A sedimentação e a flotação resolvem o problema dos poluentes que “afundam” e “flutuam”. Mas há outro tipo de impureza na água-sólidos finos em suspensão, partículas coloidais e substâncias dissolvidas-que não afundam nem flutuam. O que fazer?
É aqui que entra a filtração. Simplificando, a filtração envolve deixar as águas residuais fluírem através de uma camada de meio filtrante, contando com a interceptação física, adsorção e ação química do meio filtrante para reter poluentes residuais.
A filtragem é o processo de “gatekeeping” nas unidades de tratamento físico e um divisor de águas em muitos processos de tratamento de águas residuais, marcando a transição do “pré-tratamento” para o “tratamento avançado”. Muitos processos de tratamento de águas residuais que visam a reutilização de água recuperada e efluentes estáveis e de baixa{1}turbidez dependem fortemente da filtração! Este artigo discute os três meios filtrantes mais comumente usados-areia de quartzo, carvão ativado e areia de manganês-o que eles fazem, como usá-los no-local e como regenerá-los e mantê-los quando ficam entupidos ou saturados.
I. Princípios Básicos de Filtração
Não pense na filtração simplesmente como “peneirar areia”; na verdade, envolve várias funções trabalhando juntas.
Interceptação mecânica: Partículas maiores que as lacunas do meio filtrante são interceptadas diretamente. Este é o método de filtração mais intuitivo, mas ineficaz para partículas menores que as lacunas.
Impactação inercial: À medida que a água flui ao redor das partículas do meio filtrante, as partículas finas se desviam de suas linhas de corrente devido à inércia e colidem com a superfície do meio filtrante, ficando aderidas. Quanto mais forte for o fluxo de água, mais significativo será o efeito de interceptação.
Adsorção e adesão: Interações físico-químicas (forças de van der Waals, forças eletrostáticas) na superfície do meio filtrante adsorvem partículas minúsculas na superfície. A estrutura porosa do carvão ativado também proporciona forte capacidade de adsorção física. Este é um mecanismo chave para filtrar e remover partículas finas e substâncias dissolvidas.
Biofloculação: Após a formação de um biofilme na superfície do meio filtrante, os polímeros extracelulares secretados por microrganismos podem aderir aos sólidos suspensos na água, ao mesmo tempo que biodegradam parte da matéria orgânica, melhorando a qualidade do efluente.
Sedimentação: A velocidade do fluxo de água é extremamente lenta nos poros da camada filtrante e algumas pequenas partículas se depositam na superfície do meio filtrante devido à gravidade.
II. Filtragem de areia de quartzo: um método de pré-filtração comumente usado
A areia de quartzo é o meio filtrante mais comumente usado. A areia de quartzo é caracterizada por alta dureza, propriedades estáveis, baixo custo e ampla disponibilidade.
Adequado para: Remoção de sólidos suspensos, turbidez e algumas partículas coloidais da água. A turbidez do efluente pode ser reduzida de forma estável para menos de 1 NTU. Pode ser usado como unidade de tratamento profundo para efluentes de tanques de sedimentação secundária ou como pré-filtro para filtros de carvão ativado e sistemas de membrana.
Parâmetros operacionais: O tamanho efetivo de partícula comumente usado é de 0,5 ~ 1,2 mm, a espessura do leito do filtro é de 0,7 ~ 1,5 m e a velocidade de filtração é de 5 ~ 10 m / h. Uma velocidade de filtração muito alta leva a aumentos rápidos na perda de carga e a um tempo de ciclo reduzido; uma velocidade muito baixa resulta em baixa utilização do equipamento.
Tipos comuns: Tanques de filtro de pressão (fechados e pressurizados, acionados por uma bomba) e filtros de gravidade (tipo aberto, dependendo da diferença de nível de água para fluxo de gravidade).
Principais pontos de manutenção: O núcleo está em retrolavagem. À medida que a quantidade de material retido aumenta, a perda de carga aumenta e o fluxo de efluentes diminui, necessitando de retrolavagem-usando fluxo reverso de água para dispersar o leito do filtro e eliminar as impurezas retidas. A intensidade da retrolavagem é normalmente de 12 a 15 litros/(m²·s), com uma taxa de expansão de aproximadamente 25% a 45%, com duração de 5 a 10 minutos. Água limpa é usada para retrolavagem; a lavagem com ar pode ser necessária para aumentar o efeito de lavagem. Durante a operação, a altura do leito do filtro deve ser verificada regularmente quanto a diminuição (perda de areia ou desgaste). Se a diminuição for superior a 10%, é necessário adicionar areia para evitar o adelgaçamento do leito filtrante e a subsequente penetração de sólidos suspensos no efluente.
III. Filtração de carvão ativado – um meio filtrante de forças especiais para descoloração e remoção de odores
O carvão ativado possui uma enorme área de superfície específica (500{1}}1.500 m² por grama) e uma estrutura microporosa bem desenvolvida, exibindo capacidade de adsorção extremamente forte para matéria orgânica, cor e odor.
Adequado para: Remoção de matéria orgânica dissolvida (DQO), cor, cloro residual e odor da água. O carvão ativado tem uma rápida capacidade de redução de cloro livre e é frequentemente usado para descloração para proteger sistemas de membrana a jusante; tem um efeito de remoção significativo em corantes sintéticos, substâncias húmicas e outras substâncias{{1}desenvolvedoras de cor; ele também tem uma capacidade significativa de adsorção de substâncias-que causam odor, como tióis e fenóis.
Parâmetros operacionais: os tipos de carvão ativado comumente usados são baseados em carvão-e em cascas de frutas-. A espessura do leito do filtro é de 1 a 2 metros, a velocidade de filtração é de 4 a 10 metros / hora e a água deve permanecer entre o meio filtrante por pelo menos 6 a 15 minutos; o tempo de contato insuficiente reduz significativamente a eficiência de adsorção.
Regeneração e Substituição: O carvão ativado requer tratamento após a saturação da adsorção. A regeneração térmica é o método mais completo-pirolisar e gaseificar a matéria orgânica adsorvida a 800-900 graus restaura a capacidade de adsorção, alcançando uma taxa de regeneração de 85% a 95%. Este método envolve elevados custos de investimento e operação, adequado para regeneração centralizada em grandes sistemas. A regeneração química utiliza ácidos, álcalis ou solventes orgânicos para dessorver o adsorbato; é simples de operar, mas tem baixa taxa de regeneração (50%-70%) e gera líquido residual de regeneração que requer tratamento. Em equipamentos de tratamento de água de pequena escala, a substituição direta do carvão ativado saturado por novo carvão é mais econômica; o carbono residual pode ser descartado por organizações profissionais ou usado como combustível para incineração.
Pontos de manutenção: Os filtros de carvão ativado também requerem retrolavagem regular a uma intensidade de 10-12 litros/m²·segundo para evitar o desgaste excessivo das partículas de carvão ativado. Monitore regularmente o DQO ou a cor do efluente. Se forem detectados sinais de penetração, mude imediatamente para um tanque de carvão ativado reserva ou prepare-se para a regeneração. Os microrganismos crescem facilmente na superfície do carvão ativado; portanto, o cloro residual no afluente deve ser controlado durante a operação e a camada de carbono deve ser desinfetada regularmente, se necessário.
4. Filtragem de Areia de Manganês – Especificamente para Remover Íons de Ferro e Manganês da Água
A areia de manganês é um meio filtrante especial, composto principalmente de dióxido de manganês (MnO₂). Não depende de interceptação física, mas de oxidação catalítica química.
Adequado para: Remoção específica de íons de ferro e manganês de águas subterrâneas ou águas residuais industriais. O ferro existe na forma de Fe²⁺ dissolvido e o manganês na forma de Mn²⁺ dissolvido, que não pode ser removido por sedimentação e filtração convencionais. O filme ativo de dióxido de manganês na superfície do meio filtrante de areia de manganês oxida cataliticamente Fe²⁺ e Mn²⁺, gerando precipitados de hidróxido de Fe³⁺ e Mn⁴⁺, que são então retidos e removidos pela camada filtrante.
Parâmetros operacionais: Tamanho efetivo de partícula de areia de manganês: 0,6 ~ 2,0 mm; espessura da camada de filtro: geralmente 0,8 ~ 1,2 m. A velocidade de filtração é geralmente controlada em 5-8 metros por hora; uma velocidade muito rápida resultará em reação de oxidação insuficiente, levando à penetração de ferro e manganês. O pH influente não deve ser inferior a 6,5 (a reação de oxidação quase para abaixo de pH 6,0) e o oxigênio dissolvido deve ser suficiente (geralmente, a aeração é necessária antes de entrar no leito filtrante).
Pontos de manutenção: Durante o processo de remoção de ferro e manganês usando meio filtrante de areia de manganês, o hidróxido de ferro (de cor marrom-avermelhada) se depositará continuamente na superfície do leito do filtro, exigindo retrolavagem regular para removê-lo. A intensidade da retrolavagem é normalmente de 15-18 litros/(m²·s), ligeiramente superior à da areia de quartzo, com a taxa de expansão controlada em 30%-50%. Após operação prolongada, a película ativa na superfície da areia de manganês pode envelhecer ou se desprender, reduzindo a eficiência do tratamento. A regeneração da membrana pode ser alcançada adicionando periodicamente uma pequena quantidade de permanganato de potássio, que regenera a membrana ativa de MnO₂ sob o efeito de oxidação do permanganato de potássio. Se o efeito ainda for insatisfatório após múltiplas regenerações, alguns ou todos os meios filtrantes precisarão ser substituídos. Os filtros de areia de manganês não podem ser usados simultaneamente com cloro-cloro danificarão o filme catalítico ativo na superfície da areia de manganês, levando à perda da função de remoção de ferro e manganês.
V. Registro-de operação e manutenção no local do sistema de filtragem
A retrolavagem é necessária quando a pressão diferencial aumenta; não espere até que o efluente fique turvo antes de começar.
Controle cuidadosamente a intensidade da retrolavagem; a retrolavagem insuficiente não limpará adequadamente, enquanto a retrolavagem excessiva causará a perda do meio filtrante.
Verifique regularmente a espessura do meio filtrante e reabasteça-o imediatamente, se necessário. Além disso, verifique as tampas de distribuição de água e a camada de suporte com base nas condições do efluente.
Se o equipamento for desligado por um longo período, mantenha água no tanque para evitar que o meio filtrante se aglomere e endureça.
Verifique o valor de iodo do carvão ativado na chegada; se for inferior ao valor de projeto, o efeito de adsorção será reduzido e o carvão ativado deverá ser rejeitado.