Sedimentation og flotation løser problemet med forurenende stoffer, der "synker" og "svæver". Men der er en anden type urenhed i vand-fine suspenderede stoffer, kolloide partikler og opløste stoffer-som hverken synker eller flyder. Hvad skal man gøre?
Det er her filtrering kommer ind. Kort sagt involverer filtrering at lade spildevand strømme gennem et filtermedielag, afhængigt af den fysiske opfangning, adsorption og kemiske virkning af filtermediet til at fange resterende forurenende stoffer.
Filtrering er "gatekeeping"-processen i fysiske behandlingsenheder og et vandskelmoment i mange spildevandsbehandlingsprocesser, der markerer overgangen fra "forbehandling" til "avanceret behandling." Mange spildevandsbehandlingsprocesser, der sigter mod genbrug af genbrugsvand og stabilt spildevand med lav-turbiditet, er stærkt afhængige af filtrering! Denne artikel diskuterer de tre mest almindeligt anvendte filtermedier-kvartssand, aktivt kul og mangansand,-hvad de gør, hvordan man bruger dem på-stedet, og hvordan man regenererer og vedligeholder dem, når de bliver tilstoppede eller mættede.
I. Grundlæggende principper for filtrering
Tænk ikke på filtrering blot som "sigtesand"; det involverer faktisk flere funktioner, der arbejder sammen.
Mekanisk opfangning: Partikler, der er større end filtermediemellemrummene, opfanges direkte. Dette er den mest intuitive filtreringsmetode, men ineffektiv for partikler, der er mindre end hullerne.
Træghedspåvirkning: Når vandet strømmer rundt om filtermediepartiklerne, afviger fine partikler fra deres strømlinjer på grund af inerti og kolliderer med filtermediets overflade og bliver klæbet. Jo stærkere vandgennemstrømningen er, jo mere markant er aflytningseffekten.
Adsorption og adhæsion: Fysisk-kemiske interaktioner (van der Waals-kræfter, elektrostatiske kræfter) på filtermediets overflade adsorberer små partikler på overfladen. Den porøse struktur af aktivt kul giver også en stærk fysisk adsorptionskapacitet. Dette er en nøglemekanisme til filtrering og fjernelse af fine partikler og opløste stoffer.
Bioflokkulering: Efter at der er dannet en biofilm på filtermediets overflade, kan ekstracellulære polymerer, der udskilles af mikroorganismer, klæbe til suspenderede faste stoffer i vandet, mens de samtidig bionedbryder noget organisk materiale, hvilket forbedrer kvaliteten af spildevandet.
Sedimentering: Vandstrømningshastigheden er ekstrem langsom i filterlagets porer, og nogle små partikler sætter sig på filtermediets overflade på grund af tyngdekraften.
II. Kvartssandfiltrering – en almindeligt anvendt præ-filtreringsmetode
Kvartssand er det mest anvendte filtermedium. Kvartssand er kendetegnet ved høj hårdhed, stabile egenskaber, lave omkostninger og bred tilgængelighed.
Velegnet til: Fjernelse af suspenderede stoffer, turbiditet og nogle kolloide partikler fra vand. Spildevandets turbiditet kan stabilt reduceres til under 1 NTU. Det kan bruges som en dybdebehandlingsenhed til sekundær sedimentationstank effluent, eller som et for-filter til aktivt kulfiltre og membransystemer.
Driftsparametre: Almindeligt anvendt effektiv partikelstørrelse er 0,5 ~ 1,2 mm, tykkelsen på filterlejet er 0,7 ~ 1,5 m, og filtreringshastigheden er 5 ~ 10 m/t. For høj en filtreringshastighed fører til hurtige stigninger i tryktab og forkortet cyklustid; for lav hastighed resulterer i lav udstyrsudnyttelse.
Almindelige typer: Trykfiltertanke (lukkede og tryksatte, drevet af en pumpe) og gravitationsfiltre (åben type, afhængig af vandstandsforskel for tyngdekraftsflow).
Vigtige vedligeholdelsespunkter: Kernen er tilbageskylning. Efterhånden som mængden af indespærret materiale stiger, stiger tryktabet, og spildevandsstrømmen falder, hvilket nødvendiggør tilbageskylning-ved brug af omvendt vandstrøm til at sprede filterlejet og skylle de indespærrede urenheder væk. Tilbageskylningsintensiteten er typisk 12-15 liter/(m²·s), med en ekspansionshastighed på ca. 25%-45%, som varer 5-10 minutter. Rent vand bruges til tilbageskylning; luftskrubning kan være nødvendig for at forstærke vaskeeffekten. Under drift skal filterlejehøjden kontrolleres regelmæssigt for et fald (sandtab eller slid). Hvis faldet overstiger 10 %, skal der tilsættes sand for at forhindre udtynding af filterlejet og efterfølgende indtrængning af suspenderede stoffer i spildevandet.
III. Aktiveret kulfiltrering – et særligt kraftfilter til affarvning og lugtfjernelse
Aktivt kul har et enormt specifikt overfladeareal (500-1500 m² pr. gram) og en veludviklet mikroporøs struktur, der udviser ekstrem stærk adsorptionskapacitet for organisk materiale, farve og lugt.
Velegnet til: Fjernelse af opløst organisk materiale (COD), farve, resterende klor og lugt fra vand. Aktivt kul har en hurtig reduktionskapacitet for frit klor og bruges ofte til deklorering for at beskytte nedstrøms membransystemer; det har en betydelig fjernelseseffekt på syntetiske farvestoffer, humusstoffer og andre farveudviklende stoffer-; det har også en betydelig adsorptionskapacitet for lugt-fremkaldende stoffer som thioler og phenoler.
Driftsparametre: De almindeligt anvendte typer af aktivt kul er kul-baserede og frugtskalsbaserede-. Filterbedets tykkelse er 1-2 meter, filtreringshastigheden er 4-10 meter/timen, og vand skal forblive mellem filtermedierne i mindst 6-15 minutter; utilstrækkelig kontakttid reducerer adsorptionseffektiviteten væsentligt.
Regenerering og udskiftning: Aktivt kul kræver behandling efter adsorptionsmætning. Termisk regenerering er den mest grundige metode-at pyrolyse og forgasse det adsorberede organiske stof ved 800-900 grader genopretter adsorptionskapaciteten og opnår en regenereringshastighed på 85 %-95 %. Denne metode involverer høje investerings- og driftsomkostninger, velegnet til centraliseret regenerering i store systemer. Kemisk regenerering bruger syrer, alkalier eller organiske opløsningsmidler til at desorbere adsorbatet; den er enkel at betjene, men har en lav regenereringshastighed (50%-70%) og genererer regenereringsaffaldsvæske, der kræver behandling. I småskala vandbehandlingsudstyr er det mere økonomisk at erstatte mættet aktivt kul direkte med nyt kul; affaldskulstof kan bortskaffes af professionelle organisationer eller bruges som brændstof til forbrænding.
Vedligeholdelsespunkter: Aktive kulfiltre kræver også regelmæssig tilbageskylning med en intensitet på 10-12 liter/m²·sekund for at forhindre overdreven slid på partikler af aktivt kul. Overvåg regelmæssigt COD eller farven på spildevandet. Hvis der opdages tegn på gennemtrængning, skal du straks skifte til en reservetank med aktivt kul eller forberede regenerering. Mikroorganismer vokser let på overfladen af aktivt kul; derfor skal restklor i indløbet kontrolleres under drift, og kullaget bør desinficeres regelmæssigt, hvis det er nødvendigt.
IV. Mangansandfiltrering - Specielt til fjernelse af jern- og manganioner fra vand
Mangansand er et særligt filtermedie, primært sammensat af mangandioxid (MnO₂). Den er ikke afhængig af fysisk aflytning, men på kemisk katalytisk oxidation.
Velegnet til: Specifikt fjernelse af jern- og manganioner fra grundvand eller industrispildevand. Jern findes i opløst Fe²⁺-form og mangan i opløst Mn²⁺-form, som ikke kan fjernes ved konventionel sedimentering og filtrering. Den aktive mangandioxidfilm på overfladen af mangansandfiltermediet oxiderer Fe2+ og Mn2+ katalytisk, hvilket genererer Fe3+- og Mn4+-hydroxidudfældninger, som derefter tilbageholdes og fjernes af filterlaget.
Driftsparametre: Effektiv partikelstørrelse af mangansand: 0,6~2,0 mm; filterlagtykkelse: generelt 0,8~1,2 m. Filtreringshastigheden styres generelt til 5-8 meter i timen; for høj hastighed vil resultere i utilstrækkelig oxidationsreaktion, hvilket fører til jern- og mangangennemtrængning. Indstrømmende pH bør ikke være lavere end 6,5 (oxidationsreaktionen stopper næsten under pH 6,0), og opløst ilt bør være tilstrækkeligt (generelt er beluftning påkrævet, før den kommer ind i filterlejet).
Vedligeholdelsespunkter: Under jern- og manganfjernelsesprocessen ved hjælp af mangansandfiltermedier vil jernhydroxid (rødlig-brun i farven) konstant aflejre sig på filterlejeoverfladen, hvilket kræver regelmæssig tilbageskylning for at fjerne det. Tilbageskylningsintensiteten er typisk 15-18 liter/(m²·s), lidt højere end for kvartssand, med ekspansionshastigheden kontrolleret til 30 %-50 %. Efter langvarig drift kan den aktive film på mangansandoverfladen ældes eller løsne sig, hvilket reducerer behandlingseffektiviteten. Membranregenerering kan opnås ved periodisk tilsætning af en lille mængde kaliumpermanganat, som regenererer den aktive MnO₂-membran under oxidationseffekten af kaliumpermanganat. Hvis effekten stadig er utilfredsstillende efter flere regenereringer, skal nogle af eller alle filtermedierne udskiftes. Mangansandfiltre kan ikke bruges samtidigt med klor-klor vil beskadige den aktive katalytiske film på mangansandoverfladen, hvilket fører til tab af jern- og manganfjernelsesfunktion.
V. On-drifts- og vedligeholdelsesregistrering af filtreringssystemet
Tilbageskylning er påkrævet, når differenstrykket stiger; vent ikke, til spildevandet er uklart, før du starter.
Kontroller tilbageskylningsintensiteten omhyggeligt; utilstrækkelig tilbageskylning vil ikke rense ordentligt, mens overdreven tilbageskylning vil medføre, at filtermediet går tabt.
Kontroller jævnligt filtermediets tykkelse, og efterfyld det straks, hvis det er nødvendigt. Kontroller også vandfordelingshætterne og støttelaget baseret på spildevandstilstanden.
Hvis udstyret skal lukkes ned i længere tid, skal der holdes vand i tanken for at forhindre, at filtermediet klumper sig og hærder.
Tjek jodværdien af det aktive kul ved ankomst; hvis den er lavere end designværdien, vil adsorptionseffekten blive reduceret, og det aktive kul bør afvises.