Multimedia-Filtrationswissenschaft: Verwendung und Regeneration der Quarzsand-, Aktivkohle- und Mangansandfiltration

Sedimentation und Flotation lösen das Problem des „Sinkens“ und „Schwimmens“ von Schadstoffen. Aber es gibt noch eine andere Art von Verunreinigung im Wasser-feine suspendierte Feststoffe, kolloidale Partikel und gelöste Substanzen-die weder sinken noch schwimmen. Was zu tun?

Hier kommt die Filtration ins Spiel. Einfach ausgedrückt geht es bei der Filtration darum, Abwasser durch eine Filtermedienschicht fließen zu lassen und dabei auf die physikalische Aufnahme, Adsorption und chemische Wirkung des Filtermediums zu setzen, um restliche Schadstoffe einzufangen.

Die Filtration ist der „Gatekeeping“-Prozess in physikalischen Aufbereitungsanlagen und ein Wendepunkt in vielen Abwasseraufbereitungsprozessen, da sie den Übergang von der „Voraufbereitung“ zur „fortgeschrittenen Aufbereitung“ markiert. Viele Abwasseraufbereitungsprozesse, die auf die Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser und ein stabiles Abwasser mit geringer -Trübung abzielen, sind stark auf die Filtration angewiesen! In diesem Artikel geht es um die drei am häufigsten verwendeten Filtermedien-Quarzsand, Aktivkohle und Mangansand-was sie tun, wie man sie vor Ort-verwendet und wie man sie regeneriert und pflegt, wenn sie verstopft oder gesättigt sind.

Stellen Sie sich Filtration nicht einfach als „Sandsieben“ vor; Dabei handelt es sich tatsächlich um die Zusammenarbeit mehrerer Funktionen.

Mechanisches Abfangen: Partikel, die größer als die Filtermedienlücken sind, werden direkt abgefangen. Dies ist die intuitivste Filtermethode, aber für Partikel, die kleiner als die Lücken sind, unwirksam.

Trägheitseinwirkung: Wenn Wasser um die Partikel des Filtermediums herumfließt, weichen feine Partikel aufgrund der Trägheit von ihrer Stromlinie ab und kollidieren mit der Oberfläche des Filtermediums, wodurch sie haften bleiben. Je stärker die Wasserströmung ist, desto größer ist der Abfangeffekt.

Adsorption und Adhäsion: Physikochemische Wechselwirkungen (Van-der-Waals-Kräfte, elektrostatische Kräfte) auf der Filtermedienoberfläche adsorbieren winzige Partikel auf der Oberfläche. Die poröse Struktur von Aktivkohle sorgt außerdem für eine starke physikalische Adsorptionsfähigkeit. Dies ist ein wichtiger Mechanismus zum Filtern und Entfernen feiner Partikel und gelöster Substanzen.

Bioflockung: Nachdem sich auf der Oberfläche des Filtermediums ein Biofilm gebildet hat, können von Mikroorganismen abgesonderte extrazelluläre Polymere an suspendierten Feststoffen im Wasser haften und gleichzeitig einige organische Stoffe biologisch abbauen, was die Qualität des Abwassers verbessert.

Sedimentation: Die Wasserströmungsgeschwindigkeit in den Poren der Filterschicht ist extrem langsam und einige kleine Partikel setzen sich aufgrund der Schwerkraft auf der Oberfläche des Filtermediums ab.

Quarzsand ist das am häufigsten verwendete Filtermedium. Quarzsand zeichnet sich durch hohe Härte, stabile Eigenschaften, niedrige Kosten und große Verfügbarkeit aus.

Geeignet für: Entfernung von Schwebstoffen, Trübungen und einigen kolloidalen Partikeln aus Wasser. Die Trübung des Abwassers kann stabil auf unter 1 NTU reduziert werden. Es kann als Tiefenbehandlungseinheit für Nachklärbeckenabwasser oder als Vorfilter für Aktivkohlefilter und Membransysteme verwendet werden.

Betriebsparameter: Die üblicherweise verwendete effektive Partikelgröße beträgt 0,5–1,2 mm, die Filterbettdicke beträgt 0,7–1,5 m und die Filtrationsgeschwindigkeit beträgt 5–10 m/h. Eine zu hohe Filtrationsgeschwindigkeit führt zu einem schnellen Anstieg des Druckverlusts und einer verkürzten Zykluszeit; Eine zu niedrige Geschwindigkeit führt zu einer geringen Geräteauslastung.

Gängige Typen: Druckfiltertanks (geschlossen und unter Druck gesetzt, angetrieben durch eine Pumpe) und Schwerkraftfilter (offener Typ, abhängig vom Wasserstandsunterschied für den Schwerkraftfluss).

Wichtige Wartungspunkte: Der Kern ist die Rückspülung. Wenn die Menge des eingefangenen Materials zunimmt, steigt der Druckverlust und der Abwasserfluss nimmt ab, was eine Rückspülung-mit umgekehrtem Wasserfluss erforderlich macht, um das Filterbett zu verteilen und die eingefangenen Verunreinigungen wegzuspülen. Die Rückspülintensität beträgt typischerweise 12–15 Liter/(m²·s), mit einer Expansionsrate von etwa 25–45 % und dauert 5–10 Minuten. Zur Rückspülung wird sauberes Wasser verwendet; Um den Wascheffekt zu verstärken, kann eine Luftwäsche erforderlich sein. Während des Betriebs sollte die Filterbetthöhe regelmäßig auf eine Abnahme (Sandverlust oder Verschleiß) überprüft werden. Wenn die Abnahme 10 % übersteigt, muss Sand hinzugefügt werden, um eine Verdünnung des Filterbetts und ein anschließendes Eindringen von Schwebstoffen in das Abwasser zu verhindern.

Aktivkohle besitzt eine große spezifische Oberfläche (500-1500 m² pro Gramm) und eine gut entwickelte mikroporöse Struktur und weist eine extrem starke Adsorptionsfähigkeit für organische Stoffe, Farbe und Geruch auf.

Geeignet für: Entfernung gelöster organischer Stoffe (CSB), Farbe, Restchlor und Geruch aus Wasser. Aktivkohle hat eine schnelle Reduktionskapazität für freies Chlor und wird häufig zur Entchlorung verwendet, um nachgeschaltete Membransysteme zu schützen; es hat eine erhebliche Entfernungswirkung auf synthetische Farbstoffe, Huminstoffe und andere farbgebende Substanzen; Es verfügt außerdem über ein erhebliches Adsorptionsvermögen für geruchsverursachende Substanzen wie Thiole und Phenole.

Betriebsparameter: Häufig verwendete Aktivkohlearten basieren auf Kohle-und auf Fruchtschalen-. Die Dicke des Filterbetts beträgt 1–2 Meter, die Filtrationsgeschwindigkeit beträgt 4–10 Meter/Stunde und das Wasser sollte mindestens 6–15 Minuten zwischen den Filtermedien verbleiben; Eine unzureichende Kontaktzeit verringert die Adsorptionseffizienz erheblich.

Regeneration und Ersatz: Aktivkohle muss nach der Adsorptionssättigung behandelt werden. Die thermische Regeneration ist die gründlichste Methode. {{1}Durch die Pyrolyse und Vergasung der adsorbierten organischen Substanz bei 800 -900 Grad wird die Adsorptionskapazität wiederhergestellt und eine Regenerationsrate von 85–95 % erreicht. Diese Methode ist mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden und eignet sich für die zentrale Regeneration in großen Systemen. Bei der chemischen Regeneration werden Säuren, Laugen oder organische Lösungsmittel zur Desorption des Adsorbats verwendet. Es ist einfach zu bedienen, hat aber eine niedrige Regenerationsrate (50–70 %) und erzeugt Regenerationsabfallflüssigkeit, die behandelt werden muss. In kleinen Wasseraufbereitungsanlagen ist der direkte Ersatz gesättigter Aktivkohle durch neue Kohle wirtschaftlicher; Abfallkohlenstoff kann von professionellen Organisationen entsorgt oder als Brennstoff für die Verbrennung verwendet werden.

Wartungspunkte: Aktivkohlefilter erfordern außerdem eine regelmäßige Rückspülung mit einer Intensität von 10–12 Litern/m²·Sekunde, um übermäßigen Verschleiß der Aktivkohlepartikel zu verhindern. Überwachen Sie regelmäßig den CSB oder die Farbe des Abwassers. Wenn Anzeichen einer Penetration festgestellt werden, wechseln Sie umgehend zu einem Ersatz-Aktivkohletank oder bereiten Sie sich auf die Regeneration vor. Auf der Oberfläche von Aktivkohle wachsen leicht Mikroorganismen; Daher muss der Restchlorgehalt im Zufluss während des Betriebs kontrolliert werden und die Kohlenstoffschicht sollte bei Bedarf regelmäßig desinfiziert werden.

Mangansand ist ein spezielles Filtermedium, das hauptsächlich aus Mangandioxid (MnO₂) besteht. Es beruht nicht auf physikalischem Abfangen, sondern auf chemischer katalytischer Oxidation.

Geeignet für: Gezielte Entfernung von Eisen- und Manganionen aus Grundwasser oder Industrieabwässern. Eisen liegt in gelöster Fe²⁺-Form und Mangan in gelöster Mn²⁺-Form vor, die durch herkömmliche Sedimentation und Filtration nicht entfernt werden können. Der aktive Mangandioxidfilm auf der Oberfläche des Mangansandfiltermediums oxidiert Fe²⁺ und Mn²⁺ katalytisch und erzeugt Fe³⁺- und Mn⁴⁺-Hydroxidniederschläge, die dann von der Filterschicht zurückgehalten und entfernt werden.

Betriebsparameter: Effektive Partikelgröße von Mangansand: 0,6–2,0 mm; Filterschichtdicke: im Allgemeinen 0,8 bis 1,2 m. Die Filtrationsgeschwindigkeit wird im Allgemeinen auf 5–8 Meter pro Stunde geregelt; Eine zu hohe Geschwindigkeit führt zu einer unzureichenden Oxidationsreaktion, was zum Eindringen von Eisen und Mangan führt. Der pH-Wert des Zuflusses sollte nicht unter 6,5 liegen (unterhalb von pH 6,0 kommt die Oxidationsreaktion fast zum Stillstand) und der gelöste Sauerstoff sollte ausreichend sein (im Allgemeinen ist vor dem Eintritt in das Filterbett eine Belüftung erforderlich).

Wartungspunkte: Während des Eisen- und Manganentfernungsprozesses mithilfe von Mangansandfiltermedien lagert sich Eisenhydroxid (rötlich-braun gefärbt) kontinuierlich auf der Filterbettoberfläche ab und erfordert eine regelmäßige Rückspülung, um es zu entfernen. Die Rückspülintensität beträgt typischerweise 15-18 Liter/(m²·s) und ist damit etwas höher als die von Quarzsand, wobei die Expansionsrate auf 30 %-50 % geregelt wird. Nach längerem Betrieb kann der aktive Film auf der Mangansandoberfläche altern oder sich ablösen, was die Behandlungseffizienz verringert. Eine Membranregeneration kann durch regelmäßige Zugabe einer kleinen Menge Kaliumpermanganat erreicht werden, wodurch die aktive MnO₂-Membran unter der Oxidationswirkung von Kaliumpermanganat regeneriert wird. Sollte die Wirkung nach mehreren Regenerationen immer noch unbefriedigend sein, müssen einige oder alle Filtermedien ausgetauscht werden. Mangansandfilter können nicht gleichzeitig mit Chlor verwendet werden. Chlor beschädigt den aktiven katalytischen Film auf der Mangansandoberfläche und führt zum Verlust der Eisen- und Manganentfernungsfunktion.

Bei steigendem Differenzdruck ist eine Rückspülung erforderlich; Warten Sie nicht, bis das Abwasser trübe ist, bevor Sie beginnen.
Kontrollieren Sie die Intensität der Rückspülung sorgfältig; Eine unzureichende Rückspülung reinigt nicht richtig, während eine übermäßige Rückspülung zum Verlust von Filtermedien führt.
Überprüfen Sie regelmäßig die Dicke des Filtermediums und füllen Sie es bei Bedarf zeitnah auf. Überprüfen Sie außerdem die Wasserverteilerkappen und die Stützschicht basierend auf dem Zustand des Abwassers.
Wenn das Gerät über einen längeren Zeitraum abgeschaltet werden muss, lassen Sie Wasser im Tank, um ein Verklumpen und Aushärten des Filtermediums zu verhindern.
Überprüfen Sie bei der Ankunft den Jodwert der Aktivkohle; Liegt er unter dem Auslegungswert, wird die Adsorptionswirkung verringert und die Aktivkohle sollte verworfen werden.