Disinfezione
7 Ottobre 2020
Aerazione
7 Ottobre 2020
Tecnologie di filtrazione
La filtrazione è il processo di rimozione dei solidi sospesi dall'acqua attraverso il passaggio su uno strato di materiali porosi.La filtrazione naturale rimuove la maggior parte delle sostanze sospese dalle acque sommerse in quanto l'acqua passa attraverso strati porosi di terreno per raccogliersi nelle falde acquifere. Le acque superficiali invece sono soggette a deflusso e subiscono altre fonti di contaminazione come fuoriuscite di acque reflue, di scarichi industriali, versamenti di carburante o di sostanze chimiche. Le acque superficiali devono pertanto essere filtrate con qualche metodo oltre a essere disinfettate prima dell'uso.
La filtrazione convenzionale conosciuta anche come filtrazione rapida a sabbia, è il tipo più diffuso di tecnologia di trattamento dell'acqua utilizzata oggi. Questa tecnica di filtrazione impiega una combinazione di processi fisici e chimici per ottenere la massima efficacia, come di seguito descritto:
Additivi chimici e miscela rapida per coagulazione e flocculazione
Alcune sostanze chimiche vengono aggiunte all'acqua per migliorare il successivo processo di trattamento. Queste possono includere regolatori di pH e coagulanti.I coagulanti sono sostanze chimiche, come l'allume, che neutralizzano le cariche positive o negative su piccole particelle, consentendo loro di aderire e di formare particelle più grandi che vengono rimosse più facilmente per sedimentazione o filtrazione. È possibile utilizzare una varietà di dispositivi, come deflettori, miscelatori statici, giranti e spray in linea per miscelare l'acqua e distribuire le sostanze chimiche in modo uniforme.
Nella flocculazione invece, che segue una rapida miscelazione, l'acqua trattata chimicamente viene inviata in un bacino dove le particelle sospese possono scontrarsi, agglomerarsi (aderire) e formare particelle più pesanti chiamate “flocculi”. Una leggera agitazione dell'acqua e tempi di stasi adeguati (il periodo di tempo in cui l'acqua rimane nel bacino) aiutano a facilitare questo processo.
I fattori che possono favorire i processi di coagulazione-e flocculazione sono il gradiente di velocità, il tempo e il pH. Il tempo e il gradiente di velocità sono importanti per aumentare la probabilità che le particelle si uniscano, mentre il pH è un fattore importante nella rimozione dei colloidi.
Filtrazione a sabbia
La filtrazione a sabbia rappresenta una tecnologia utilizzata da anni in diversi ambiti e di recente è stata rivalutata come il sistema più economico, efficiente e relativamente semplice per la filtrazione dell'acqua. In un filtro a sabbia, l'acqua grezza passa per gravità attraverso un letto di sabbia, profondo circa 1 m, che è sostenuto, al di sotto, da uno strato di ghiaia. L'acqua filtrata viene raccolta da un sistema di drenaggio posto all'interno o al di sotto della ghiaia. Sulla parte superiore e in tutto il letto di sabbia si può formare un sottile strato di microrganismi biologicamente attivi (se non è previsto un trattamento di preclorazione). Questi organismi filtrano anch’essi i sedimenti ed eliminano i batteri nocivi. Dopo un certo periodo di tempo, il letto del filtro inizierà a comunque intasarsi a causa del particolato intrappolato.Un letto filtrante a sabbia con una granulometria relativamente uniforme può fornire una filtrazione efficace per tutta la sua profondità. Se la gradazione della granulometria è troppo grande, il filtraggio efficace è limitato ai pochi centimetri superiori della sabbia in quanto i granelli di sabbia più fini si accumulano sulla sommità del letto durante e dopo il controlavaggio. Il problema dell'ostruzione superficiale dei filtri a sabbia ha portato allo sviluppo di filtri a doppio mezzo.
Filtrazione sabbia, dual media o multimediale
Un filtro DUAL MEDIA è costituito da uno strato di sabbia (gravità specifica (sg), 2,65) sormontato da un letto di carbone antracite medio (1,4 - 1,6 sg). Lo strato superiore antracite più grossolano presenta pori di circa il 20% più grandi della sabbia. Questa differenza di granulometria permette che il flocculo venga adsorbito e intrappolato e non si accumuli troppo rapidamente sulla superficie del filtro e lo intasi.
I filtri multimediali MMF, che hanno più di un mezzo filtrante, possono essere filtri a gravità aperti o filtri a pressione. Negli ultimi anni il loro impiego nel trattamento delle acque è molto aumentato.I letti filtranti DUAL MEDIA di solito impiegano antracite e sabbia; tuttavia, sono stati utilizzati altri materiali, come il carbone attivo e la sabbia. I letti filtranti multimediali utilizzano generalmente antracite, sabbia e ma sono stati utilizzati anche filtri che utilizzano, come uno dei media, resine a scambio ionico. In alcuni di questi filtri, il materiale di supporto può avere proprietà aggiuntive al trattamento, oltre che alla sola rimozione delle particelle, ad esempio, il carbone attivo rimuove le sostanze organiche disciolte.
Il processo di filtrazione multimediale produce acqua filtrata di alta qualità, può garantire grandi portate in tempi ridotti rispetto alla tradizionale filtrazione a sabbia.
Filtrazione con carbone attivo
Insieme all'aerazione, il carbone attivo granulare (GAC) e il carbone attivo in polvere (PAC) sono trattamenti adatti per la rimozione di contaminanti organici come VOC, solventi, PCB, erbicidi e pesticidi. Il carbone attivo è un carbone che è stato esposto a temperature molto elevate, creando una vasta rete di pori con una superficie interna molto ampia; un grammo di carbone attivo ha una superficie equivalente a quella di un campo da calcio. Il carbone attivo rimuove i contaminanti mediante adsorbimento, un processo in cui le sostanze disciolti aderiscono alla superficie delle particelle di carbone. Dopo un periodo di alcuni mesi o anni, a seconda della concentrazione dei contaminanti, la superficie dei pori nel GAC perde il suo potere di adsorbimento e il carbone deve essere sostituito.Il carbone attivo in polvere è costituito da particelle finemente macinate e presenta le stesse proprietà di adsorbimento della forma granulare. Il PAC viene normalmente applicato all'acqua in una sospensione e quindi filtrato. L'aggiunta di PAC può migliorare l'efficacia di rimozione organica dei processi di trattamento convenzionali e anche rimuovere sapori e odori.
Filtri di rimozione ferro / manganese
I filtri per la rimozione del ferro e del manganese dall'acqua utilizzando sabbia di diversa granulometria e pirolusite (MnO2) o altri materiali filtranti. Dopo la fase di ossidazione (con o senza serbatoio di contatto o decantazione), l'acqua da trattare viene filtrata attraverso un mezzo filtrante in un contenitore a pressione o in un filtro a gravità. In presenza di ossigeno disciolto, la pirolusite esercita una forte azione di ossidazione catalitica su Fe e Mn, che precipita e viene intrappolata nel letto filtrante. Le particelle di ferro e manganese insolubili intrappolate vengono eliminate mediante controlavaggio. Il materiale filtrante non necessita di essere rigenerato e non si consuma durante il processo, avendo così una durata di conservazione molto lunga.Il letto filtrante in questi filtri è costituito da sabbia, sabbia di varie taglie, antracite (DUAL MEDIA) e prodotti specifici come Pyrolusite - Pyrolox, Filox-R, Birm e manganese GreenSand. Alcuni materiali filtranti come il Green Sand, hanno la capacità di ossidare e filtrare contemporaneamente sia il ferro che il manganese. Il Green Sand, la Pirolusite, il Birm o qualsiasi materiale filtrante i cui granuli son i rivestiti di biossido di manganese hanno la capacità di ossidare ferro e manganese e filtrare i precipitati insolubili con il letto filtrante. Questi mezzi hanno anche una capacità, ma limitata, di ossidazione e adsorbimento di As (III).
Pirolusite
La pirolusite è il nome comune del biossido di manganese presente in natura. È un minerale estratto costituito dal 40-85% di biossido di manganese. Le varie conformazioni della pirolusite forniscono ottime superfici per l'ossidazione e rimozione del ferro solubile e del manganese. È possibile ottenere velocità di rimozione del ferro superiori a 20 mg / L.La pirolusite può essere utilizzata principalmente in due modi: (1) miscelandola con sabbia, tipicamente al 10-50% in volume, per combinare in un unico mezzo filtrante le proprietà ossidanti della pirolusite e quelle filtranti della sabbia; (2) Inserimento della sola pirolusite al 100% in un filtro opportunamente dimensionato per fornire sia ossidazione che filtrazione.
Nel dimensionamento del filtro a pressione le portate massime di carico idraulico dovrebbero essere 9,0-12,50 m³ / m². Non è necessaria alcuna rigenerazione chimica ma il controlavaggio è fondamentale per il corretto funzionamento. L'attrito provocato durante il controlavaggio può essere un vantaggio in quanto espone più superficie all'ossidazione del ferro solubile e del manganese. La densità della pirolusite è compresa tra 120 lb / ft³, la velocità di controlavaggio è di 50-60 m³ / m² per ottenere un buon risciacquo e rigenerazione. Per un migliore risultato è consigliato il controlavaggio coadiuvato da aria.
Birm
Birm è un acronimo che sta per "Burgess Iron Removal Method". Il Birm ha la capacità di ossidare il ferro, ma non è molto efficace nell'ossidare As (III) ad As (V). Il Birm è prodotto impregnando i sali manganosi fino a quasi saturazione su sabbia di silicato di alluminio, che costituisce il materiale di base. Gli ioni manganosi vengono quindi ossidati in una forma solida di ossido di manganese con permanganato di potassio. Questo processo è simile a quello utilizzato per il Green Sand. Affinché il Birm sia efficace, deve essere utilizzato in acqua con un intervallo di pH compreso tra 6,8 e 9,0.L'alcalinità dovrebbe essere maggiore di due volte la concentrazione combinata di solfato e cloruro. Può essere necessaria l'iniezione di aria compressa a monte del filtro per mantenere un contenuto di ossigeno disciolto di almeno il 15% del contenuto di ferro, specialmente per l'acqua in ingresso con ferro a concentrazioni maggiori di 3 mg / l. L'ossigeno disciolto ossida il ferro attraverso il Birm che funge da catalizzatore che migliora la reazione tra l'ossigeno disciolto e il ferro disciolto e il manganese nell'acqua. L'idrossido ferrico formato attrae anche l'arsenico ossidato, che viene quindi anch’esso catturato nel letto del filtro.
Greensand
Un altro mezzo che converte le forme solubili di ferro e manganese in forme insolubili che possono essere pertanto filtrate è il GreenSand. Il GreenSand è stato utilizzato per diversi decenni ed è costituito da sabbia di glauconite lavorata. La glauconite è rivestito sinteticamente da un sottile strato di biossido di manganese, che conferisce alla sabbia scura un deciso colore verde e da qui il suo nome. I limiti nell’utilizzo del GreenSand includono un limite massimo di 5 mg / L per la rimozione di idrogeno solforato e di 15 mg / L per la rimozione del ferro; inoltre, il pH dell'acqua dovrebbe essere compreso tra 6,2 e 8,5.La combinazione di un forte ossidante e del GreenSand come materiale filtrante per la rimozione del ferro è comunemente chiamata "Processo GreenSand al manganese". Il permanganato di potassio o il cloro possono essere utilizzati per rigenerare efficacemente il GreenSand, tuttavia, se il cloro viene utilizzato da solo, potrebbe essere necessario rigenerare comunque periodicamente il GreenSand utilizzando il permanganato di potassio per mantenere un'efficacia ottimale del mezzo. La pre-clorazione è spesso raccomandata se i livelli di ferro sono significativamente superiori a 1 mg / L per ridurre la necessità del più costoso permanganato di potassio.