วิทยาศาสตร์การกรองสื่อหลากหลาย-: การใช้และการฟื้นฟูทรายควอตซ์ ถ่านกัมมันต์ และทรายแมงกานีส

การตกตะกอนและการลอยตัวช่วยแก้ปัญหามลพิษที่ "จม" และ "ลอย" แต่มีสิ่งเจือปนอีกประเภทหนึ่งในน้ำ-ของแข็งแขวนลอยละเอียด อนุภาคคอลลอยด์ และสารที่ละลายได้- ซึ่งไม่จมหรือลอย จะทำอย่างไร?

นี่คือที่มาของการกรอง พูดง่ายๆ ก็คือ การกรองเกี่ยวข้องกับการปล่อยให้น้ำเสียไหลผ่านชั้นตัวกลางกรอง โดยอาศัยการสกัดกั้นทางกายภาพ การดูดซับ และการกระทำทางเคมีของตัวกลางกรองเพื่อดักจับมลพิษที่ตกค้าง

การกรองเป็นกระบวนการ "เฝ้าประตู" ในหน่วยบำบัดทางกายภาพและช่วงเวลาต้นน้ำในกระบวนการบำบัดน้ำเสียหลายๆ กระบวนการ ถือเป็นการเปลี่ยนผ่านจาก "การบำบัดเบื้องต้น" เป็น "การบำบัดขั้นสูง" กระบวนการบำบัดน้ำเสียจำนวนมากมุ่งเป้าไปที่การนำน้ำกลับมาใช้ซ้ำและน้ำทิ้งที่มีความขุ่น-ที่เสถียรและเสถียรต้องอาศัยการกรองอย่างมาก! บทความนี้จะกล่าวถึงสื่อกรองที่ใช้บ่อยที่สุดสามประเภท-ทรายควอตซ์ ถ่านกัมมันต์ และทรายแมงกานีส- สิ่งที่พวกเขาทำ วิธีใช้งานบนไซต์- และวิธีการสร้างและบำรุงรักษาใหม่เมื่อเกิดการอุดตันหรืออิ่มตัว

อย่าคิดว่าการกรองเป็นเพียง "การกรองทราย"; ที่จริงแล้วมันเกี่ยวข้องกับฟังก์ชันหลายอย่างที่ทำงานร่วมกัน

การสกัดกั้นทางกล: อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่าช่องว่างของตัวกลางกรองจะถูกดักจับโดยตรง นี่เป็นวิธีการกรองที่ใช้งานง่ายที่สุด แต่ไม่ได้ผลกับอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าช่องว่าง

การกระแทกโดยเฉื่อย: ขณะที่น้ำไหลรอบๆ อนุภาคของตัวกรอง อนุภาคละเอียดจะเบี่ยงเบนไปจากความคล่องตัวเนื่องจากความเฉื่อย และชนกับพื้นผิวของตัวกรอง และเกิดการเกาะติดกัน ยิ่งการไหลของน้ำแรงขึ้นเท่าใด ผลการสกัดกั้นก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น

การดูดซับและการยึดเกาะ: ปฏิกิริยาเคมีฟิสิกส์ (แรง van der Waals, แรงไฟฟ้าสถิต) บนพื้นผิวตัวกลางกรองจะดูดซับอนุภาคขนาดเล็กลงบนพื้นผิว โครงสร้างที่มีรูพรุนของถ่านกัมมันต์ยังให้ความสามารถในการดูดซับทางกายภาพที่แข็งแกร่งอีกด้วย นี่เป็นกลไกสำคัญในการกรองและกำจัดอนุภาคละเอียดและสารที่ละลาย

การตกตะกอนทางชีวภาพ: หลังจากที่แผ่นชีวะก่อตัวบนพื้นผิวของตัวกลางกรอง โพลีเมอร์นอกเซลล์ที่ถูกหลั่งออกมาจากจุลินทรีย์สามารถเกาะติดกับของแข็งแขวนลอยในน้ำได้ ในขณะเดียวกันก็ย่อยสลายสารอินทรีย์บางชนิดไปพร้อมๆ กัน ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพของน้ำทิ้ง

การตกตะกอน: ความเร็วการไหลของน้ำจะช้ามากในรูพรุนของชั้นตัวกรอง และอนุภาคขนาดเล็กบางส่วนจะเกาะอยู่บนพื้นผิวของตัวกรองเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

ทรายควอตซ์เป็นสื่อกรองที่ใช้กันมากที่สุด ทรายควอทซ์มีลักษณะเด่นคือมีความแข็งสูง มีคุณสมบัติเสถียร ต้นทุนต่ำ และมีจำหน่ายในวงกว้าง

เหมาะสำหรับ: กำจัดของแข็งแขวนลอย ความขุ่น และอนุภาคคอลลอยด์บางส่วนออกจากน้ำ ความขุ่นของน้ำทิ้งสามารถลดลงได้อย่างเสถียรจนต่ำกว่า 1 NTU สามารถใช้เป็นหน่วยบำบัดเชิงลึกสำหรับน้ำทิ้งจากถังตกตะกอนทุติยภูมิ หรือเป็นตัวกรองเบื้องต้น-สำหรับตัวกรองถ่านกัมมันต์และระบบเมมเบรน

พารามิเตอร์การทำงาน: ขนาดอนุภาคที่มีประสิทธิภาพที่ใช้กันทั่วไปคือ 0.5~1.2 มม. ความหนาของแผ่นกรองคือ 0.7~1.5 ม. และความเร็วการกรองคือ 5~10 ม./ชม. ความเร็วการกรองสูงเกินไปทำให้การสูญเสียส่วนหัวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและรอบเวลาสั้นลง ความเร็วที่ต่ำเกินไปส่งผลให้มีการใช้อุปกรณ์ต่ำ

ประเภททั่วไป: ถังกรองแรงดัน (แบบปิดและมีแรงดัน ขับเคลื่อนด้วยปั๊ม) และตัวกรองแรงโน้มถ่วง (แบบเปิด ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของระดับน้ำสำหรับการไหลของแรงโน้มถ่วง)

จุดบำรุงรักษาที่สำคัญ: แกนกลางกำลังล้างย้อน เมื่อปริมาณของวัสดุที่ติดอยู่เพิ่มขึ้น การสูญเสียส่วนหัวจะเพิ่มขึ้นและการไหลของน้ำทิ้งจะลดลง ทำให้จำเป็นต้องล้างย้อน-โดยใช้การไหลของน้ำย้อนกลับเพื่อกระจายเบดตัวกรองและชะล้างสิ่งสกปรกที่ติดอยู่ออกไป โดยทั่วไปความเข้มข้นของน้ำยาย้อนจะอยู่ที่ 12-15 ลิตร/(ตร.ม.·วินาที) โดยมีอัตราการขยายตัวประมาณ 25%-45% ใช้เวลาประมาณ 5-10 นาที น้ำสะอาดใช้สำหรับการล้างย้อน อาจจำเป็นต้องฟอกอากาศเพื่อเพิ่มผลการซัก ในระหว่างการทำงาน ควรตรวจสอบความสูงของแผ่นกรองเป็นประจำเพื่อลด (การสูญเสียหรือการสึกหรอของทราย) หากการลดลงเกิน 10% จะต้องเติมทรายเพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นกรองบางลงและสารแขวนลอยจะซึมเข้าไปในน้ำทิ้งในภายหลัง

ถ่านกัมมันต์มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ (500-1,500 ตร.ม. ต่อกรัม) และมีโครงสร้างพรุนขนาดเล็กที่ได้รับการพัฒนามาอย่างดี มีความสามารถในการดูดซับสารอินทรีย์ สี และกลิ่นที่แข็งแกร่งมาก

เหมาะสำหรับ: กำจัดอินทรียวัตถุที่ละลายน้ำ (COD), สี, คลอรีนตกค้าง และกลิ่นออกจากน้ำ ถ่านกัมมันต์มีความสามารถในการลดคลอรีนอิสระอย่างรวดเร็ว และมักใช้สำหรับการกำจัดคลอรีนเพื่อปกป้องระบบเมมเบรนปลายน้ำ โดยมีผลในการกำจัดสีย้อมสังเคราะห์ สารฮิวมิก และสารที่ทำให้เกิดสีอื่นๆ-อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการดูดซับกลิ่นได้อย่างมาก-ซึ่งก่อให้เกิดสารต่างๆ เช่น ไทออลและฟีนอล

พารามิเตอร์การทำงาน: ถ่านกัมมันต์ที่ใช้กันทั่วไปเป็นแบบถ่านหิน-และเปลือกผลไม้- ความหนาของแผ่นกรองคือ 1-2 เมตร ความเร็วในการกรองคือ 4-10 เมตร/ชั่วโมง และน้ำควรอยู่ระหว่างสื่อกรองเป็นเวลาอย่างน้อย 6-15 นาที เวลาสัมผัสที่ไม่เพียงพอจะลดประสิทธิภาพการดูดซับลงอย่างมาก

การสร้างใหม่และทดแทน: ถ่านกัมมันต์จำเป็นต้องได้รับการบำบัดหลังจากการดูดซับอิ่มตัว การสร้างใหม่ด้วยความร้อนเป็นวิธีการที่ละเอียดที่สุด-การทำให้เป็นไพโรไลซ์และทำให้อินทรียวัตถุที่ถูกดูดซับถูกดูดซับที่อุณหภูมิ 800-900 องศา จะทำให้ความสามารถในการดูดซับกลับคืนมา โดยมีอัตราการสร้างใหม่อยู่ที่ 85%-95% วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการลงทุนและต้นทุนการดำเนินงานที่สูง เหมาะสำหรับการฟื้นฟูแบบรวมศูนย์ในระบบขนาดใหญ่ การฟื้นฟูทางเคมีใช้กรด ด่าง หรือตัวทำละลายอินทรีย์เพื่อดูดซับตัวดูดซับ ใช้งานง่าย แต่มีอัตราการงอกใหม่ต่ำ (50%-70%) และสร้างของเหลวเสียจากการฟื้นฟูที่ต้องบำบัด ในอุปกรณ์บำบัดน้ำขนาดเล็ก การแทนที่ถ่านกัมมันต์อิ่มตัวด้วยคาร์บอนใหม่โดยตรงจะประหยัดกว่า องค์กรวิชาชีพสามารถกำจัดขยะคาร์บอนหรือใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาได้

จุดบำรุงรักษา: ตัวกรองถ่านกัมมันต์ยังต้องมีการล้างย้อนกลับเป็นประจำที่ความเข้มข้น 10-12 ลิตร/ตร.ม.·วินาที เพื่อป้องกันการสึกหรอของอนุภาคถ่านกัมมันต์มากเกินไป ตรวจสอบค่า COD หรือสีของน้ำทิ้งอย่างสม่ำเสมอ หากตรวจพบสัญญาณการเจาะ ให้เปลี่ยนไปใช้ถังถ่านกัมมันต์สำรองทันทีหรือเตรียมการงอกใหม่ จุลินทรีย์เจริญเติบโตได้ง่ายบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ดังนั้นจึงต้องควบคุมคลอรีนที่ตกค้างในน้ำที่ไหลเข้าระหว่างการทำงาน และควรฆ่าเชื้อชั้นคาร์บอนเป็นประจำหากจำเป็น

ทรายแมงกานีสเป็นสื่อกรองพิเศษที่ประกอบด้วยแมงกานีสไดออกไซด์ (MnO₂) เป็นหลัก มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการสกัดกั้นทางกายภาพ แต่ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี

เหมาะสำหรับ: กำจัดไอออนของเหล็กและแมงกานีสออกจากน้ำบาดาลหรือน้ำเสียอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ เหล็กมีอยู่ในรูปแบบ Fe²⁺ ที่ละลาย และแมงกานีสอยู่ในรูปแบบ Mn²⁺ ที่ละลาย ซึ่งไม่สามารถกำจัดออกได้โดยการตกตะกอนและการกรองแบบธรรมดา ฟิล์มแมงกานีสไดออกไซด์ที่ทำงานอยู่บนพื้นผิวของสารกรองทรายแมงกานีสจะเร่งปฏิกิริยาออกซิไดซ์ Fe²⁺ และ Mn²⁺ ทำให้เกิดตะกอน Fe³⁺ และ Mn⁴⁺ ไฮดรอกไซด์ ซึ่งจากนั้นจะถูกกักเก็บและกำจัดออกโดยชั้นตัวกรอง

พารามิเตอร์การทำงาน: ขนาดอนุภาคที่มีประสิทธิภาพของทรายแมงกานีส: 0.6 ~ 2.0 มม. ความหนาของชั้นกรอง: โดยทั่วไป 0.8~1.2 ม. โดยทั่วไปความเร็วในการกรองจะถูกควบคุมที่ 5-8 เมตรต่อชั่วโมง ความเร็วที่เร็วเกินไปจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นไม่เพียงพอ นำไปสู่การแทรกซึมของเหล็กและแมงกานีส ค่า pH ที่มีอิทธิพลไม่ควรต่ำกว่า 6.5 (ปฏิกิริยาออกซิเดชันเกือบจะหยุดต่ำกว่า pH 6.0) และออกซิเจนที่ละลายน้ำควรจะเพียงพอ (โดยทั่วไป จำเป็นต้องเติมอากาศก่อนเข้าสู่แผ่นกรอง)

จุดบำรุงรักษา: ในระหว่างกระบวนการกำจัดเหล็กและแมงกานีสโดยใช้สารกรองทรายแมงกานีส เหล็กไฮดรอกไซด์ (สีน้ำตาลแดง-) จะเกาะตัวอยู่บนพื้นผิวแผ่นกรองอย่างต่อเนื่อง โดยต้องล้างย้อนเป็นประจำเพื่อเอาออก โดยทั่วไปความเข้มข้นของการชะล้างย้อนจะอยู่ที่ 15-18 ลิตร/(ตร.ม.·วินาที) ซึ่งสูงกว่าทรายควอทซ์เล็กน้อย โดยควบคุมอัตราการขยายตัวที่ 30%-50% หลังจากการดำเนินการในระยะยาว ฟิล์มที่ออกฤทธิ์บนพื้นผิวทรายแมงกานีสอาจแก่หรือหลุดออก ส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัดลดลง การสร้างเมมเบรนใหม่สามารถทำได้โดยการเติมโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจำนวนเล็กน้อยเป็นระยะ ซึ่งจะสร้างเมมเบรน MnO₂ ที่ทำงานอยู่ขึ้นมาใหม่ภายใต้ผลออกซิเดชันของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต หากผลยังคงไม่เป็นที่น่าพอใจหลังจากการฟื้นฟูหลายครั้ง จำเป็นต้องเปลี่ยนสื่อตัวกรองบางส่วนหรือทั้งหมด ตัวกรองทรายแมงกานีสไม่สามารถใช้พร้อมกับคลอรีน-คลอรีนได้ จะทำให้ฟิล์มตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำงานอยู่บนพื้นผิวทรายแมงกานีสเสียหาย ส่งผลให้สูญเสียฟังก์ชันการกำจัดเหล็กและแมงกานีส

จำเป็นต้องมีการล้างย้อนเมื่อแรงดันต่างเพิ่มขึ้น อย่ารอจนกว่าน้ำทิ้งขุ่นก่อนเริ่มใช้งาน
ควบคุมความเข้มของการล้างย้อนอย่างระมัดระวัง การล้างย้อนที่ไม่เพียงพอจะไม่ทำความสะอาดอย่างเหมาะสม ในขณะที่การล้างย้อนมากเกินไปจะทำให้สื่อกรองสูญเสียไป
ตรวจสอบความหนาของสื่อกรองเป็นประจำ และเติมใหม่ทันทีหากจำเป็น นอกจากนี้ ให้ตรวจสอบฝาจ่ายน้ำและชั้นรองรับตามสภาพน้ำทิ้ง
หากต้องปิดอุปกรณ์เป็นเวลานาน ให้เก็บน้ำไว้ในถังเพื่อป้องกันไม่ให้สารกรองจับตัวเป็นก้อนและแข็งตัว
ตรวจสอบค่าไอโอดีนของถ่านกัมมันต์เมื่อมาถึง หากต่ำกว่าค่าการออกแบบ ผลการดูดซับจะลดลง และควรปฏิเสธถ่านกัมมันต์