلفًا تمامًا في بئر آخر.

ووصلة الصرف جزء من التخطيط أيضًا. فيجب توجيه خط تصريف الفاصل إلى نقطة يسهل عندها التفريغ عمليًا؛ وإلا صعبت العملية وتأجّلت.

كيف تُختار الوحدة الصحيحة؟

تُقيَّم ستة بنود في الاختيار: تدفق التشغيل، وحِمل الجسيمات ونطاق مقاساتها، ومقاس التوصيل، ومادة الجسم، والتصريف مع إمكانية الوصول إلى الصرف، ومساحة التركيب. أما التحديد الدقيق للمقاسات فيتم وفق تحليل المياه وظروف تشغيل الخط.

الوحدة ذات المقاس الخاطئ تنتج مشكلتين مختلفتين: فإن اختيرت صغيرة انخفضت كفاءة الفصل، وإن اختيرت كبيرة فقد لا تولّد سرعة التدفق داخل الجسم تأثير طرد مركزي كافيًا.

والبنود التي ينبغي تقييمها هي:

• تدفق التشغيل: يجب اختيار الوحدة بما يناسب التدفق الفعلي للخط.
• ملمح الجسيمات: كون الحِمل خشنًا أو ناعمًا هو ما يحدّد الوحدة المناسبة.
• مقاس التوصيل: يجب أن تتوافق وصلتا المدخل والمخرج مع الخط القائم.
• مادة الجسم: يجب أن تناسب ظروف التشغيل وبيئة الاستخدام.
• الوصول إلى التصريف: يجب التخطيط للوصول إلى نقطة التفريغ ولوصلة الصرف.
• مساحة التركيب: يجب ترك فراغ كافٍ للوحدة ولمناورة الخدمة.

وفي التطبيق يتشكّل التركيب وفق الحاجة. فللحِمل الرملي الخشن والمستمر تُفضَّل أنظمة الفلتر الفاصل، أما لحِمل الجسيمات المتغيّر والأدقّ فتُفضَّل وحدات الفلتر الكيسي.

تعمل Water Point Su Arıtma Teknolojileri بخبرة قطاعية تتجاوز 20 عامًا بإدارة مؤسسها علي غينتش، ومقرها إسنيورت / إسطنبول.

الأسئلة الشائعة