Questi quattro processi sono spesso organizzati in una gerarchia di purificazione, in cui ogni passaggio rappresenta un livello più elevato di sofisticazione. Tuttavia, in realtà prendono di mira diversi inquinanti: la filtrazione a sabbia si occupa principalmente di particelle sospese, la filtrazione a carbone si basa sull’adsorbimento per rimuovere parte della materia organica disciolta e del cloro residuo, l’ultrafiltrazione utilizza i pori della membrana per separare colloidi e microrganismi e l’osmosi inversa separa ulteriormente i sali disciolti. La scelta del processo sbagliato comporterà apparecchiature più costose e un funzionamento più passivo.
I. Selezionare il processo in base alla forma dell'inquinante
Torbidità e solidi sospesi (SS) sono problemi di particolato; colloidi, batteri e macromolecole sono problemi di separazione su-scala più fine; il colore, l'odore e alcune tracce di materia organica spesso comportano adsorbimento o ossidazione; la conduttività, gli ioni di durezza e la maggior parte dei sali disciolti richiedono la separazione a livello di ioni. Un valore COD può contenere contemporaneamente stati particellare, colloidale e disciolto; non è possibile scegliere semplicemente la filtrazione a carbone o le membrane basandosi esclusivamente sulle letture del COD.
Prima di selezionare un processo, si dovrebbe almeno rispondere: quali forme di inquinanti devono essere rimosse, quanta fluttuazione c’è nell’affluente, se l’effluente è destinato allo scarico o al riutilizzo e dove andranno a finire gli inquinanti concentrati.
Punti chiave|La differenza principale tra i quattro processi risiede nella portata degli inquinanti target.
II. Filtrazione a sabbia: stabilizza i solidi sospesi, più adatta come barriera antiparticolato affidabile
La filtrazione a sabbia riduce la torbidità e i solidi sospesi (SS) attraverso l'intercettazione del letto filtrante, la sedimentazione e un certo grado di flocculazione. Viene spesso posizionato dopo la sedimentazione o l'effluente biologico per proteggere le successive unità di carbone attivo, ultrafiltrazione o disinfezione e può anche servire come fase finale di lucidatura nel trattamento avanzato.
La filtrazione a sabbia è inefficace contro i sali disciolti e la maggior parte della materia organica disciolta. Quando i fiocchi influenti sono troppo fini o il carico fluttua in modo significativo, il percorso di filtrazione si accorcia, portando a frequenti controlavaggi; l'acqua di controlavaggio può riportare i solidi intercettati nella linea di galleggiamento o nel sistema dei fanghi. L'accuratezza della filtrazione non è un dato isolato; dipende anche dalla velocità di filtrazione, dalla gradazione del mezzo filtrante, dai fiocchi influenti e dal grado di recupero del controlavaggio.
III. Filtrazione del carbonio: risolve il "problema della materia disciolta" attraverso l'adsorbimento, ma la sua capacità alla fine si esaurirà
Il carbone attivo granulare ha pori abbondanti, che possono assorbire parte della materia organica disciolta, sostanze odorose e cloro residuo. Può anche formare carbone attivo biologico, combinando adsorbimento e biodegradazione. È comunemente utilizzato nel pretrattamento dell'acqua riciclata, nella lucidatura della materia organica recalcitrante e nella rimozione del cloro residuo per proteggere i sistemi a membrana.
Il carbone attivo non è un materiale permanente. Diversi composti organici competono per l'adsorbimento e la materia organica naturale può riempire prematuramente i pori; SS elevati nell'affluente possono intasare il letto; la crescita biologica può portare a differenze di pressione, perdite microbiche e necessità di controlavaggio. La progettazione deve affrontare il ciclo di rottura, il metodo di rigenerazione o sostituzione, le proprietà del carbonio di scarto e la destinazione dello smaltimento.
Promemoria di progettazione|Il COD è un indicatore completo e non può essere direttamente correlato a uno specifico processo di filtrazione o membrana.
IV. Ultrafiltrazione: eccellente nell'intercettazione di colloidi e microrganismi, ma non responsabile della desalinizzazione
Le membrane di ultrafiltrazione utilizzano principalmente la setacciatura per rimuovere solidi sospesi, colloidi, batteri e alcune molecole di grandi dimensioni, producendo una torbidità stabile dell'effluente. Viene comunemente utilizzato nel pretrattamento dell'osmosi inversa, nel trattamento avanzato dell'acqua riciclata e in sostituzione della tradizionale separazione solida-liquida. Può bloccare la materia visibile e facilmente particellabile, ma la maggior parte dei sali disciolti e le piccole molecole organiche continueranno a passare.
Il cuore dell'operazione di ultrafiltrazione è la gestione del fouling della membrana: il differenziale di pressione transmembrana, il flusso, il controlavaggio, il controlavaggio chimicamente potenziato e la pulizia offline devono formare un circuito chiuso. I contaminanti intrappolati entrano nel concentrato, effettuano il controlavaggio delle acque reflue e puliscono le acque reflue. Il carico cumulativo dopo il ricircolo non può essere ignorato semplicemente considerando il tasso di permeato.
V. Osmosi inversa: utilizzata per la desalinizzazione e il riutilizzo di alta-qualità, al costo del concentrato
L'osmosi inversa separa la maggior parte dei sali disciolti, piccole-molecole di materia organica e altri contaminanti ionici attraverso una membrana densa e un sistema di pressione. È adatto per applicazioni con severi requisiti di conduttività, come l'acqua di alimentazione delle caldaie, i componenti elettronici e il riutilizzo industriale di alta-qualità. Non si tratta di un normale "filtro", ma di un sistema di separazione con elevati requisiti di pretrattamento, inibizione delle incrostazioni, pressione, pulizia e compatibilità dei materiali.
RO separa l'acqua di alimentazione in permeato e concentrato. Maggiore è il permeato, più concentrati diventano i sali e le sostanze recalcitranti sul lato del concentrato, con conseguenti incrostazioni, incrostazioni e difficoltà nello smaltimento del concentrato. Senza un percorso fattibile per lo scarico dei concentrati, il riutilizzo, l’evaporazione o il recupero delle risorse, la decisione di implementare l’RO non dovrebbe basarsi esclusivamente sulla qualità del permeato.
Confini operativi|L'ultrafiltrazione può stabilizzare la torbidità, ma in genere non può ridurre la conduttività.
VI. Le combinazioni tipiche non sono pacchetti fissi
Per gli effluenti di sedimentazione con ampie fluttuazioni dei solidi sospesi (SS) e solo una disinfezione stabile all'estremità a valle, è possibile dare priorità alla filtrazione a sabbia; per rimuovere il cloro residuo o ridurre specifiche sostanze organiche adsorbibili è possibile aggiungere la filtrazione a carbone; per fornire un'acqua di alimentazione stabile a bassa-torbidità per RO, viene spesso utilizzata una combinazione di coagulazione, sedimentazione o flottazione ad aria con filtrazione a sabbia o ultrafiltrazione; L'RO viene introdotta solo quando è richiesta la desalinizzazione.
L'ordine di combinazione dovrebbe anche seguire i cambiamenti nei contaminanti. Ad esempio, l’aggiunta prima di un ossidante può migliorare il colore, ma può anche generare piccole molecole più idrofile, modificando il carico sul carbone attivo e sulle membrane; dopo che la filtrazione con carbone ha rimosso il cloro residuo, lo stadio a valle perde la sua protezione antibatterica. L’integrazione del processo deve considerare sia la morfologia chimica che il rischio microbico.
Rischio chiave: la fattibilità dell'RO dipende spesso dalla presenza o meno di una destinazione per il concentrato.
VII. Non dimenticare i quattro costi a lungo termine-quando selezioni un sistema
1. Acqua di controlavaggio, rilavaggio e pulizia; 2. Pompaggio, aerazione o consumo energetico ad alta-pressione; 3. Durata e sostituzione dei media filtranti, del carbone attivo e delle membrane; 4. Smaltimento delle acque reflue del controlavaggio, del carbone attivo esaurito, dei liquidi di scarto detergenti e del concentrato RO. I preventivi per le attrezzature coprono solo il punto di acquisto; il flusso dei sottoprodotti determina la capacità operativa a lungo-termine del sistema.
L'approccio più sicuro consiste nel condurre test utilizzando campioni di acqua rappresentativi per stabilire dati su flusso, pressione differenziale, penetrazione, tasso di recupero della pulizia e qualità del concentrato prima di determinare la scala e il margine di sicurezza.
Conclusione: prima identificare cosa deve essere bloccato, quindi decidere quale "rete" utilizzare.
La filtrazione a sabbia, la filtrazione a carbone, l’ultrafiltrazione e l’osmosi inversa non sono sostituti, ma piuttosto strumenti per obiettivi diversi. Il particolato, i colloidi, la materia organica disciolta e la salinità devono essere valutati separatamente. Solo incorporando nel piano di progettazione sia i parametri dell’acqua permeabile che le destinazioni del flusso di rifiuti è possibile completare una vera selezione del sistema di trattamento profondo.