Sedymentacja i flotacja rozwiązują problem zanieczyszczeń, które „opadają” i „unoszą się”. Istnieje jednak inny rodzaj zanieczyszczeń w wodzie,-drobne zawieszone ciała stałe, cząstki koloidalne i rozpuszczone substancje,-które nie toną ani nie unoszą się na wodzie. Co robić?
W tym miejscu wkracza filtracja. Mówiąc najprościej, filtracja polega na umożliwieniu przepływu ścieków przez warstwę materiału filtracyjnego, w oparciu o fizyczne przechwytywanie, adsorpcję i działanie chemiczne materiału filtrującego w celu wychwytywania pozostałych substancji zanieczyszczających.
Filtracja to proces „oczyszczania” w jednostkach oczyszczania fizycznego i moment przełomowy w wielu procesach oczyszczania ścieków, oznaczający przejście od „oczyszczania wstępnego” do „oczyszczania zaawansowanego”. Wiele procesów oczyszczania ścieków mających na celu ponowne wykorzystanie odzyskanej wody i uzyskanie stabilnych ścieków o niskim-mętności w dużym stopniu opiera się na filtracji! W tym artykule omówiono trzy najczęściej stosowane media filtracyjne:-piasek kwarcowy, węgiel aktywny i piasek manganowy,-do czego służą, jak je stosować-na miejscu oraz jak je regenerować i konserwować, gdy ulegną zatkaniu lub nasyceniu.
I. Podstawowe zasady filtracji
Nie myśl o filtracji po prostu jako o „przesiewaniu piasku”; w rzeczywistości obejmuje kilka współpracujących ze sobą funkcji.
Przechwytywanie mechaniczne: Cząsteczki większe niż szczeliny materiału filtrującego są bezpośrednio przechwytywane. Jest to najbardziej intuicyjna metoda filtracji, jednak nieskuteczna w przypadku cząstek mniejszych niż szczeliny.
Uderzenie bezwładnościowe: Gdy woda przepływa wokół cząstek materiału filtrującego, drobne cząstki odchylają się od swoich linii opływowych z powodu bezwładności i zderzają się z powierzchnią materiału filtrującego, przylegając. Im silniejszy przepływ wody, tym bardziej znaczący jest efekt przechwytywania.
Adsorpcja i adhezja: Oddziaływania fizykochemiczne (siły van der Waalsa, siły elektrostatyczne) na powierzchni materiału filtrującego adsorbują drobne cząsteczki na powierzchni. Porowata struktura węgla aktywnego zapewnia również dużą zdolność adsorpcji fizycznej. Jest to kluczowy mechanizm filtrowania i usuwania drobnych cząstek i substancji rozpuszczonych.
Bioflokulacja: Po utworzeniu biofilmu na powierzchni materiału filtracyjnego polimery zewnątrzkomórkowe wydzielane przez mikroorganizmy mogą przylegać do cząstek stałych zawieszonych w wodzie, jednocześnie biodegradując część materii organicznej, poprawiając jakość ścieków.
Sedymentacja: Prędkość przepływu wody w porach warstwy filtracyjnej jest bardzo mała, a niektóre małe cząsteczki osiadają na powierzchni materiału filtrującego pod wpływem grawitacji.
II. Filtracja przez piasek kwarcowy – powszechnie stosowana metoda-filtracji wstępnej
Najczęściej stosowanym medium filtracyjnym jest piasek kwarcowy. Piasek kwarcowy charakteryzuje się dużą twardością, stabilnymi właściwościami, niskim kosztem i szeroką dostępnością.
Nadaje się do: usuwania zawieszonych ciał stałych, zmętnienia i niektórych cząstek koloidalnych z wody. Zmętnienie ścieków można stabilnie zmniejszyć do wartości poniżej 1 NTU. Może być stosowany jako jednostka głębokiego oczyszczania ścieków z osadnika wtórnego lub jako filtr wstępny-w filtrach z węglem aktywnym i systemach membranowych.
Parametry operacyjne: Powszechnie stosowany efektywny rozmiar cząstek wynosi 0,5 ~ 1,2 mm, grubość złoża filtracyjnego wynosi 0,7 ~ 1,5 m, a prędkość filtracji wynosi 5 ~ 10 m/h. Zbyt duża prędkość filtracji prowadzi do szybkiego wzrostu strat ciśnienia i skrócenia czasu cyklu; zbyt mała prędkość skutkuje niskim wykorzystaniem sprzętu.
Typowe typy: Zbiorniki filtrów ciśnieniowych (zamknięte i ciśnieniowe, napędzane pompą) i filtry grawitacyjne (typ otwarty, wykorzystujące różnicę poziomów wody dla przepływu grawitacyjnego).
Kluczowe punkty konserwacji: Rdzeń podlega płukaniu wstecznemu. Wraz ze wzrostem ilości uwięzionego materiału wzrasta spadek ciśnienia i zmniejsza się przepływ ścieków, co powoduje konieczność płukania wstecznego-przy użyciu odwróconego przepływu wody w celu rozproszenia złoża filtracyjnego i wypłukania uwięzionych zanieczyszczeń. Intensywność płukania wstecznego wynosi zazwyczaj 12-15 litrów/(m²·s), przy szybkości ekspansji około 25%-45% i trwającej 5-10 minut. Do płukania wstecznego wykorzystuje się czystą wodę; w celu wzmocnienia efektu prania może być konieczne szorowanie powietrzem. Podczas pracy należy regularnie sprawdzać wysokość złoża filtracyjnego pod kątem spadku (ubytku piasku lub zużycia). Jeśli spadek przekracza 10%, należy dodać piasek, aby zapobiec rozrzedzeniu złoża filtracyjnego i późniejszemu przedostawaniu się zawiesin do ścieków.
III. Filtracja z węglem aktywnym – media filtracyjne stosowane przez siły specjalne do odbarwiania i usuwania nieprzyjemnych zapachów
Węgiel aktywowany ma ogromną powierzchnię właściwą (500-1500 m² na gram) i dobrze rozwiniętą strukturę mikroporowatą, wykazującą niezwykle dużą zdolność adsorpcji materii organicznej, koloru i zapachu.
Nadaje się do: usuwania rozpuszczonych substancji organicznych (ChZT), koloru, pozostałości chloru i zapachu z wody. Węgiel aktywowany ma zdolność szybkiej redukcji wolnego chloru i jest często używany do odchlorowania w celu ochrony dalszych systemów membranowych; ma znaczący wpływ na usuwanie barwników syntetycznych, substancji humusowych i innych substancji-wybarwiających; ma także znaczną zdolność adsorpcji substancji-powodujących nieprzyjemny zapach, takich jak tiole i fenole.
Parametry operacyjne: Powszechnie stosowane rodzaje węgla aktywnego to węgiel-i łupiny owoców-. Grubość złoża filtracyjnego wynosi 1-2 metry, prędkość filtracji 4-10 metrów na godzinę, a woda powinna pozostawać pomiędzy mediami filtracyjnymi przez co najmniej 6-15 minut; niewystarczający czas kontaktu znacznie zmniejsza skuteczność adsorpcji.
Regeneracja i wymiana: Węgiel aktywny wymaga obróbki po nasyceniu adsorpcyjnym. Regeneracja termiczna to najdokładniejsza metoda.-piroliza i zgazowanie zaadsorbowanej materii organicznej w temperaturze 800-900 stopni przywraca zdolność adsorpcji, osiągając stopień regeneracji na poziomie 85–95%. Metoda ta wiąże się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi, odpowiednia do scentralizowanej regeneracji w dużych systemach. Regeneracja chemiczna wykorzystuje kwasy, zasady lub rozpuszczalniki organiczne do desorpcji adsorbatu; jest prosty w obsłudze, ale ma niski stopień regeneracji (50% -70%) i generuje odpady regeneracyjne, które wymagają oczyszczenia. W małych urządzeniach do uzdatniania wody bezpośrednie zastąpienie nasyconego węgla aktywnego nowym węglem jest bardziej ekonomiczne; Odpady węglowe mogą być usuwane przez organizacje zawodowe lub wykorzystywane jako paliwo do spalania.
Punkty konserwacji: Filtry z węglem aktywnym wymagają również regularnego płukania wstecznego z intensywnością 10-12 litrów/m²·sekundę, aby zapobiec nadmiernemu zużyciu cząstek węgla aktywnego. Regularnie monitoruj ChZT i kolor ścieków. W przypadku wykrycia oznak penetracji należy niezwłocznie zastosować zapasowy zbiornik z węglem aktywnym lub przygotować się do regeneracji. Mikroorganizmy łatwo rosną na powierzchni węgla aktywnego; dlatego też podczas pracy należy kontrolować resztkowy chlor na dopływie, a w razie potrzeby warstwę węgla należy regularnie dezynfekować.
IV. Filtracja piaskowa manganu – specjalnie do usuwania jonów żelaza i manganu z wody
Piasek manganowy to specjalne złoże filtracyjne, składające się głównie z dwutlenku manganu (MnO₂). Nie opiera się na fizycznym przechwytywaniu, ale na chemicznym utlenianiu katalitycznym.
Nadaje się do: Specjalnego usuwania jonów żelaza i manganu z wód gruntowych i ścieków przemysłowych. Żelazo występuje w postaci rozpuszczonego Fe²⁺, a mangan w postaci rozpuszczonego Mn²⁺, którego nie można usunąć za pomocą konwencjonalnej sedymentacji i filtracji. Aktywna warstwa dwutlenku manganu na powierzchni piaskowego materiału filtracyjnego manganu katalitycznie utlenia Fe²⁺ i Mn²⁺, wytwarzając wytrącenia wodorotlenków Fe³⁺ i Mn⁴⁺, które są następnie zatrzymywane i usuwane przez warstwę filtra.
Parametry operacyjne: Efektywna wielkość cząstek piasku manganowego: 0,6 ~ 2,0 mm; grubość warstwy filtra: ogólnie 0,8 ~ 1,2 m. Szybkość filtracji jest ogólnie kontrolowana na poziomie 5-8 metrów na godzinę; zbyt duża prędkość spowoduje niewystarczającą reakcję utleniania, prowadzącą do penetracji żelaza i manganu. Wartość pH na dopływie nie powinna być niższa niż 6,5 (reakcja utleniania prawie zatrzymuje się poniżej pH 6,0), a ilość rozpuszczonego tlenu powinna być wystarczająca (zazwyczaj przed wejściem do złoża wymagane jest napowietrzenie).
Punkty konserwacyjne: Podczas procesu usuwania żelaza i manganu przy użyciu piaskowego materiału filtrującego z manganem, wodorotlenek żelaza (w kolorze czerwonawym-brązowym) będzie w sposób ciągły osadzał się na powierzchni złoża filtracyjnego, co wymaga regularnego płukania wstecznego w celu jego usunięcia. Intensywność płukania zwrotnego wynosi zazwyczaj 15-18 litrów/(m²·s), nieco więcej niż w przypadku piasku kwarcowego, przy szybkości ekspansji kontrolowanej na poziomie 30%-50%. Po długotrwałej eksploatacji aktywny film na powierzchni piasku manganowego może się zestarzeć lub odłączyć, zmniejszając skuteczność oczyszczania. Regenerację membrany można osiągnąć poprzez okresowe dodanie niewielkiej ilości nadmanganianu potasu, który regeneruje aktywną membranę MnO₂ pod wpływem utleniającego nadmanganianu potasu. Jeżeli po wielokrotnych regeneracjach efekt nadal jest niezadowalający, należy wymienić część lub całość wkładów filtracyjnych. Filtrów piaskowych manganu nie można stosować jednocześnie z chlorem – chlor uszkodzi aktywną warstwę katalityczną na powierzchni piasku manganowego, prowadząc do utraty funkcji usuwania żelaza i manganu.
V. Rejestr-działania i konserwacji systemu filtracji na miejscu
Płukanie wsteczne jest wymagane, gdy wzrasta różnica ciśnień; nie czekaj z rozpoczęciem, aż ścieki zmętnieją.
Dokładnie kontroluj intensywność płukania wstecznego; niewystarczające płukanie wsteczne nie spowoduje prawidłowego oczyszczenia, natomiast nadmierne płukanie wsteczne spowoduje utratę materiału filtracyjnego.
Regularnie sprawdzaj grubość materiału filtracyjnego i w razie potrzeby niezwłocznie go uzupełniaj. Sprawdź także korki rozprowadzające wodę i warstwę nośną w zależności od stanu ścieków.
Jeżeli urządzenie ma być wyłączone na dłuższy okres, należy utrzymywać wodę w zbiorniku, aby zapobiec zbrylaniu się i stwardnieniu materiału filtracyjnego.
Po przybyciu sprawdź liczbę jodową węgla aktywnego; jeśli jest niższa od wartości projektowej, efekt adsorpcji zostanie zmniejszony, a węgiel aktywny powinien zostać odrzucony.