Quá trình lắng và tuyển nổi giải quyết vấn đề các chất ô nhiễm “chìm” và “nổi”. Nhưng có một loại tạp chất khác trong nước-chất rắn lơ lửng mịn, hạt keo và chất hòa tan-không chìm cũng không nổi. Phải làm gì?
Đây là lúc quá trình lọc xuất hiện. Nói một cách đơn giản, quá trình lọc liên quan đến việc cho nước thải chảy qua lớp phương tiện lọc, dựa vào sự ngăn chặn vật lý, hấp phụ và tác động hóa học của phương tiện lọc để bẫy các chất ô nhiễm còn sót lại.
Lọc là quá trình “gác cổng” trong các đơn vị xử lý vật lý và là bước ngoặt trong nhiều quy trình xử lý nước thải, đánh dấu sự chuyển đổi từ “xử lý sơ bộ” sang “xử lý nâng cao”. Nhiều quy trình xử lý nước thải nhằm mục đích tái sử dụng nước tái chế và nước thải ổn định,{1}}có độ đục thấp phụ thuộc rất nhiều vào quá trình lọc! Bài viết này thảo luận về ba phương tiện lọc được sử dụng phổ biến nhất là-cát thạch anh, than hoạt tính và cát mangan-chúng có tác dụng gì, cách sử dụng chúng tại chỗ-cũng như cách tái tạo và bảo trì chúng khi chúng bị tắc hoặc bão hòa.
I. Nguyên tắc cơ bản của lọc
Đừng nghĩ việc lọc chỉ đơn giản là “sàng lọc cát”; nó thực sự liên quan đến một số chức năng làm việc cùng nhau.
Chặn cơ học: Các hạt lớn hơn khoảng trống của vật liệu lọc sẽ bị chặn trực tiếp. Đây là phương pháp lọc trực quan nhất nhưng không hiệu quả đối với các hạt nhỏ hơn khoảng trống.
Lực tác động quán tính: Khi nước chảy xung quanh các hạt vật liệu lọc, các hạt mịn sẽ lệch khỏi dòng chảy của chúng do quán tính và va chạm với bề mặt vật liệu lọc, trở nên dính chặt. Dòng nước càng mạnh thì hiệu ứng chặn càng đáng kể.
Hấp phụ và bám dính: Tương tác hóa lý (lực van der Waals, lực tĩnh điện) trên bề mặt vật liệu lọc hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt. Cấu trúc xốp của than hoạt tính còn mang lại khả năng hấp phụ vật lý mạnh mẽ. Đây là cơ chế chính để lọc và loại bỏ các hạt mịn và các chất hòa tan.
Kết tụ sinh học: Sau khi màng sinh học hình thành trên bề mặt vật liệu lọc, các polyme ngoại bào do vi sinh vật tiết ra có thể bám vào chất rắn lơ lửng trong nước, đồng thời phân hủy sinh học một số chất hữu cơ, cải thiện chất lượng nước thải.
Lắng đọng: Tốc độ dòng nước cực kỳ chậm trong các lỗ của lớp lọc và một số hạt nhỏ lắng xuống bề mặt vật liệu lọc do trọng lực.
II. Lọc cát thạch anh – phương pháp-lọc sơ bộ thường được sử dụng
Cát thạch anh là phương tiện lọc được sử dụng phổ biến nhất. Cát thạch anh được đặc trưng bởi độ cứng cao, tính chất ổn định, chi phí thấp và tính sẵn có rộng rãi.
Thích hợp cho: Loại bỏ chất rắn lơ lửng, độ đục và một số hạt keo trong nước. Độ đục của nước thải có thể giảm ổn định xuống dưới 1 NTU. Nó có thể được sử dụng làm thiết bị xử lý sâu cho nước thải từ bể lắng thứ cấp hoặc làm bộ lọc sơ bộ cho các bộ lọc than hoạt tính và hệ thống màng.
Thông số vận hành: Kích thước hạt hiệu quả thường được sử dụng là 0,5 ~ 1,2 mm, độ dày lớp lọc là 0,7 ~ 1,5 m và tốc độ lọc là 5 ~ 10 m/h. Tốc độ lọc quá cao dẫn đến tổn thất đầu tăng nhanh và thời gian chu kỳ được rút ngắn; tốc độ quá thấp dẫn đến việc sử dụng thiết bị thấp.
Các loại phổ biến: Bể lọc áp lực (đóng và điều áp, được dẫn động bằng máy bơm) và bể lọc trọng lực (loại hở, dựa vào chênh lệch mực nước để có dòng chảy trọng lực).
Các điểm bảo trì chính: Cốt lõi là rửa ngược. Khi lượng vật liệu bị mắc kẹt tăng lên, tổn thất áp suất tăng và dòng nước thải giảm, đòi hỏi phải rửa ngược-sử dụng dòng nước ngược để phân tán lớp lọc và loại bỏ các tạp chất bị mắc kẹt. Cường độ rửa ngược thường là 12-15 lít/(m2·s), với tốc độ giãn nở khoảng 25%-45%, kéo dài 5-10 phút. Nước sạch được sử dụng để rửa ngược; có thể cần phải lọc không khí để nâng cao hiệu quả giặt. Trong quá trình vận hành, cần kiểm tra thường xuyên chiều cao của lớp lọc để giảm (mất cát hoặc mài mòn). Nếu mức giảm vượt quá 10%, cần phải thêm cát để ngăn chặn sự mỏng đi của lớp lọc và sự xâm nhập tiếp theo của chất rắn lơ lửng trong nước thải.
III. Lọc than hoạt tính - Phương tiện lọc của lực lượng đặc biệt để khử màu và khử mùi
Than hoạt tính sở hữu diện tích bề mặt riêng rất lớn (500-1500 m2 mỗi gam) và cấu trúc vi xốp phát triển tốt, thể hiện khả năng hấp phụ cực kỳ mạnh đối với chất hữu cơ, màu sắc và mùi.
Thích hợp cho: Loại bỏ chất hữu cơ hòa tan (COD), màu, clo dư và mùi hôi trong nước. Than hoạt tính có khả năng khử nhanh clo tự do và thường được sử dụng để khử clo nhằm bảo vệ hệ thống màng hạ lưu; nó có tác dụng loại bỏ đáng kể đối với thuốc nhuộm tổng hợp, chất humic và các chất tạo màu-khác; nó cũng có khả năng hấp phụ đáng kể các chất gây mùi-như thiol và phenol.
Thông số vận hành: Các loại than hoạt tính thường được sử dụng là than hoạt tính-dựa trên than đá và vỏ trái cây-. Độ dày của lớp lọc là 1-2 mét, tốc độ lọc là 4-10 mét/giờ và nước phải tồn tại giữa các vật liệu lọc ít nhất 6-15 phút; thời gian tiếp xúc không đủ làm giảm đáng kể hiệu suất hấp phụ.
Tái sinh và thay thế: Than hoạt tính cần được xử lý sau khi bão hòa hấp phụ. Tái sinh nhiệt là phương pháp triệt để nhất-nhiệt phân và khí hóa chất hữu cơ bị hấp phụ ở nhiệt độ 800-900 độ, khôi phục khả năng hấp phụ, đạt tỷ lệ tái sinh 85%-95%. Phương pháp này đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành cao, thích hợp cho việc tái tạo tập trung trong các hệ thống lớn. Tái sinh hóa học sử dụng axit, kiềm hoặc dung môi hữu cơ để giải hấp chất hấp phụ; nó vận hành đơn giản nhưng có tốc độ tái sinh thấp (50% -70%) và tạo ra chất thải tái sinh cần phải xử lý. Trong các thiết bị xử lý nước quy mô nhỏ, việc thay thế trực tiếp than hoạt tính bão hòa bằng than mới sẽ tiết kiệm hơn; carbon thải có thể được các tổ chức chuyên nghiệp xử lý hoặc sử dụng làm nhiên liệu để đốt.
Điểm bảo trì: Bộ lọc than hoạt tính cũng cần rửa ngược thường xuyên với cường độ 10-12 lít/m2·giây để tránh mài mòn quá mức các hạt than hoạt tính. Thường xuyên theo dõi COD hoặc màu sắc của nước thải. Nếu phát hiện dấu hiệu bị xâm nhập, hãy nhanh chóng chuyển sang bể than hoạt tính dự phòng hoặc chuẩn bị tái sinh. Vi sinh vật dễ dàng phát triển trên bề mặt than hoạt tính; do đó, clo dư trong dòng chảy vào phải được kiểm soát trong quá trình vận hành và lớp carbon phải được khử trùng thường xuyên nếu cần thiết.
IV. Lọc cát mangan - Đặc biệt để loại bỏ các ion sắt và mangan khỏi nước
Cát mangan là vật liệu lọc đặc biệt, chủ yếu bao gồm mangan dioxide (MnO₂). Nó không dựa vào sự đánh chặn vật lý mà dựa vào quá trình oxy hóa xúc tác hóa học.
Thích hợp cho: Đặc biệt loại bỏ các ion sắt và mangan khỏi nước ngầm hoặc nước thải công nghiệp. Sắt tồn tại ở dạng Fe2⁺ hòa tan và mangan ở dạng Mn2⁺ hòa tan, không thể loại bỏ bằng quá trình lắng và lọc thông thường. Màng mangan dioxide hoạt động trên bề mặt vật liệu lọc cát mangan xúc tác oxy hóa Fe2⁺ và Mn2⁺, tạo ra kết tủa Fe³⁺ và Mn⁴⁺ hydroxit, sau đó được lớp lọc giữ lại và loại bỏ.
Thông số vận hành: Kích thước hạt hiệu quả của cát mangan: 0,6 ~ 2,0 mm; độ dày lớp lọc: thường là 0,8 ~ 1,2 m. Tốc độ lọc thường được kiểm soát ở mức 5-8 mét mỗi giờ; tốc độ quá nhanh sẽ dẫn đến phản ứng oxy hóa không đủ, dẫn đến sự xâm nhập của sắt và mangan. Độ pH đầu vào không được thấp hơn 6,5 (phản ứng oxy hóa gần như dừng lại dưới pH 6,0) và lượng oxy hòa tan phải đủ (nói chung, cần phải sục khí trước khi vào lớp lọc).
Điểm bảo trì: Trong quá trình loại bỏ sắt và mangan bằng vật liệu lọc cát mangan, sắt hydroxit (màu nâu đỏ) sẽ liên tục lắng đọng trên bề mặt lớp lọc, cần phải rửa ngược thường xuyên để loại bỏ nó. Cường độ rửa ngược thường là 15-18 lít/(m²·s), cao hơn một chút so với cát thạch anh, với tốc độ giãn nở được kiểm soát ở mức 30%-50%. Sau thời gian dài hoạt động, màng hoạt tính trên bề mặt cát mangan có thể bị lão hóa hoặc bong ra, làm giảm hiệu quả xử lý. Việc tái tạo màng có thể đạt được bằng cách định kỳ bổ sung một lượng nhỏ thuốc tím, giúp tái tạo màng MnO₂ hoạt động dưới tác dụng oxy hóa của thuốc tím. Nếu hiệu quả vẫn không đạt yêu cầu sau nhiều lần tái tạo thì cần phải thay thế một số hoặc toàn bộ vật liệu lọc. Bộ lọc cát mangan không thể sử dụng đồng thời với clo-clo sẽ làm hỏng màng xúc tác hoạt động trên bề mặt cát mangan dẫn đến mất chức năng loại bỏ sắt và mangan.
V.-Hồ sơ vận hành và bảo trì hệ thống lọc tại chỗ
Cần phải rửa ngược khi chênh lệch áp suất tăng; đừng đợi cho đến khi nước thải đục trước khi bắt đầu.
Kiểm soát cường độ rửa ngược một cách cẩn thận; rửa ngược không đủ sẽ không làm sạch đúng cách, trong khi rửa ngược quá mức sẽ làm mất vật liệu lọc.
Thường xuyên kiểm tra độ dày của vật liệu lọc và bổ sung kịp thời nếu cần thiết. Ngoài ra, hãy kiểm tra nắp phân phối nước và lớp hỗ trợ dựa trên tình trạng nước thải.
Nếu thiết bị phải ngừng hoạt động trong thời gian dài, hãy giữ nước trong bể để tránh vật liệu lọc bị vón cục và cứng lại.
Kiểm tra giá trị iốt của than hoạt tính khi đến nơi; nếu nó thấp hơn giá trị thiết kế, hiệu quả hấp phụ sẽ giảm và than hoạt tính sẽ bị loại bỏ.