Multi-mediefiltreringsvitenskap: bruk og regenerering av kvartssand, aktivert karbon og mangansand

Sedimentering og flotasjon løser problemet med forurensninger som "synker" og "flyter". Men det er en annen type urenheter i vann-fine suspenderte stoffer, kolloidale partikler og oppløste stoffer-som verken synker eller flyter. Hva skal jeg gjøre?

Det er her filtrering kommer inn. Enkelt sagt innebærer filtrering å la avløpsvann strømme gjennom et filtermedielag, avhengig av den fysiske avskjæringen, adsorpsjonen og kjemiske virkningen til filtermediet for å fange opp gjenværende forurensninger.

Filtrering er "portvakt"-prosessen i fysiske behandlingsenheter og et vannskillemoment i mange avløpsvannbehandlingsprosesser, som markerer overgangen fra "forbehandling" til "avansert behandling." Mange behandlingsprosesser for avløpsvann som tar sikte på gjenbruk av gjenvunnet vann og stabilt avløp med lav-turbiditet er sterkt avhengig av filtrering! Denne artikkelen diskuterer de tre mest brukte filtermediene-kvartssand, aktivert karbon og mangansand-hva de gjør, hvordan du bruker dem på-stedet, og hvordan du regenererer og vedlikeholder dem når de blir tilstoppede eller mettede.

Ikke tenk på filtrering bare som "siktesand"; det involverer faktisk flere funksjoner som jobber sammen.

Mekanisk avskjæring: Partikler som er større enn mellomrom i filtermediet blir direkte fanget opp. Dette er den mest intuitive filtreringsmetoden, men ineffektiv for partikler som er mindre enn hullene.

Treghetspåvirkning: Når vann strømmer rundt filtermediepartiklene, avviker fine partikler fra strømlinjene på grunn av treghet og kolliderer med filtermediets overflate og blir vedheftet. Jo sterkere vannstrømmen er, desto mer signifikant er avskjæringseffekten.

Adsorpsjon og adhesjon: Fysisk-kjemiske interaksjoner (van der Waals-krefter, elektrostatiske krefter) på filtermedieoverflaten adsorberer små partikler på overflaten. Den porøse strukturen til aktivt karbon gir også sterk fysisk adsorpsjonskapasitet. Dette er en nøkkelmekanisme for å filtrere og fjerne fine partikler og oppløste stoffer.

Bioflokkulering: Etter at en biofilm dannes på filtermediets overflate, kan ekstracellulære polymerer utskilt av mikroorganismer feste seg til suspenderte faste stoffer i vannet, samtidig som de bryter ned noe organisk materiale, og forbedrer kvaliteten på avløpet.

Sedimentering: Vannstrømningshastigheten er ekstremt lav i porene i filterlaget, og noen små partikler legger seg på filtermedieoverflaten på grunn av tyngdekraften.

Kvartssand er det mest brukte filtermediet. Kvartssand er preget av høy hardhet, stabile egenskaper, lave kostnader og bred tilgjengelighet.

Egnet for: Fjerning av suspendert stoff, uklarhet og noen kolloidale partikler fra vann. Turbiditeten i avløpet kan stabilt reduseres til under 1 NTU. Den kan brukes som en dypbehandlingsenhet for avløp fra sekundær sedimentasjonstank, eller som et for-filter for aktivt kullfiltre og membransystemer.

Driftsparametere: Vanlig brukt effektiv partikkelstørrelse er 0,5~1,2 mm, tykkelsen på filtersjiktet er 0,7~1,5 m, og filtreringshastigheten er 5~10 m/t. For høy filtreringshastighet fører til raske økninger i trykktap og forkortet syklustid; for lav hastighet gir lav utstyrsutnyttelse.

Vanlige typer: Trykkfiltertanker (lukket og trykksatt, drevet av en pumpe) og gravitasjonsfiltre (åpen type, avhengig av vannstandsforskjell for gravitasjonsstrøm).

Viktige vedlikeholdspunkter: Kjernen er tilbakespyling. Etter hvert som mengden av innestengt materiale øker, øker trykktapet og avløpsstrømmen reduseres, noe som nødvendiggjør tilbakespyling-ved bruk av omvendt vannstrøm for å spre filtersjiktet og skylle bort de fangede urenhetene. Tilbakespylingsintensiteten er typisk 12-15 liter/(m²·s), med en ekspansjonshastighet på ca. 25%-45%, som varer i 5-10 minutter. Rent vann brukes til tilbakespyling; luftskrubbing kan være nødvendig for å forsterke vaskeeffekten. Under drift bør filtersengens høyde kontrolleres regelmessig for reduksjon (sandtap eller slitasje). Hvis reduksjonen overstiger 10 %, må sand tilsettes for å forhindre fortynning av filtersjiktet og påfølgende penetrasjon av suspenderte stoffer i avløpet.

Aktivt karbon har et enormt spesifikt overflateareal (500-1500 m² per gram) og en velutviklet mikroporøs struktur, som viser ekstremt sterk adsorpsjonskapasitet for organisk materiale, farge og lukt.

Egnet for: Fjerning av oppløst organisk materiale (COD), farge, klorrester og lukt fra vann. Aktivt karbon har en rask reduksjonskapasitet for fritt klor og brukes ofte til deklorering for å beskytte nedstrøms membransystemer; det har en betydelig fjerningseffekt på syntetiske fargestoffer, humusstoffer og andre fargeutviklende stoffer-; den har også en betydelig adsorpsjonskapasitet for lukt-fremkallende stoffer som tioler og fenoler.

Driftsparametere: Vanlige typer aktivt karbon er kull-basert og fruktskall-basert. Tykkelsen på filtersjiktet er 1-2 meter, filtreringshastigheten er 4-10 meter/time, og vann bør forbli mellom filtermediene i minst 6-15 minutter; utilstrekkelig kontakttid reduserer adsorpsjonseffektiviteten betydelig.

Regenerering og erstatning: Aktivt karbon krever behandling etter adsorpsjonsmetning. Termisk regenerering er den mest grundige metoden -pyrolysering og gassifisering av det adsorberte organiske materialet ved 800-900 grader gjenoppretter adsorpsjonskapasiteten, og oppnår en regenereringshastighet på 85 %–95 %. Denne metoden innebærer høye investerings- og driftskostnader, egnet for sentralisert regenerering i store systemer. Kjemisk regenerering bruker syrer, alkalier eller organiske løsningsmidler for å desorbere adsorbatet; den er enkel å betjene, men har lav regenereringshastighet (50%-70%) og genererer regenereringsavfallsvæske som krever behandling. I småskala vannbehandlingsutstyr er direkte erstatning av mettet aktivert karbon med nytt karbon mer økonomisk; avfallskarbon kan deponeres av profesjonelle organisasjoner eller brukes som drivstoff til forbrenning.

Vedlikeholdspunkter: Aktivtkullfiltre krever også regelmessig tilbakespyling med en intensitet på 10-12 liter/m²·sekund for å forhindre overdreven slitasje på aktivkullpartikler. Overvåk regelmessig COD eller fargen på avløpsvannet. Hvis tegn på penetrering oppdages, bytt omgående til en reservetank med aktivert karbon eller klargjør for regenerering. Mikroorganismer vokser lett på overflaten av aktivert karbon; derfor må gjenværende klor i tilløpet kontrolleres under drift, og karbonlaget bør desinfiseres regelmessig om nødvendig.

Mangansand er et spesielt filtermedium, hovedsakelig sammensatt av mangandioksid (MnO₂). Den er ikke avhengig av fysisk avlytting, men på kjemisk katalytisk oksidasjon.

Egnet for: Spesielt fjerning av jern- og manganioner fra grunnvann eller industrielt avløpsvann. Jern finnes i oppløst Fe²⁺-form, og mangan i oppløst Mn²⁺-form, som ikke kan fjernes ved konvensjonell sedimentering og filtrering. Den aktive mangandioksidfilmen på overflaten av mangansandfiltermediet oksiderer Fe2+ og Mn2+ katalytisk, og genererer Fe3+ og Mn4+ hydroksydutfellinger, som deretter holdes tilbake og fjernes av filterlaget.

Driftsparametre: Effektiv partikkelstørrelse for mangansand: 0,6~2,0 mm; filterlagtykkelse: generelt 0,8~1,2 m. Filtreringshastigheten er generelt kontrollert til 5-8 meter per time; for høy hastighet vil resultere i utilstrekkelig oksidasjonsreaksjon, noe som fører til penetrering av jern og mangan. Innstrømmende pH bør ikke være lavere enn 6,5 (oksidasjonsreaksjonen stopper nesten under pH 6,0), og oppløst oksygen bør være tilstrekkelig (vanligvis er lufting nødvendig før den kommer inn i filtersengen).

Vedlikeholdspunkter: Under fjerningsprosessen for jern og mangan ved bruk av filtermedier med mangansand, vil jernhydroksid (rødaktig-brun i fargen) kontinuerlig avsettes på overflaten av filterleien, noe som krever regelmessig tilbakespyling for å fjerne det. Tilbakespylingsintensiteten er vanligvis 15-18 liter/(m²·s), noe høyere enn for kvartssand, med ekspansjonshastigheten kontrollert til 30 %-50 %. Etter langvarig drift kan den aktive filmen på mangansandoverflaten eldes eller løsne, noe som reduserer behandlingseffektiviteten. Membranregenerering kan oppnås ved å periodisk tilsette en liten mengde kaliumpermanganat, som regenererer den aktive MnO₂-membranen under oksidasjonseffekten av kaliumpermanganat. Hvis effekten fortsatt er utilfredsstillende etter flere regenereringer, må noe eller alt av filtermediet skiftes ut. Mangansandfiltre kan ikke brukes samtidig med klor-klor vil skade den aktive katalytiske filmen på mangansandoverflaten, noe som fører til tap av jern- og manganfjerningsfunksjon.

Tilbakespyling er nødvendig når differensialtrykket øker; ikke vent til avløpet er uklart før du starter.
Kontroller tilbakespylingsintensiteten nøye; utilstrekkelig tilbakespyling vil ikke rengjøre ordentlig, mens overdreven tilbakespyling vil føre til at filtermediet går tapt.
Kontroller filtermediets tykkelse regelmessig, og etterfyll det umiddelbart om nødvendig. Sjekk også vannfordelingshettene og støttelaget basert på avløpstilstanden.
Hvis utstyret skal stenges over en lengre periode, hold vann i tanken for å forhindre at filtermediet klumper seg og stivner.
Sjekk jodverdien til det aktive karbonet ved ankomst; hvis den er lavere enn designverdien, vil adsorpsjonseffekten reduseres, og det aktive karbonet bør avvises.