Sedimentatie en flotatie lossen het probleem op van verontreinigende stoffen die "zinken" en "drijven". Maar er is nog een ander soort onzuiverheid in water:-fijne zwevende stoffen, colloïdale deeltjes en opgeloste stoffen-die niet zinken of drijven. Wat te doen?
Hier komt filtratie om de hoek kijken. Simpel gezegd houdt filtratie in dat afvalwater door een laag filtermedia stroomt, waarbij wordt vertrouwd op de fysieke onderschepping, adsorptie en chemische werking van de filtermedia om resterende verontreinigende stoffen op te vangen.
Filtratie is het 'poortwachters'-proces in fysieke behandelingseenheden en een keerpunt in veel afvalwaterzuiveringsprocessen, en markeert de overgang van 'voorbehandeling' naar 'geavanceerde behandeling'. Veel afvalwaterzuiveringsprocessen die gericht zijn op hergebruik van teruggewonnen water en stabiel,-troebel effluent zijn sterk afhankelijk van filtratie! In dit artikel worden de drie meest gebruikte filtermedia besproken-kwartszand, actieve kool en mangaanzand-wat ze doen, hoe ze op-site kunnen worden gebruikt en hoe ze kunnen worden geregenereerd en onderhouden als ze verstopt of verzadigd raken.
I. Basisprincipes van filtratie
Beschouw filtratie niet simpelweg als “zand zeven”; het gaat in feite om het samenwerken van meerdere functies.
Mechanische onderschepping: Deeltjes groter dan de openingen in het filtermedia worden direct onderschept. Dit is de meest intuïtieve filtratiemethode, maar niet effectief voor deeltjes die kleiner zijn dan de gaten.
Traagheidsimpact: Terwijl water rond de filtermediadeeltjes stroomt, wijken fijne deeltjes af van hun stroomlijnen als gevolg van traagheid en botsen ze met het filtermediaoppervlak, waardoor ze zich hechten. Hoe sterker de waterstroom, hoe groter het onderscheppingseffect.
Adsorptie en adhesie: Fysisch-chemische interacties (van der Waals-krachten, elektrostatische krachten) op het filtermedia-oppervlak adsorberen kleine deeltjes op het oppervlak. De poreuze structuur van actieve kool zorgt ook voor een sterk fysisch adsorptievermogen. Dit is een belangrijk mechanisme voor het filteren en verwijderen van fijne deeltjes en opgeloste stoffen.
Bioflocculatie: Nadat zich een biofilm op het oppervlak van het filtermedium heeft gevormd, kunnen extracellulaire polymeren, uitgescheiden door micro-organismen, zich hechten aan zwevende vaste stoffen in het water, terwijl ze tegelijkertijd een deel van het organische materiaal biologisch afbreken, waardoor de kwaliteit van het effluent verbetert.
Sedimentatie: De waterstroomsnelheid is extreem langzaam in de poriën van de filterlaag en sommige kleine deeltjes zetten zich als gevolg van de zwaartekracht op het oppervlak van het filtermedium neer.
II. Kwartszandfiltratie – een veelgebruikte voor-voorfiltratiemethode
Kwartszand is het meest gebruikte filtermedium. Kwartszand wordt gekenmerkt door hoge hardheid, stabiele eigenschappen, lage kosten en brede beschikbaarheid.
Geschikt voor: Het verwijderen van zwevende deeltjes, vertroebeling en sommige colloïdale deeltjes uit water. De troebelheid van het effluent kan stabiel worden teruggebracht tot minder dan 1 NTU. Het kan worden gebruikt als diepe behandelingseenheid voor het afvalwater van secundaire sedimentatietanks, of als voor-voorfilter voor actieve koolfilters en membraansystemen.
Bedrijfsparameters: De algemeen gebruikte effectieve deeltjesgrootte is 0,5 ~ 1,2 mm, de filterbeddikte is 0,7 ~ 1,5 m en de filtratiesnelheid is 5 ~ 10 m/u. Een te hoge filtratiesnelheid leidt tot een snelle toename van het drukverlies en een kortere cyclustijd; een te lage snelheid resulteert in een laag apparatuurgebruik.
Veel voorkomende typen: drukfiltertanks (gesloten en onder druk, aangedreven door een pomp) en zwaartekrachtfilters (open type, afhankelijk van het waterniveauverschil voor zwaartekrachtstroming).
Belangrijkste onderhoudspunten: De kern is terugspoelen. Naarmate de hoeveelheid opgevangen materiaal toeneemt, neemt het drukverlies toe en neemt de effluentstroom af, waardoor terugspoelen -met behulp van omgekeerde waterstroom nodig is om het filterbed te verspreiden en de opgesloten onzuiverheden weg te spoelen. De terugspoelintensiteit bedraagt doorgaans 12-15 liter/(m²·s), met een expansiesnelheid van ongeveer 25%-45%, die 5-10 minuten duurt. Voor het terugspoelen wordt schoon water gebruikt; luchtwassen kan nodig zijn om het waseffect te versterken. Tijdens bedrijf moet de filterbedhoogte regelmatig worden gecontroleerd op afname (zandverlies of slijtage). Als de afname groter is dan 10%, moet zand worden toegevoegd om verdunning van het filterbed en daaropvolgende penetratie van zwevende vaste stoffen in het effluent te voorkomen.
III. Actieve koolfiltratie – een filtermedium van Special Forces voor ontkleuring en geurverwijdering
Actieve kool heeft een enorm specifiek oppervlak (500-1500 m² per gram) en een goed ontwikkelde microporeuze structuur, met een extreem sterk adsorptievermogen voor organisch materiaal, kleur en geur.
Geschikt voor: Het verwijderen van opgelost organisch materiaal (CZV), kleur, restchloor en geur uit water. Actieve kool heeft een snelle reductiecapaciteit voor vrij chloor en wordt vaak gebruikt voor dechlorering om stroomafwaartse membraansystemen te beschermen; het heeft een aanzienlijk verwijderend effect op synthetische kleurstoffen, humusachtige stoffen en andere kleur-ontwikkelende stoffen; het heeft ook een aanzienlijke adsorptiecapaciteit voor geurveroorzakende stoffen-, zoals thiolen en fenolen.
Bedrijfsparameters: Veelgebruikte typen actieve kool zijn op steenkool-gebaseerd en op fruitschaal-gebaseerd. De dikte van het filterbed is 1-2 meter, de filtratiesnelheid is 4-10 meter/uur en het water moet minimaal 6-15 minuten tussen de filtermedia blijven; onvoldoende contacttijd vermindert de adsorptie-efficiëntie aanzienlijk.
Regeneratie en vervanging: Actieve kool vereist behandeling na adsorptieverzadiging. Thermische regeneratie is de meest grondige methode.-Het pyrolyseren en vergassen van het geadsorbeerde organische materiaal bij 800-900 graden herstelt de adsorptiecapaciteit, waardoor een regeneratiesnelheid van 85%-95% wordt bereikt. Deze methode brengt hoge investerings- en exploitatiekosten met zich mee, geschikt voor gecentraliseerde regeneratie in grote systemen. Bij chemische regeneratie worden zuren, alkaliën of organische oplosmiddelen gebruikt om het adsorbaat te desorberen; het is eenvoudig te bedienen, maar heeft een lage regeneratiesnelheid (50%-70%) en genereert regeneratieafvalvloeistof die behandeling vereist. Bij kleinschalige waterbehandelingsapparatuur is het direct vervangen van verzadigde actieve kool door nieuwe koolstof economischer; afvalkoolstof kan door professionele organisaties worden verwijderd of als brandstof voor verbranding worden gebruikt.
Onderhoudspunten: Actieve koolfilters vereisen ook regelmatig terugspoelen met een intensiteit van 10-12 liter/m²·seconde om overmatige slijtage van actieve kooldeeltjes te voorkomen. Controleer regelmatig de CZV of kleur van het effluent. Als er tekenen van penetratie worden waargenomen, schakel dan onmiddellijk over naar een back-uptank met actieve kool of bereid u voor op regeneratie. Micro-organismen groeien gemakkelijk op het oppervlak van actieve kool; daarom moet het resterende chloor in het influent tijdens bedrijf worden gecontroleerd en moet de koolstoflaag indien nodig regelmatig worden gedesinfecteerd.
IV. Mangaanzandfiltratie – specifiek voor het verwijderen van ijzer- en mangaanionen uit water
Mangaanzand is een speciaal filtermedium, voornamelijk samengesteld uit mangaandioxide (MnO₂). Het is niet afhankelijk van fysieke onderschepping, maar van chemische katalytische oxidatie.
Geschikt voor: Het specifiek verwijderen van ijzer- en mangaanionen uit grondwater of industrieel afvalwater. IJzer bestaat in opgeloste Fe²⁺-vorm en mangaan in opgeloste Mn²⁺-vorm, die niet kan worden verwijderd door conventionele sedimentatie en filtratie. De actieve mangaandioxidefilm op het oppervlak van de mangaanzandfiltermedia oxideert Fe²⁺ en Mn²⁺ katalytisch, waardoor Fe³⁺- en Mn⁴⁺-hydroxideprecipitaten ontstaan, die vervolgens worden vastgehouden en verwijderd door de filterlaag.
Bedrijfsparameters: Effectieve deeltjesgrootte van mangaanzand: 0,6 ~ 2,0 mm; dikte van de filterlaag: doorgaans 0,8 ~ 1,2 m. De filtratiesnelheid wordt doorgaans geregeld op 5-8 meter per uur; een te hoge snelheid zal resulteren in een onvoldoende oxidatiereactie, wat leidt tot penetratie van ijzer en mangaan. De pH van het influent mag niet lager zijn dan 6,5 (de oxidatiereactie stopt bijna onder pH 6,0) en de opgeloste zuurstof moet voldoende zijn (in het algemeen is beluchting vereist voordat het filterbed wordt betreden).
Onderhoudspunten: Tijdens het ijzer- en mangaanverwijderingsproces met behulp van mangaanzandfiltermedia zal ijzerhydroxide (roodachtig-bruin van kleur) zich voortdurend afzetten op het oppervlak van het filterbed, waardoor regelmatig terugspoelen nodig is om dit te verwijderen. De terugspoelintensiteit is doorgaans 15-18 liter/(m²·s), iets hoger dan die van kwartszand, waarbij de expansiesnelheid wordt gecontroleerd op 30%-50%. Na langdurig gebruik kan de actieve film op het mangaanzandoppervlak verouderen of loslaten, waardoor de behandelingsefficiëntie afneemt. Membraanregeneratie kan worden bereikt door periodiek een kleine hoeveelheid kaliumpermanganaat toe te voegen, waardoor het actieve MnO₂-membraan wordt geregenereerd onder het oxidatie-effect van kaliumpermanganaat. Als het effect na meerdere regeneraties nog steeds niet bevredigend is, moeten de filtermedia geheel of gedeeltelijk worden vervangen. Mangaanzandfilters kunnen niet gelijktijdig met chloor worden gebruikt. Chloor zal de actieve katalytische film op het mangaanzandoppervlak beschadigen, wat leidt tot verlies van de ijzer- en mangaanverwijderingsfunctie.
V. Bedrijfs- en onderhoudsrapport-op locatie van het filtersysteem
Terugspoelen is vereist wanneer het drukverschil toeneemt; wacht niet tot het effluent troebel is voordat u begint.
Controleer de terugspoelintensiteit zorgvuldig; onvoldoende terugspoelen zal niet goed reinigen, terwijl overmatig terugspoelen ervoor zorgt dat filtermedia verloren gaan.
Controleer regelmatig de dikte van de filtermedia en vul deze indien nodig onmiddellijk bij. Controleer ook de waterverdeelkappen en steunlaag op basis van de toestand van het effluent.
Als de apparatuur voor langere tijd wordt uitgeschakeld, zorg er dan voor dat er water in de tank blijft om te voorkomen dat de filtermedia gaan klonteren en uitharden.
Controleer bij aankomst het jodiumgehalte van de actieve kool; als deze lager is dan de ontwerpwaarde, wordt het adsorptie-effect verminderd en moet de actieve kool worden afgewezen.