Седиментация и флотация решают проблему загрязняющих веществ, которые «тонут» и «плавают». Но в воде есть еще один тип примесей:-мелкие взвешенные вещества, коллоидные частицы и растворенные вещества-, которые не тонут и не плавают. Что делать?
Здесь на помощь приходит фильтрация. Проще говоря, фильтрация предполагает прохождение сточных вод через слой фильтрующего материала, полагаясь на физический перехват, адсорбцию и химическое действие фильтрующего материала для улавливания остаточных загрязнителей.
Фильтрация является «контролирующим» процессом на установках физической очистки и переломным моментом во многих процессах очистки сточных вод, знаменуя переход от «предварительной очистки» к «углубленной очистке». Многие процессы очистки сточных вод, направленные на повторное использование очищенной воды и получение стабильных сточных вод с низкой-низкой мутностью, в значительной степени зависят от фильтрации! В этой статье обсуждаются три наиболее часто используемых фильтрующих материала:-кварцевый песок, активированный уголь и марганцевый песок,-что они делают, как их использовать на-объекте, а также как регенерировать и обслуживать их, когда они засоряются или насыщаются.
I. Основные принципы фильтрации
Не думайте о фильтрации просто как о «просеивании песка»; на самом деле это предполагает совместную работу нескольких функций.
Механический перехват: частицы размером больше, чем зазоры в фильтрующем материале, улавливаются напрямую. Это наиболее интуитивно понятный метод фильтрации, но он неэффективен для частиц размером меньше промежутков.
Инерционное воздействие: когда вода обтекает частицы фильтрующего материала, мелкие частицы по инерции отклоняются от своих линий тока и сталкиваются с поверхностью фильтрующего материала, прилипая к нему. Чем сильнее поток воды, тем значительнее эффект перехвата.
Адсорбция и адгезия: физико-химические взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса, электростатические силы) на поверхности фильтрующего материала адсорбируют на поверхность мельчайшие частицы. Пористая структура активированного угля также обеспечивает сильную физическую адсорбционную способность. Это ключевой механизм фильтрации и удаления мелких частиц и растворенных веществ.
Биофлоккуляция: после того, как на поверхности фильтрующего материала образуется биопленка, внеклеточные полимеры, выделяемые микроорганизмами, могут прилипать к взвешенным твердым веществам в воде, одновременно биоразлагая некоторые органические вещества, улучшая качество сточных вод.
Седиментация: скорость потока воды в порах фильтрующего слоя чрезвычайно мала, и некоторые мелкие частицы оседают на поверхности фильтрующего материала под действием силы тяжести.
II. Фильтрация кварцевым песком – широко используемый метод предварительной-фильтрации.
Кварцевый песок – наиболее часто используемый фильтрующий материал. Кварцевый песок отличается высокой твердостью, стабильными свойствами, низкой стоимостью и широкой доступностью.
Подходит для: удаления взвешенных веществ, мутности и некоторых коллоидных частиц из воды. Мутность сточных вод можно стабильно снизить до уровня ниже 1 NTU. Его можно использовать в качестве установки глубокой очистки сточных вод вторичного отстойника или в качестве фильтра предварительной-фильтрации с активированным углем и мембранных систем.
Рабочие параметры: обычно используемый эффективный размер частиц составляет 0,5–1,2 мм, толщина фильтрующего слоя 0,7–1,5 м, скорость фильтрации 5–10 м/ч. Слишком высокая скорость фильтрации приводит к быстрому увеличению потерь напора и сокращению времени цикла; слишком низкая скорость приводит к низкой загрузке оборудования.
Распространенные типы: резервуары с напорными фильтрами (закрытые и находящиеся под давлением, с приводом от насоса) и гравитационные фильтры (открытого типа, работающие за счет разницы уровней воды для гравитационного потока).
Ключевые моменты технического обслуживания: Активная зона подвергается обратной промывке. По мере увеличения количества захваченного материала потери напора возрастают, а поток сточных вод уменьшается, что приводит к необходимости обратной промывки-с использованием обратного потока воды для диспергирования слоя фильтра и смывания захваченных примесей. Интенсивность обратной промывки обычно составляет 12–15 литров/(м²·с) со степенью расширения примерно 25–45 % и продолжительностью 5–10 минут. Для обратной промывки используется чистая вода; Для усиления эффекта мытья может потребоваться очистка воздухом. Во время работы высоту фильтрующего слоя следует регулярно проверять на предмет уменьшения (потери или износа песка). Если снижение превышает 10%, необходимо добавить песок, чтобы предотвратить утончение фильтрующего слоя и последующее проникновение взвешенных веществ в стоки.
III. Фильтрация с активированным углем — фильтрующий материал спецназа для обесцвечивания и удаления запаха
Активированный уголь обладает огромной удельной поверхностью (500-1500 м² на грамм) и хорошо развитой микропористой структурой, проявляя чрезвычайно сильную адсорбционную способность к органическим веществам, цвету и запаху.
Подходит для: удаления растворенных органических веществ (ХПК), цвета, остаточного хлора и запаха из воды. Активированный уголь обладает способностью быстрого восстановления свободного хлора и часто используется для дехлорирования для защиты последующих мембранных систем; он оказывает значительное удаление синтетических красителей, гуминовых веществ и других веществ,-проявляющих цвет; он также обладает значительной способностью адсорбировать-вещества, вызывающие запах, такие как тиолы и фенолы.
Рабочие параметры: Обычно используемые типы активированного угля изготавливаются на основе угля-и фруктовой скорлупы-. Толщина фильтрующего слоя 1-2 метра, скорость фильтрации 4-10 метров в час, вода должна оставаться между фильтрующими материалами не менее 6-15 минут; недостаточное время контакта существенно снижает эффективность адсорбции.
Регенерация и замена: Активированный уголь требует обработки после адсорбционного насыщения. Термическая регенерация — наиболее тщательный метод.-пиролиз и газификация адсорбированного органического вещества при температуре 800-900 градусов восстанавливает адсорбционную способность, достигая степени регенерации 85–95 %. Этот метод предполагает высокие инвестиционные и эксплуатационные затраты и подходит для централизованной регенерации в больших системах. При химической регенерации для десорбции адсорбата используются кислоты, щелочи или органические растворители; он прост в эксплуатации, но имеет низкую степень регенерации (50–70%) и образует отработанную жидкость регенерации, требующую переработки. В мелкомасштабном оборудовании для очистки воды прямая замена насыщенного активированного угля новым углеродом более экономична; Отходы углерода могут утилизироваться профессиональными организациями или использоваться в качестве топлива для сжигания.
Точки обслуживания: Фильтры с активированным углем также требуют регулярной обратной промывки с интенсивностью 10-12 литров/м²·секунду, чтобы предотвратить чрезмерный износ частиц активированного угля. Регулярно контролируйте ХПК или цвет сточных вод. При обнаружении признаков проникновения немедленно переключитесь на резервный резервуар с активированным углем или подготовьтесь к регенерации. На поверхности активированного угля легко растут микроорганизмы; поэтому во время работы необходимо контролировать остаточный хлор в приточной воде, а угольный слой при необходимости следует регулярно дезинфицировать.
IV. Фильтрация марганцевого песка – специально для удаления ионов железа и марганца из воды
Марганцевый песок – это специальный фильтрующий материал, состоящий в основном из диоксида марганца (MnO₂). Он основан не на физическом перехвате, а на химическом каталитическом окислении.
Подходит для: Специального удаления ионов железа и марганца из грунтовых и промышленных сточных вод. Железо существует в растворенной форме Fe²⁺, а марганец — в растворенной форме Mn²⁺, которую невозможно удалить обычным седиментированием и фильтрацией. Активная пленка диоксида марганца на поверхности фильтрующего материала из марганцевого песка каталитически окисляет Fe²⁺ и Mn²⁺, образуя осадки гидроксидов Fe³⁺ и Mn⁴⁺, которые затем удерживаются и удаляются фильтрующим слоем.
Рабочие параметры: Эффективный размер частиц марганцевого песка: 0,6~2,0 мм; Толщина фильтрующего слоя: обычно 0,8~1,2 м. Скорость фильтрации обычно контролируется на уровне 5-8 метров в час; слишком высокая скорость приведет к недостаточной реакции окисления, что приведет к проникновению железа и марганца. pH входящего потока не должен быть ниже 6,5 (реакция окисления практически прекращается ниже pH 6,0), а растворенный кислород должен быть достаточным (обычно перед попаданием в фильтрующий слой требуется аэрация).
Рекомендации по техническому обслуживанию: Во время процесса удаления железа и марганца с использованием фильтрующего материала из марганцевого песка гидроксид железа (красновато--коричневого цвета) будет постоянно откладываться на поверхности фильтрующего слоя, поэтому для его удаления требуется регулярная обратная промывка. Интенсивность обратной промывки обычно составляет 15-18 литров/(м²·с), что немного выше, чем у кварцевого песка, при этом степень расширения контролируется на уровне 30 %-50 %. После длительной эксплуатации активная пленка на поверхности марганцевого песка может состариться или отслоиться, что снижает эффективность очистки. Регенерации мембраны можно добиться, периодически добавляя небольшое количество перманганата калия, который регенерирует активную мембрану MnO₂ под окислительным действием перманганата калия. Если после нескольких регенераций эффект по-прежнему неудовлетворителен, необходимо заменить некоторые или все фильтрующие материалы. Марганцевые песчаные фильтры нельзя использовать одновременно с хлором – хлор повредит активную каталитическую пленку на поверхности марганцевого песка, что приведет к потере функции удаления железа и марганца.
V. Отчет об эксплуатации и техническом обслуживании системы фильтрации- на объекте
Обратная промывка требуется при повышении перепада давления; не ждите, пока сточные воды помутнеют, прежде чем начинать.
Тщательно контролируйте интенсивность обратной промывки; недостаточная обратная промывка не обеспечит надлежащую очистку, а чрезмерная обратная промывка приведет к потере фильтрующего материала.
Регулярно проверяйте толщину фильтрующего материала и при необходимости своевременно пополняйте его. Также проверьте водораспределительные колпачки и опорный слой в зависимости от состояния сточных вод.
Если оборудование необходимо отключить на длительный период, оставьте воду в резервуаре, чтобы предотвратить слипание и затвердевание фильтрующего материала.
Проверьте йодное число активированного угля по прибытии; если оно ниже расчетного значения, эффект адсорбции будет снижен, и от активированного угля следует отказаться.
