Çoklu-Medya Filtrasyon Bilimi: Kuvars Kumu, Aktif Karbon ve Manganez Kumu Filtrasyonunun Kullanımı ve Yenilenmesi

Sedimantasyon ve yüzdürme, "batan" ve "yüzen" kirletici maddeler sorununu çözer. Ancak suda-ince askıda kalan katı maddeler, kolloidal parçacıklar ve çözünmüş maddelerde-ne batan ne de yüzen başka bir tür kirlilik vardır. Ne yapalım?

Filtrelemenin devreye girdiği yer burasıdır. Basitçe ifade etmek gerekirse, filtreleme, artık kirleticileri yakalamak için filtre ortamının fiziksel müdahalesine, adsorpsiyonuna ve kimyasal etkisine dayanarak atık suyun bir filtre ortamı katmanından geçmesine izin verilmesini içerir.

Filtrasyon, fiziksel arıtma birimlerindeki "bekçilik" sürecidir ve birçok atık su arıtma prosesinde "ön arıtma"dan "ileri arıtma"ya geçişi işaret eden bir dönüm noktasıdır. Geri kazanılmış suyun yeniden kullanımını ve stabil, düşük-bulanıklıktaki atık suyu hedefleyen birçok atık su arıtma işlemi büyük ölçüde filtrelemeye dayanır! Bu makalede en sık kullanılan üç filtre ortamının-kuvars kumu, aktif karbon ve manganez kumu-ne yaptıkları, bunların sahada- nasıl kullanılacağı ve tıkandıklarında veya doygunlaştıklarında bunların nasıl yenileneceği ve bakımının nasıl yapılacağı anlatılmaktadır.

Filtrasyon işlemini basitçe "kumun elenmesi" olarak düşünmeyin; aslında birlikte çalışan birçok işlevi içerir.

Mekanik müdahale: Filtre ortamı boşluklarından daha büyük parçacıklar doğrudan yakalanır. Bu en sezgisel filtreleme yöntemidir ancak boşluklardan daha küçük parçacıklar için etkisizdir.

Atalet çarpması: Su, filtre ortamı parçacıklarının etrafından akarken, ince parçacıklar atalet nedeniyle akış çizgilerinden sapar ve filtre ortamı yüzeyiyle çarpışarak yapışır. Su akışı ne kadar güçlü olursa, durdurma etkisi de o kadar belirgin olur.

Adsorpsiyon ve yapışma: Filtre ortamı yüzeyindeki fizikokimyasal etkileşimler (van der Waals kuvvetleri, elektrostatik kuvvetler) küçük parçacıkları yüzeye adsorbe eder. Aktif karbonun gözenekli yapısı aynı zamanda güçlü fiziksel adsorpsiyon kapasitesi sağlar. Bu, ince parçacıkların ve çözünmüş maddelerin filtrelenmesi ve uzaklaştırılması için önemli bir mekanizmadır.

Biyoflokülasyon: Filtre ortamı yüzeyinde bir biyofilm oluştuktan sonra, mikroorganizmalar tarafından salgılanan hücre dışı polimerler sudaki askıda katı maddelere yapışabilir, aynı zamanda bazı organik maddeleri biyolojik olarak parçalayarak atık suyun kalitesini artırabilir.

Sedimantasyon: Filtre katmanının gözeneklerinde suyun akış hızı son derece yavaştır ve yerçekimi nedeniyle bazı küçük parçacıklar filtre ortamı yüzeyine yerleşir.

Kuvars kumu en yaygın kullanılan filtre ortamıdır. Kuvars kumu, yüksek sertlik, istikrarlı özellikler, düşük maliyet ve geniş bulunabilirlik ile karakterize edilir.

Uygun olduğu yerler: Askıda katı maddelerin, bulanıklığın ve bazı koloidal parçacıkların sudan uzaklaştırılması. Atık su bulanıklığı istikrarlı bir şekilde 1 NTU'nun altına düşürülebilir. İkincil çökeltme tankı atık suyu için derin arıtma ünitesi olarak veya aktif karbon filtreler ve membran sistemleri için ön-filtre olarak kullanılabilir.

Çalışma parametreleri: Yaygın olarak kullanılan etkin parçacık boyutu 0,5~1,2 mm, filtre yatağı kalınlığı 0,7~1,5 m ve filtreleme hızı 5~10 m/saattir. Çok yüksek bir filtreleme hızı, yük kaybında hızlı artışlara ve çevrim süresinin kısalmasına neden olur; Çok düşük bir hız, ekipmanın düşük kullanımına neden olur.

Yaygın tipler: Basınçlı filtre tankları (kapalı ve basınçlı, bir pompayla çalıştırılan) ve yerçekimi filtreleri (açık tip, yerçekimi akışı için su seviyesi farkına dayanan).

Temel bakım noktaları: Çekirdek geri yıkamadır. Sıkışan malzeme miktarı arttıkça yük kaybı artar ve atık su akışı azalır, bu da filtre yatağını dağıtmak ve sıkışan yabancı maddeleri temizlemek için ters su akışının kullanıldığı-geri yıkamayı gerektirir. Geri yıkama yoğunluğu tipik olarak 12-15 litre/(m²·s) olup genleşme oranı yaklaşık %25-%45'tir ve 5-10 dakika sürer. Geri yıkama için temiz su kullanılır; Yıkama etkisini arttırmak için havayla fırçalama gerekli olabilir. Çalışma sırasında filtre yatağı yüksekliğinde bir azalma (kum kaybı veya aşınma) olup olmadığı düzenli olarak kontrol edilmelidir. Düşüş %10'u aşarsa, filtre yatağının incelmesini ve ardından askıda katı maddelerin atık suya nüfuz etmesini önlemek için kum eklenmesi gerekir.

Aktif karbon, çok büyük bir spesifik yüzey alanına (gram başına 500-1500 m²) ve iyi gelişmiş bir mikro gözenekli yapıya sahip olup, organik madde, renk ve koku için son derece güçlü bir adsorpsiyon kapasitesi sergiler.

Uygun olduğu yerler: Sudan çözünmüş organik madde (COD), renk, artık klor ve kokunun giderilmesi. Aktif karbon, serbest klor için hızlı bir indirgeme kapasitesine sahiptir ve genellikle aşağı yöndeki membran sistemlerini korumak amacıyla klorsuzlaştırma için kullanılır; sentetik boyalar, humik maddeler ve diğer renk-geliştirici maddeler üzerinde önemli bir temizleme etkisine sahiptir; aynı zamanda tiyoller ve fenoller gibi -kokuya neden olan maddeler için de önemli bir adsorpsiyon kapasitesine sahiptir.

Çalışma Parametreleri: Yaygın olarak kullanılan aktif karbon türleri kömür-bazlı ve meyve kabuğu-bazlıdır. Filtre yatağı kalınlığı 1-2 metre, filtrasyon hızı 4-10 metre/saat olmalı, filtre ortamı arasında en az 6-15 dakika su kalmalıdır; yetersiz temas süresi adsorpsiyon verimliliğini önemli ölçüde azaltır.

Rejenerasyon ve Değiştirme: Aktif karbon, adsorpsiyon doygunluğundan sonra işlem gerektirir. Termal rejenerasyon, adsorbe edilen organik maddenin-800-900 derecede pirolize edilmesi ve gazlaştırılmasının en kapsamlı yöntemi olup, adsorpsiyon kapasitesini geri kazandırır ve %85-%95'lik bir rejenerasyon oranına ulaşır. Bu yöntem, büyük sistemlerde merkezi rejenerasyona uygun, yüksek yatırım ve işletme maliyetleri içerir. Kimyasal rejenerasyon, adsorbatın desorbe edilmesi için asitler, alkaliler veya organik çözücüler kullanır; Çalıştırılması basittir ancak yenilenme oranı düşüktür (%50-%70) ve arıtma gerektiren yenilenme atık sıvısı üretir. Küçük ölçekli su arıtma ekipmanlarında doymuş aktif karbonun doğrudan yeni karbonla değiştirilmesi daha ekonomiktir; atık karbon profesyonel kuruluşlar tarafından bertaraf edilebileceği gibi yakılmak üzere yakıt olarak da kullanılabilir.

Bakım Noktaları: Aktif karbon filtreler ayrıca aktif karbon parçacıklarının aşırı aşınmasını önlemek için 10-12 litre/m²·saniye yoğunlukta düzenli geri yıkama gerektirir. Atık suyun KOİ'sini veya rengini düzenli olarak izleyin. Delme işaretleri tespit edilirse derhal yedek aktif karbon tankına geçin veya rejenerasyona hazırlanın. Aktif karbonun yüzeyinde mikroorganizmalar kolaylıkla çoğalır; bu nedenle işletme sırasında giriş suyundaki kalıntı klor kontrol edilmeli ve gerekirse karbon tabakası düzenli olarak dezenfekte edilmelidir.

Manganez kumu, esas olarak manganez dioksitten (MnO₂) oluşan özel bir filtre ortamıdır. Fiziksel müdahaleye değil, kimyasal katalitik oksidasyona dayanır.

Uygun olduğu yerler: Demir ve manganez iyonlarının yeraltı sularından veya endüstriyel atık sulardan özel olarak uzaklaştırılması. Demir çözünmüş Fe²⁺ formunda ve manganez çözünmüş Mn²⁺ formunda bulunur ve bunlar geleneksel sedimantasyon ve filtrasyonla giderilemez. Manganez kumu filtre ortamının yüzeyindeki aktif manganez dioksit filmi, Fe²⁺ ve Mn²⁺'yi katalitik olarak oksitleyerek Fe³⁺ ve Mn⁴⁺ hidroksit çökeltileri oluşturur ve bunlar daha sonra filtre katmanı tarafından tutulur ve çıkarılır.

Çalışma Parametreleri: Manganez kumunun etkili parçacık boyutu: 0,6~2,0 mm; filtre katmanı kalınlığı: genellikle 0,8~1,2 m. Filtrasyon hızı genellikle saatte 5-8 metre olarak kontrol edilir; çok yüksek bir hız, yetersiz oksidasyon reaksiyonuna yol açarak demir ve manganezin nüfuz etmesine yol açacaktır. Giriş pH'ı 6,5'ten düşük olmamalıdır (oksidasyon reaksiyonu pH 6,0'ın altında neredeyse durur) ve çözünmüş oksijen yeterli olmalıdır (genellikle filtre yatağına girmeden önce havalandırma gerekir).

Bakım Noktaları: Manganez kumu filtre ortamı kullanılarak yapılan demir ve manganez giderme işlemi sırasında, demir hidroksit (kırmızımsı-kahverengi renkli) filtre yatağı yüzeyinde sürekli olarak birikecek ve bunun giderilmesi için düzenli geri yıkama yapılması gerekecektir. Geri yıkama yoğunluğu tipik olarak 15-18 litre/(m²·s) olup, kuvars kumundan biraz daha yüksektir ve genleşme oranı %30-%50'de kontrol edilir. Uzun süreli çalışmadan sonra manganez kumu yüzeyindeki aktif film eskiyebilir veya ayrılabilir, bu da arıtma verimliliğini azaltabilir. Membran rejenerasyonu, potasyum permanganatın oksidasyon etkisi altında aktif MnO₂ membranını yenileyen az miktarda potasyum permanganatın periyodik olarak eklenmesiyle sağlanabilir. Birden fazla rejenerasyondan sonra etki hala tatmin edici değilse, filtre ortamının bir kısmının veya tamamının değiştirilmesi gerekir. Manganez kum filtreleri klor-klor ile aynı anda kullanılamadığında manganez kumu yüzeyindeki aktif katalitik filme zarar vererek demir ve manganez giderme fonksiyonunun kaybına yol açacaktır.

Fark basıncı arttığında geri yıkama gereklidir; Başlamadan önce atık su bulanık hale gelene kadar beklemeyin.
Geri yıkama yoğunluğunu dikkatli bir şekilde kontrol edin; Yetersiz geri yıkama düzgün bir şekilde temizlemeyecek, aşırı geri yıkama ise filtre ortamının kaybolmasına neden olacaktır.
Filtre ortamının kalınlığını düzenli olarak kontrol edin ve gerekirse hemen doldurun. Ayrıca atık su durumuna göre su dağıtım kapaklarını ve destek katmanını kontrol edin.
Ekipman uzun bir süre kapalı kalacaksa, filtre ortamının topaklanıp sertleşmesini önlemek için tankta su bulundurun.
Varışta aktif karbonun iyot değerini kontrol edin; tasarım değerinden düşükse adsorpsiyon etkisi azalacak ve aktif karbon reddedilmelidir.