Sand–Anthracite Filter (Multi-media Filtration System)

ระบบกรองน้ำแบบชั้นผสม (Sand–Anthracite Filter)

1) หลักการกรองแบบชั้นผสม

ระบบกรองน้ำแบบชั้นผสม (Multi-media Filter) ใช้หลักการแยกของแข็งแขวนลอย (Suspended solids) และตะกอนละเอียดออกจากน้ำ โดยอาศัย “ความแตกต่างของขนาดและความหนาแน่นของสารกรอง (filter media)” ทำให้สามารถกรองได้ลึกกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่าถังกรองที่ใช้สารกรองชนิดเดียว เช่น ทรายและกรวดกรองน้ำ (Selected Sand and Gravel filtration) โดยที่มีเพียงชั้นทรายละเอียดซึ่งอยู่ด้านบนทำหน้าที่เป็น Effective bed เท่านั้น

โครงสร้างทั่วไปของถังกรองชั้นผสมประกอบด้วย

ชั้นบน: Anthracite (ถ่านแอนทราไซต์)
ชั้นกลาง: Silica Sand (ทรายกรองละเอียด)
ชั้นล่าง: Gravel (กรวดรองพื้น)

น้ำไหลจากด้านบนลงด้านล่าง ผ่านสารกรองแต่ละชั้นโดยมีการลดขนาดช่องว่างของเม็ดกรองตามลำดับ → ตะกอนขนาดใหญ่จะถูกดักในชั้นบน และตะกอนละเอียดจะถูกดักในชั้นล่าง

2) บทบาทของ Anthracite (ชั้นบน)

Anthracite เป็นถ่านหินคุณภาพสูง มีโครงสร้างรูพรุน น้ำหนักเบา (density ประมาณ 1.5–1.6 g/cm³) และมีรูปทรงแหลม ทำให้สามารถดักจับตะกอนแขวนลอยขนาดใหญ่และฟิล์มจุลินทรีย์ได้ดี

คุณสมบัติทางกายภาพ

รายการ	ค่าทั่วไป
ขนาดเม็ด (Effective size, ES)	0.8–6.0 mm
ความหนาแน่น (Density)	1.5–1.6 g/cm³
ค่าสม่ำเสมอ (Uniformity coefficient, UC)	< 1.7
ความลึกที่แนะนำ	300–400 mm

หน้าที่หลัก:

ดักจับตะกอนขนาดใหญ่, ฟิล์มชีวภาพ และสารอินทรีย์
ลดภาระการอุดตันในชั้นทราย
ปรับปรุงอัตราการกรองรวมของระบบ

3) บทบาทของ Sand (ชั้นล่าง)

ทรายกรอง (Silica Sand) ทำหน้าที่ดักจับตะกอนขนาดเล็ก (fine suspended solids) และลดความขุ่นของน้ำจนถึงระดับ < 5 NTU หรือดีกว่านั้น

คุณสมบัติทางกายภาพ

รายการ	ค่าทั่วไป
ขนาดเม็ด (ES)	0.4–1.0 mm
ความหนาแน่น	2.6 g/cm³
UC	< 1.6
ความลึกที่แนะนำ	250–300 mm

หน้าที่หลัก:

กรองละเอียด ทำให้น้ำใส
เพิ่มพื้นที่สัมผัสรวม (filtration depth)
ทำงานร่วมกับ Anthracite เพื่อยืดรอบการ Backwash

4) การออกแบบและอัตราการกรอง

รายการ	ค่ามาตรฐาน
อัตราการกรอง (Filtration rate)	10–20 m/h
อัตราการล้างย้อน (Backwash rate)	25–40 m/h (ขึ้นกับชนิดสารกรอง)
การขยายตัวของชั้นกรอง (Expansion during backwash)	40–50% ของความสูงเดิม
ระยะเวลาล้างย้อน	8–12 นาที
ความดันตกคร่อม (ΔP) ก่อน Backwash	0.5–1.0 bar

หลักการออกแบบสำคัญ:

Anthracite ต้องวางบนทรายได้โดยไม่ผสมกัน (density ต่ำกว่า)
Expansion rate ของ Anthracite และ Sand ต้องใกล้เคียงกัน เพื่อให้ชั้นไม่สลับระหว่าง backwash
ใช้ underdrain แนะนำท่อรับน้ำชนิดก้างปลา ที่กระจายรับน้ำได้สม่ำเสมอ ถ่ายแรงน้ำหนักสารกรองได้ดี ไม่แนะนำให้ใช้ Plate-with-Strainers เนื่องจากเมื่อใช้งานนานไปบริเวณรอยต่อระหว่าง Plate และตัวถัง จะไม่สามารถทนรับแรงกดน้ำหนักได้ ทำให้เกิดการรั่วไหลของสารกรอง

5) ตัวอย่างการคำนวณเบื้องต้น

เงื่อนไข:

Flow rate = 20 m³/h
อัตราการกรอง = 10 m/h

พื้นที่กรองที่ต้องการ:

เส้นผ่านศูนย์กลางถัง (D):

ความสูงของสารกรองรวม:

Backwash flow rate:

ดังนั้น ปั๊มล้างย้อนควรมีอัตราการจ่าย ~70 m³/h ที่แรงดัน 0.5–0.8 bar

6) การบำรุงรักษา

Backwash ทุกวัน หรือเมื่อความดันตกคร่อม (ΔP) > 0.8 bar
ตรวจระดับสารกรองทุก 6 เดือน หากสูญหายเกิน 10% ให้เติมใหม่
เปลี่ยนสารกรองทุก 3–5 ปี (Sand) และ 5–7 ปี (Anthracite)
ตรวจสอบการระบบท่อรับน้ำ อย่างน้อยปีละ 1 ครั้ง

7) ข้อดีของระบบชั้นผสม

ลดความขุ่นได้ดีกว่าระบบทรายเดี่ยว (Single-media)
ระยะเวลาระหว่างการ Backwash นานขึ้น 30–50%
เหมาะกับน้ำผิวดิน / น้ำบาดาลที่มีตะกอนละเอียด
สามารถเป็น Pretreatment ก่อน RO, Softener, UF หรือระบบผลิตน้ำดื่ม

8) การใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมไทย

ระบบผลิตน้ำประปาภายในโรงงาน – ใช้หลังถังตกตะกอน (Clarifier)
ระบบบำบัดน้ำเสียรีไซเคิล (Recycle) – ใช้ก่อน UF/RO เพื่อขจัด TSS
ระบบ Cooling Tower Make-up – ลดตะกอนและสารอินทรีย์ก่อนจ่ายน้ำเข้า Tower

9) ข้อสรุป

ระบบ Sand–Anthracite Filter หรือ Multi-media Filter เป็นหน่วยกรองหลักที่มีในแทบทุกระบบผลิตน้ำในโรงงาน
ใช้ความแตกต่างของขนาดและความหนาแน่นของสารกรองเพื่อให้กรองได้ลึกและมีประสิทธิภาพ
ออกแบบที่ดีจะต้องควบคุมอัตราการกรอง (10–15 m/h) และการขยายตัวของสารกรองระหว่าง Backwash ให้สัมพันธ์กัน เพื่อป้องกันการผสมของชั้นกรอง