La sedimentación y la flotación resuelven el problema de los contaminantes que "se hunden" y "flotan". Pero hay otro tipo de impureza en el agua: -sólidos finos suspendidos, partículas coloidales y sustancias disueltas-que no se hunden ni flotan. ¿Qué hacer?
Aquí es donde entra en juego la filtración. En pocas palabras, la filtración implica dejar que las aguas residuales fluyan a través de una capa de medio filtrante, confiando en la intercepción física, la adsorción y la acción química del medio filtrante para atrapar los contaminantes residuales.
La filtración es el proceso de "control" en las unidades de tratamiento físico y un momento decisivo en muchos procesos de tratamiento de aguas residuales, que marca la transición del "pretratamiento" al "tratamiento avanzado". Muchos procesos de tratamiento de aguas residuales destinados a la reutilización del agua recuperada y a un efluente estable y de baja-turbidez dependen en gran medida de la filtración. Este artículo analiza los tres medios filtrantes más utilizados:-arena de cuarzo, carbón activado y arena de manganeso-qué hacen, cómo usarlos en-el sitio y cómo regenerarlos y mantenerlos cuando se obstruyen o se saturan.
I. Principios básicos de la filtración
No piense en la filtración simplemente como "tamizar arena"; en realidad implica varias funciones trabajando juntas.
Interceptación mecánica: las partículas más grandes que los espacios del medio filtrante se interceptan directamente. Este es el método de filtración más intuitivo, pero ineficaz para partículas más pequeñas que los huecos.
Impacto inercial: a medida que el agua fluye alrededor de las partículas del medio filtrante, las partículas finas se desvían de sus líneas de corriente debido a la inercia y chocan con la superficie del medio filtrante, adhiriéndose. Cuanto más fuerte sea el flujo de agua, más significativo será el efecto de interceptación.
Adsorción y adhesión: las interacciones fisicoquímicas (fuerzas de van der Waals, fuerzas electrostáticas) en la superficie del medio filtrante adsorben pequeñas partículas en la superficie. La estructura porosa del carbón activado también proporciona una fuerte capacidad de adsorción física. Este es un mecanismo clave para filtrar y eliminar partículas finas y sustancias disueltas.
Biofloculación: después de que se forma una biopelícula en la superficie del medio filtrante, los polímeros extracelulares secretados por microorganismos pueden adherirse a los sólidos suspendidos en el agua y, al mismo tiempo, biodegradar parte de la materia orgánica, mejorando la calidad del efluente.
Sedimentación: la velocidad del flujo de agua es extremadamente lenta en los poros de la capa filtrante y algunas partículas pequeñas se depositan en la superficie del medio filtrante debido a la gravedad.
II. Filtración con arena de cuarzo: un método de pre-filtración utilizado habitualmente
La arena de cuarzo es el medio filtrante más utilizado. La arena de cuarzo se caracteriza por su alta dureza, propiedades estables, bajo costo y amplia disponibilidad.
Adecuado para: Eliminación de sólidos en suspensión, turbidez y algunas partículas coloidales del agua. La turbidez del efluente se puede reducir de manera estable por debajo de 1 NTU. Puede usarse como unidad de tratamiento profundo para efluentes de tanques de sedimentación secundaria o como pre-filtro para filtros de carbón activado y sistemas de membrana.
Parámetros operativos: el tamaño de partícula efectivo comúnmente utilizado es de 0,5 a 1,2 mm, el espesor del lecho filtrante es de 0,7 a 1,5 m y la velocidad de filtración es de 5 a 10 m/h. Una velocidad de filtración demasiado alta conduce a rápidos aumentos de la pérdida de carga y a una reducción del tiempo del ciclo; una velocidad demasiado baja da como resultado una baja utilización del equipo.
Tipos comunes: tanques de filtro de presión (cerrados y presurizados, impulsados por una bomba) y filtros de gravedad (tipo abierto, que dependen de la diferencia de nivel del agua para el flujo por gravedad).
Puntos clave de mantenimiento: El núcleo se retrolava. A medida que aumenta la cantidad de material atrapado, aumenta la pérdida de carga y disminuye el flujo de efluente, lo que requiere un retrolavado-usando flujo de agua inverso para dispersar el lecho filtrante y eliminar las impurezas atrapadas. La intensidad del retrolavado suele ser de 12 a 15 litros/(m²·s), con una tasa de expansión de aproximadamente 25%-45%, con una duración de 5 a 10 minutos. Se utiliza agua limpia para el retrolavado; Puede ser necesario frotar con aire para mejorar el efecto de lavado. Durante el funcionamiento, se debe comprobar periódicamente si la altura del lecho filtrante disminuye (pérdida de arena o desgaste). Si la disminución excede el 10%, es necesario agregar arena para evitar el adelgazamiento del lecho filtrante y la posterior penetración de sólidos suspendidos en el efluente.
III. Filtración con carbón activado: un medio filtrante de fuerzas especiales para la decoloración y eliminación de olores
El carbón activado posee una enorme superficie específica (500-1500 m² por gramo) y una estructura microporosa bien desarrollada, exhibiendo una capacidad de adsorción extremadamente fuerte de materia orgánica, color y olor.
Adecuado para: Eliminar materia orgánica disuelta (DQO), color, cloro residual y olor del agua. El carbón activado tiene una rápida capacidad de reducción del cloro libre y se utiliza a menudo para la decloración para proteger los sistemas de membranas aguas abajo; tiene un efecto de eliminación significativo de tintes sintéticos, sustancias húmicas y otras sustancias desarrolladoras de color-; también tiene una importante capacidad de adsorción de sustancias que causan olor-como tioles y fenoles.
Parámetros operativos: los tipos de carbón activado comúnmente utilizados son los basados en carbón-y en cáscaras de fruta-. El espesor del lecho filtrante es de 1 a 2 metros, la velocidad de filtración es de 4 a 10 metros/hora y el agua debe permanecer entre los medios filtrantes durante al menos 6 a 15 minutos; un tiempo de contacto insuficiente reduce significativamente la eficiencia de adsorción.
Regeneración y Reemplazo: El carbón activado requiere tratamiento después de la saturación por adsorción. La regeneración térmica es el método más completo:-pirolizar y gasificar la materia orgánica adsorbida a 800-900 grados restaura la capacidad de adsorción, logrando una tasa de regeneración del 85 % al 95 %. Este método implica altos costes de inversión y operación, adecuado para regeneración centralizada en grandes sistemas. La regeneración química utiliza ácidos, álcalis o disolventes orgánicos para desorber el adsorbato; Es simple de operar pero tiene una baja tasa de regeneración (50%-70%) y genera líquido residual de regeneración que requiere tratamiento. En equipos de tratamiento de agua a pequeña escala, es más económico reemplazar directamente el carbón activado saturado con carbón nuevo; El carbono residual puede ser eliminado por organizaciones profesionales o utilizado como combustible para incineración.
Puntos de mantenimiento: Los filtros de carbón activado también requieren un retrolavado regular a una intensidad de 10-12 litros/m²·segundo para evitar el desgaste excesivo de las partículas de carbón activado. Monitorear periódicamente la DQO o color del efluente. Si se detectan signos de penetración, cambie rápidamente a un tanque de carbón activado de respaldo o prepárese para la regeneración. Los microorganismos crecen fácilmente en la superficie del carbón activado; por lo tanto, el cloro residual en el afluente debe controlarse durante la operación y la capa de carbón debe desinfectarse periódicamente si es necesario.
IV. Filtración de arena de manganeso: específicamente para eliminar iones de hierro y manganeso del agua
La arena de manganeso es un medio filtrante especial, compuesto principalmente de dióxido de manganeso (MnO₂). No depende de la interceptación física sino de la oxidación catalítica química.
Adecuado para: Eliminación específica de iones de hierro y manganeso de aguas subterráneas o aguas residuales industriales. El hierro existe en forma de Fe²⁺ disuelto y el manganeso en forma de Mn²⁺ disuelto, que no se puede eliminar mediante sedimentación y filtración convencionales. La película activa de dióxido de manganeso en la superficie del medio filtrante de arena de manganeso oxida catalíticamente Fe²⁺ y Mn²⁺, generando precipitados de hidróxido de Fe³⁺ y Mn⁴⁺, que luego son retenidos y eliminados por la capa filtrante.
Parámetros de funcionamiento: Tamaño efectivo de partícula de arena de manganeso: 0,6~2,0 mm; Espesor de la capa de filtro: generalmente 0,8 ~ 1,2 m. La velocidad de filtración generalmente se controla entre 5 y 8 metros por hora; Una velocidad demasiado rápida dará como resultado una reacción de oxidación insuficiente, lo que provocará la penetración de hierro y manganeso. El pH del afluente no debe ser inferior a 6,5 (la reacción de oxidación casi se detiene por debajo del pH 6,0) y el oxígeno disuelto debe ser suficiente (generalmente, se requiere aireación antes de ingresar al lecho filtrante).
Puntos de mantenimiento: Durante el proceso de eliminación de hierro y manganeso utilizando medios filtrantes de arena de manganeso, el hidróxido de hierro (de color -marrón rojizo) se depositará continuamente en la superficie del lecho filtrante, lo que requerirá un retrolavado regular para eliminarlo. La intensidad del retrolavado suele ser de 15-18 litros/(m²·s), ligeramente superior a la de la arena de cuarzo, con la tasa de expansión controlada al 30%-50%. Después de una operación prolongada, la película activa sobre la superficie de la arena de manganeso puede envejecer o desprenderse, lo que reduce la eficiencia del tratamiento. La regeneración de la membrana se puede lograr agregando periódicamente una pequeña cantidad de permanganato de potasio, que regenera la membrana activa de MnO₂ bajo el efecto de oxidación del permanganato de potasio. Si el efecto sigue siendo insatisfactorio después de múltiples regeneraciones, es necesario reemplazar parte o la totalidad del medio filtrante. Los filtros de arena de manganeso no se pueden usar simultáneamente con cloro: el cloro dañará la película catalítica activa en la superficie de la arena de manganeso, lo que provocará la pérdida de la función de eliminación de hierro y manganeso.
V. Registro de operación y mantenimiento in situ del sistema de filtración
Se requiere retrolavado cuando aumenta la presión diferencial; No espere hasta que el efluente esté turbio antes de comenzar.
Controlar cuidadosamente la intensidad del retrolavado; un retrolavado insuficiente no limpiará adecuadamente, mientras que un retrolavado excesivo provocará la pérdida del medio filtrante.
Compruebe periódicamente el espesor del medio filtrante y rellénelo rápidamente si es necesario. Además, verifique las tapas de distribución de agua y la capa de soporte según la condición del efluente.
Si el equipo va a estar apagado por un período prolongado, mantenga agua en el tanque para evitar que el medio filtrante se aglomere y se endurezca.
Verifique el valor de yodo del carbón activado a su llegada; si es inferior al valor de diseño, el efecto de adsorción se reducirá y se deberá rechazar el carbón activado.