Sedimentation och flotation löser problemet med föroreningar som "sjunker" och "flyter". Men det finns en annan typ av förorening i vatten-fina suspenderade ämnen, kolloidala partiklar och lösta ämnen-som varken sjunker eller flyter. Vad ska man göra?
Det är här filtrering kommer in. Enkelt uttryckt innebär filtrering att låta avloppsvatten flöda genom ett filtermedielager, beroende på den fysiska avlyssningen, adsorptionen och kemiska verkan av filtermediet för att fånga upp kvarvarande föroreningar.
Filtrering är "gatekeeping"-processen i fysiska reningsenheter och en vattendelare i många avloppsvattenreningsprocesser, vilket markerar övergången från "förbehandling" till "avancerad rening". Många avloppsvattenreningsprocesser som syftar till återanvändning av återvunnet vatten och stabilt,-avloppsvatten med låg grumlighet är starkt beroende av filtrering! Den här artikeln diskuterar de tre vanligaste filtermedierna-kvartssand, aktivt kol och mangansand-vad de gör, hur man använder dem på-platsen och hur man regenererar och underhåller dem när de blir igensatta eller mättade.
I. Grundläggande principer för filtrering
Tänk inte på filtrering bara som "sållsand"; det innebär faktiskt att flera funktioner arbetar tillsammans.
Mekanisk avlyssning: Partiklar som är större än mellanrummen i filtermediet fångas upp direkt. Detta är den mest intuitiva filtreringsmetoden, men ineffektiv för partiklar som är mindre än mellanrummen.
Tröghetspåverkan: När vatten strömmar runt filtermediepartiklarna avviker fina partiklar från sina strömlinjer på grund av tröghet och kolliderar med filtermediets yta och fastnar. Ju starkare vattenflödet är, desto mer betydande blir avlyssningseffekten.
Adsorption och vidhäftning: Fysikalisk-kemiska interaktioner (van der Waals-krafter, elektrostatiska krafter) på filtermediets yta adsorberar små partiklar på ytan. Den porösa strukturen av aktivt kol ger också en stark fysisk adsorptionskapacitet. Detta är en nyckelmekanism för att filtrera och ta bort fina partiklar och lösta ämnen.
Bioflockning: Efter att en biofilm bildats på filtermediets yta kan extracellulära polymerer som utsöndras av mikroorganismer fästa vid suspenderade fasta ämnen i vattnet, samtidigt som de biologiskt nedbryter en del organiskt material, vilket förbättrar kvaliteten på avloppsvattnet.
Sedimentering: Vattenflödets hastighet är extremt långsam i filterskiktets porer, och några små partiklar lägger sig på filtermediets yta på grund av gravitationen.
II. Kvartssandfiltrering – en vanlig för-filtreringsmetod
Kvartssand är det vanligaste filtermediet. Kvartssand kännetecknas av hög hårdhet, stabila egenskaper, låg kostnad och bred tillgänglighet.
Lämplig för: Ta bort suspenderade partiklar, grumlighet och vissa kolloidala partiklar från vatten. Grumligheten i avloppsvattnet kan stabilt reduceras till under 1 NTU. Den kan användas som en djupbehandlingsenhet för avloppsvatten från sekundär sedimentationstank, eller som för-filter för aktivt kolfilter och membransystem.
Driftsparametrar: Vanligtvis använd effektiv partikelstorlek är 0,5~1,2 mm, filterbäddens tjocklek är 0,7~1,5 m, och filtreringshastigheten är 5~10 m/h. För hög filtreringshastighet leder till snabba ökningar av tryckförlust och förkortad cykeltid; för låg hastighet resulterar i lågt utrustningsutnyttjande.
Vanliga typer: Tryckfiltertankar (stängda och trycksatta, drivna av en pump) och gravitationsfilter (öppen typ, beroende på vattennivåskillnaden för gravitationsflödet).
Viktiga underhållspunkter: Kärnan är bakspolning. När mängden instängt material ökar, ökar tryckförlusten och avloppsflödet minskar, vilket kräver återspolning-med omvänt vattenflöde för att sprida filterbädden och spola bort de fångade föroreningarna. Backspolningsintensiteten är vanligtvis 12-15 liter/(m²·s), med en expansionshastighet på cirka 25%-45%, varar 5-10 minuter. Rent vatten används för backspolning; luftskrubbning kan behövas för att förbättra tvätteffekten. Under drift bör filterbäddens höjd kontrolleras regelbundet för minskning (sandförlust eller slitage). Om minskningen överstiger 10 % måste sand tillsättas för att förhindra uttunning av filterbädden och efterföljande penetrering av suspenderade partiklar i avloppsvattnet.
III. Filtrering av aktivt kol – ett specialkraftsfiltermedium för avfärgning och luktborttagning
Aktivt kol har en enorm specifik yta (500-1500 m² per gram) och en välutvecklad mikroporös struktur, som uppvisar extremt stark adsorptionskapacitet för organiskt material, färg och lukt.
Lämplig för: Ta bort löst organiskt material (COD), färg, kvarvarande klor och lukt från vatten. Aktivt kol har en snabb reduktionskapacitet för fritt klor och används ofta för avklorering för att skydda nedströms membransystem; det har en betydande borttagningseffekt på syntetiska färgämnen, humusämnen och andra ämnen som-utvecklar färg; den har också en betydande adsorptionsförmåga för lukt-orsakande ämnen som tioler och fenoler.
Driftsparametrar: Vanligt använda typer av aktivt kol är kol-baserade och fruktskal-baserade. Filterbäddens tjocklek är 1-2 meter, filtreringshastigheten är 4-10 meter/timme, och vatten bör stanna mellan filtermedia i minst 6-15 minuter; otillräcklig kontakttid minskar adsorptionseffektiviteten avsevärt.
Regenerering och ersättning: Aktivt kol kräver behandling efter adsorptionsmättnad. Termisk regenerering är den mest noggranna metoden-att pyrolysera och förgasa det adsorberade organiska materialet vid 800-900 grader återställer adsorptionskapaciteten, vilket uppnår en regenereringshastighet på 85 %-95 %. Denna metod innebär höga investerings- och driftskostnader, lämplig för centraliserad regenerering i stora system. Kemisk regenerering använder syror, alkalier eller organiska lösningsmedel för att desorbera adsorbatet; den är enkel att använda men har en låg regenereringshastighet (50%-70%) och genererar regenereringsavfallsvätska som kräver behandling. I småskalig vattenbehandlingsutrustning är det mer ekonomiskt att direkt ersätta mättat aktivt kol med nytt kol; avfallskol kan kasseras av professionella organisationer eller användas som bränsle för förbränning.
Underhållspunkter: Filter med aktivt kol kräver också regelbunden backspolning med en intensitet på 10-12 liter/m²·sekund för att förhindra överdrivet slitage av partiklar av aktivt kol. Övervaka regelbundet COD eller färgen på avloppsvattnet. Om tecken på penetration upptäcks, byt omedelbart till en reservtank med aktivt kol eller förbered för regenerering. Mikroorganismer växer lätt på ytan av aktivt kol; därför måste kvarvarande klor i inflödet kontrolleras under drift, och kolskiktet bör desinficeras regelbundet vid behov.
IV. Mangansandfiltrering – speciellt för att ta bort järn- och manganjoner från vatten
Mangansand är ett speciellt filtermedium, huvudsakligen sammansatt av mangandioxid (MnO₂). Den förlitar sig inte på fysisk avlyssning utan på kemisk katalytisk oxidation.
Lämplig för: Specifikt avlägsnande av järn- och manganjoner från grundvatten eller industriavloppsvatten. Järn finns i löst Fe²+-form och mangan i löst Mn²+-form, som inte kan avlägsnas genom konventionell sedimentering och filtrering. Den aktiva mangandioxidfilmen på ytan av mangansandfiltermediet oxiderar Fe2+ och Mn2+ katalytiskt, vilket genererar Fe3+- och Mn4+-hydroxidfällningar, som sedan hålls kvar och avlägsnas av filterskiktet.
Driftsparametrar: Effektiv partikelstorlek för mangansand: 0,6~2,0 mm; filterskikttjocklek: i allmänhet 0,8~1,2 m. Filtreringshastigheten regleras i allmänhet till 5-8 meter per timme; för hög hastighet kommer att resultera i otillräcklig oxidationsreaktion, vilket leder till penetration av järn och mangan. Det inkommande pH-värdet bör inte vara lägre än 6,5 (oxidationsreaktionen stannar nästan under pH 6,0), och löst syre bör vara tillräckligt (i allmänhet krävs luftning innan den går in i filterbädden).
Underhållspunkter: Under järn- och manganborttagningsprocessen med mangansandfiltermedia kommer järnhydroxid (rödaktig-brun till färgen) kontinuerligt att avsättas på filterbäddens yta, vilket kräver regelbunden backspolning för att avlägsna den. Bakspolningsintensiteten är vanligtvis 15-18 liter/(m²·s), något högre än den för kvartssand, med expansionshastigheten styrd till 30 %-50 %. Efter långvarig drift kan den aktiva filmen på mangansandytan åldras eller lossna, vilket minskar behandlingseffektiviteten. Membranregenerering kan uppnås genom att periodiskt tillsätta en liten mängd kaliumpermanganat, vilket regenererar det aktiva MnO2-membranet under oxidationseffekten av kaliumpermanganat. Om effekten fortfarande är otillfredsställande efter flera regenerationer, måste en del eller allt filtermedium bytas ut. Mangansandfilter kan inte användas samtidigt med klor-klor kommer att skada den aktiva katalytiska filmen på mangansandytan, vilket leder till förlust av järn- och manganborttagningsfunktionen.
V. Drift- och underhållsprotokoll på-plats av filtreringssystemet
Backspolning krävs när differenstrycket ökar; vänta inte tills avloppsvattnet är grumligt innan du börjar.
Kontrollera backspolningsintensiteten noggrant; otillräcklig backspolning kommer inte att rengöras ordentligt, medan överdriven backspolning gör att filtermediet går förlorat.
Kontrollera regelbundet filtermediets tjocklek och fyll på det omedelbart vid behov. Kontrollera också vattenfördelningslocken och stödskiktet baserat på avloppsvattnets tillstånd.
Om utrustningen ska stängas av under en längre period, håll vatten i tanken för att förhindra att filtermedia klumpar sig och stelnar.
Kontrollera jodvärdet i det aktiva kolet vid ankomst; om det är lägre än designvärdet kommer adsorptionseffekten att minska och det aktiva kolet bör avvisas.