다중-매체 여과 과학: 석영 모래, 활성탄 및 망간 모래 여과 사용 및 재생

침전과 부유는 "가라앉거나" "떠다니는" 오염물질의 문제를 해결합니다. 그러나 물에는 가라앉지도 뜨지도 않는 또 다른 유형의 불순물-미세 부유 고형물, 콜로이드 입자 및 용해 물질-이 있습니다. 무엇을 해야 할까요?

여기서 여과가 필요합니다. 간단히 말해서, 여과에는 필터 매체의 물리적 차단, 흡착 및 화학적 작용을 통해 잔류 오염물질을 걸러내는 필터 매체 층을 통해 폐수가 흐르게 하는 작업이 포함됩니다.

여과는 물리적 처리 장치의 "관문 관리" 프로세스이자 많은 폐수 처리 프로세스의 유역 순간으로, "전처리"에서 "고급 처리"로의 전환을 표시합니다. 재생수 재사용과 안정적이고 탁도가 낮은 유출수를 목표로 하는 많은 폐수 처리 공정은 여과에 크게 의존합니다. 이 기사에서는 가장 일반적으로 사용되는 세 가지 필터 매체-석영 모래, 활성탄 및 망간 모래-의 역할, 현장에서 사용하는 방법,{4}}막히거나 포화되었을 때 재생 및 유지하는 방법에 대해 설명합니다.

여과를 단순히 "모래를 체로 거르는 것"으로 생각하지 마십시오. 실제로는 함께 작동하는 여러 기능이 포함됩니다.

기계적 차단: 필터 여재 간격보다 큰 입자를 직접 차단합니다. 이는 가장 직관적인 여과 방법이지만 간격보다 작은 입자에는 효과적이지 않습니다.

관성 충돌: 물이 필터 매체 입자 주위로 흐를 때 미세 입자가 관성으로 인해 유선형에서 벗어나 필터 매체 표면과 충돌하여 부착됩니다. 물의 흐름이 강할수록 차단 효과가 더욱 커집니다.

흡착 및 부착: 필터 매체 표면의 물리화학적 상호작용(반데르발스 힘, 정전기력)이 작은 입자를 표면에 흡착합니다. 활성탄의 다공성 구조는 또한 강력한 물리적 흡착 능력을 제공합니다. 이는 미세입자와 용해된 물질을 필터링하고 제거하는 핵심 메커니즘입니다.

생물응집: 필터 매체 표면에 생물막이 형성된 후, 미생물에 의해 분비된 세포외 중합체가 물 속의 부유 고형물에 부착되는 동시에 일부 유기 물질을 생분해하여 유출수의 품질을 향상시킬 수 있습니다.

침전: 필터층의 공극에서 물의 유속이 매우 느리고 중력으로 인해 일부 작은 입자가 필터 매체 표면에 침전됩니다.

석영 모래는 가장 일반적으로 사용되는 필터 매체입니다. 석영사는 높은 경도, 안정적인 특성, 저렴한 비용 및 광범위한 가용성을 특징으로 합니다.

적합 대상: 물에서 부유 물질, 탁도 및 일부 콜로이드 입자를 제거합니다. 배출수 탁도를 1 NTU 이하로 안정적으로 낮출 수 있습니다. 이는 2차 침전조 유출수의 심층 처리 장치로 사용하거나 활성탄 필터 및 멤브레인 시스템용 사전{3}}필터로 사용할 수 있습니다.

작동 매개변수: 일반적으로 사용되는 유효 입자 크기는 0.5~1.2mm, 필터 베드 두께는 0.7~1.5m, 여과 속도는 5~10m/h입니다. 여과 속도가 너무 높으면 수두 손실이 급격히 증가하고 사이클 시간이 단축됩니다. 속도가 너무 낮으면 장비 활용도가 낮아집니다.

일반적인 유형: 압력 필터 탱크(밀폐형 및 가압식, 펌프로 구동) 및 중력 필터(개방형, 중력 흐름의 수위 차이에 의존).

주요 유지 관리 포인트: 코어는 역세입니다. 갇힌 물질의 양이 증가함에 따라 수두 손실이 증가하고 유출 흐름이 감소하므로 필터 베드를 분산시키고 갇힌 불순물을 씻어내기 위해 역류를 사용하는 역세-가 필요합니다. 역세 강도는 일반적으로 12~15리터/(m²·s)이고 팽창률은 약 25%~45%이며 5~10분 동안 지속됩니다. 역세에는 깨끗한 물이 사용됩니다. 세척 효과를 높이려면 공기 세정이 필요할 수 있습니다. 운전 중에 여과층 높이의 감소(모래 유실 또는 마모)를 정기적으로 점검해야 합니다. 감소량이 10%를 초과하는 경우, 필터 베드가 얇아지고 그에 따른 폐수에 부유 물질이 침투하는 것을 방지하기 위해 모래를 추가해야 합니다.

활성탄은 거대한 비표면적(그램당 500-1500m²)과 잘 발달된 미세 다공성 구조를 갖고 있어 유기물, 색상 및 냄새에 대한 매우 강력한 흡착 능력을 나타냅니다.

적합 대상: 물에서 용존 유기물(COD), 색상, 잔류 염소 및 냄새를 제거합니다. 활성탄은 유리 염소를 빠르게 감소시키는 능력이 있으며 종종 하류 막 시스템을 보호하기 위해 탈염소에 사용됩니다. 합성 염료, 휴믹 물질 및 기타 발색 물질-에 대해 상당한 제거 효과가 있습니다. 또한 티올 및 페놀과 같은 냄새를 유발하는 물질-에 대해 상당한 흡착 능력을 가지고 있습니다.

작동 매개변수: 일반적으로 사용되는 활성탄 유형은 석탄- 기반 및 과일 껍질- 기반입니다. 여과층 두께는 1-2미터이고, 여과 속도는 시간당 4-10미터이며, 물은 여과재 사이에 최소 6-15분 동안 남아 있어야 합니다. 접촉 시간이 충분하지 않으면 흡착 효율이 크게 저하됩니다.

재생 및 교체: 활성탄은 흡착 포화 후 처리가 필요합니다. 열 재생은 가장 철저한 방법입니다.-흡착된 유기물을 800-900도에서 열분해 및 가스화하여 흡착 용량을 복원하여 85%-95%의 재생률을 달성합니다. 이 방법은 높은 투자 및 운영 비용을 포함하므로 대규모 시스템의 중앙 집중식 재생에 적합합니다. 화학적 재생은 산, 알칼리 또는 유기 용매를 사용하여 흡착물을 탈착합니다. 조작은 간단하지만 재생률이 낮고(50~70%) 처리가 필요한 재생 폐액이 발생합니다. 소규모 수처리 장비에서는 포화 활성탄을 새로운 탄소로 직접 교체하는 것이 더 경제적입니다. 폐탄소는 전문기관에서 처리하거나 소각연료로 사용할 수 있습니다.

유지 관리 포인트: 활성탄 필터에는 활성탄 입자의 과도한 마모를 방지하기 위해 10-12 리터/m²·초의 강도로 정기적인 역세도 필요합니다. COD 또는 폐수의 색상을 정기적으로 모니터링하십시오. 침투 징후가 감지되면 즉시 백업 활성탄 탱크로 전환하거나 재생을 준비하십시오. 미생물은 활성탄 표면에서 쉽게 자랍니다. 따라서 유입수의 잔류염소는 운전 중에 통제되어야 하며, 탄소층은 필요하다면 정기적으로 소독되어야 한다.

망간사는 주로 이산화망간(MnO2)으로 구성된 특수 여과재입니다. 이는 물리적 차단이 아니라 화학적 촉매 산화에 의존합니다.

적합 대상: 특히 지하수 또는 산업 폐수에서 철 및 망간 이온을 제거합니다. 철은 용해된 Fe²⁺ 형태로 존재하고 망간은 용해된 Mn²⁺ 형태로 존재하며 이는 기존의 침전 및 여과로 제거할 수 없습니다. 망간사 필터 매체 표면의 활성 이산화망간 필름은 Fe²⁺ 및 Mn²⁺를 촉매적으로 산화시켜 Fe³⁺ 및 Mn⁴⁺ 수산화물 침전물을 생성하며, 이는 필터층에 의해 유지 및 제거됩니다.

작동 매개변수: 망간 모래의 유효 입자 크기: 0.6~2.0 mm; 필터층 두께: 일반적으로 0.8~1.2m. 여과 속도는 일반적으로 시간당 5-8미터로 제어됩니다. 속도가 너무 빠르면 산화 반응이 충분하지 않아 철과 망간이 침투하게 됩니다. 유입수의 pH는 6.5보다 낮아서는 안 되며(산화 반응은 pH 6.0 이하에서 거의 멈춤), 용존 산소가 충분해야 합니다(일반적으로 필터베드에 들어가기 전에 통기가 필요합니다).

유지 관리 포인트: 망간사 여과재를 사용하여 철 및 망간을 제거하는 과정에서 수산화철(적{0}}갈색)이 필터 베드 표면에 지속적으로 침전되므로 이를 제거하려면 정기적인 역세척이 필요합니다. 역세 강도는 일반적으로 15-18리터/(m²·s)로 석영 모래보다 약간 높으며 팽창률은 30%-50%로 제어됩니다. 장기간 사용 후 망간사 표면의 활성막이 노화되거나 벗겨져 처리 효율이 저하될 수 있습니다. 막 재생은 소량의 과망간산칼륨을 주기적으로 첨가함으로써 달성될 수 있으며, 이는 과망간산칼륨의 산화 효과 하에서 활성 MnO2 막을 재생합니다. 여러 번 재생한 후에도 효과가 여전히 만족스럽지 않으면 필터 매체의 일부 또는 전체를 교체해야 합니다. 망간사 필터는 염소-염소와 동시에 사용할 수 없습니다. 망간사 표면의 활성 촉매막이 손상되어 철 및 망간 제거 기능이 상실됩니다.

차압이 증가하면 역세척이 필요합니다. 시작하기 전에 유출수가 흐려질 때까지 기다리지 마십시오.
역세강도를 주의 깊게 조절하십시오. 역세척이 충분하지 않으면 제대로 청소되지 않으며, 역세척이 너무 많으면 여과재가 손실됩니다.
여과재의 두께를 정기적으로 확인하고 필요한 경우 즉시 보충하십시오. 또한, 배출수 상태에 따라 배수캡과 지지층을 확인하세요.
장비를 장기간 정지해야 하는 경우 필터 매체가 뭉치거나 굳는 것을 방지하기 위해 탱크에 물을 보관하십시오.
도착 시 활성탄의 요오드 값을 확인하십시오. 설계 값보다 낮으면 흡착 효과가 감소하므로 활성탄을 거부해야 합니다.