Szűrőanyagok helyes kiválasztása Bevezetés Egy adott szűrőanyag hatékonyságának meghatározása igen bonyolult lehet. A különféle végbemenő folyamatok miatt annak eldöntése, hogy a szűrőanyag alkalmas-e a tervezett felhasználásra, gyakran komoly tudományos ismereteket igényel. Ebben a dokumentumban azon termékeket hasonlítjuk és foglaljuk össze, amelyek széles körben használhatók kommunális és ipari nyomás alatti szűrőkben. Az alábbi fejezetek leírásokat, alkalmazási tanácsokat, valamint kezelési irányelveket tartalmaznak. A szűrőanyagok működésének alapelvei és az összehasonlításuk az összefoglaló táblázatban található. Aktivált alumíniumoxid (AA) Az aktivált alumíniumoxid az amorf- és a γ-alumíniumoxid keveréke, melyet az Al(OH) 3 kishőmérsékletű (300 600 C) dehidratációjával nyernek. A szűrési folyamatot felületi adszorpciónak nevezik, de valójában a szennyező anyag és a szűrőanyag felületén lévő hidroxid kicserélődésén alapul. Az AA-t nátriumhidroxiddal regenerálják és néhány alkalmazás savas mosást is igényel. Az AA felhasználási területe a fluorid-, arzén-, szelén-, szilikát- és huminsav-szennyezések eltávolítása. Az arzén és a fluorid eltávolítása igen nagy mértékben függ a ph-tól. Antracit Sűrűség (kg/dm 3 ): 0,69 Ágymagasság (mm): Üzemi sebesség (m/h): 3 Mosási sebesség (m/h): Az antracit őrölve és osztályozva ideális közepes súlyú szűrőanyagot alkot. Szabálytalan formája miatt az üledék mélyebben hatol be az ágyba, ezzel megnövelve az üzemidőt. Mostanában az antracitot elsősorban duál vagy multi-média szűrőkben alkalmazzák. Birm Sűrűség (kg/dm 3 ): 0,0 Üzemi sebesség (m/h):, Mosási sebesség (m/h): 30 4 A Birm mesterséges szűrőanyag (l. Filter AG), magnéziumoxid bevonattal. Kis súlya mellett katalitikus oxidációs képességei vannak. Katalitikus hatását a vízben oldott oxigén és vas/mangán reakciójában fejti ki. A kémiai kölcsönhatás következtében a vas és/vagy mangán csapadékot képez (oldott formából szilárd formába megy át), amely a szűrőanyag felületén adszorbeál. Sűrűség (kg/dm 3 ): 0,7 Ágymagasság (mm): 70 900 Üzemi sebesség (m/h): 13 Mosási sebesség (m/h): 30 1
Corosex A Corosex az igen reakcióképes magnéziumoxidból áll, feladata a vízben lévő szabad széndioxid semlegesítése. Nagy sebességnél és/vagy nagymértékű ph-korrekció esetén használják. Kissebességű vagy szakaszos felhasználásnál az anyag hajlamos a ph túlkompenzálására. Közepes vagy nagy keménységű vizekben a kalcium kiválhat, ezzel a szűrőanyag cementálódását okozva. Filter-Ag (Ag) Sűrűség (kg/dm 3 ): 1,60 Ágymagasság (mm): 600 700 Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): 30 A Filter Ag vízmentes szilíciumdioxidból áll, ezért súlya kicsi. Sűrűsége mindössze kg/dm 3, szemben a homok 1,60 kg/dm 3 -es sűrűségével. Felszíne szabálytalan, amely jóval nagyobb felületet biztosít, mint amilyen sok természetes szilikátnak van. Az Ag felhasználási területe a szuszpendált anyagok (zavarosság) eltávolítása. Gránát Sűrűség (kg/dm 3 ): Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): A gránát egy nagysűrűségű, kis szemcseméretű szűrőanyag. Sűrűsége miatt igen finom szűrést biztosít a 10 µ-os tartományban. Ritkán használják önmagában, mert az üzemidő rendkívül rövid lenne. A gránátot duál- vagy multi-média szűrőkben alkalmazzák, ahol a nagyobb részecskéket nagyobb szemcseméretű anyaggal szűrik ki. Sűrűség (kg/dm 3 ): 2, Ágymagasság (mm): 0+ Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): 60 7 Granulált aktív szén (GAC) Az aktív szén gyártása során a szenet porrá őrlik, kötőanyag segítségével beállítják a kívánt szemcseméretet, végül nagyhőmérsékletű gőzzel kezelik. A gőzzel való kezelés maga az aktiválási folyamat, amely során a szénben üregek keletkeznek, igen nagy fajlagos felületet eredményezve. Nagy felülete miatt az aktív szén rendkívül jó adszorpciós tulajdonságokkal rendelkezik. Antracitból, petróleumból, állati csontokból, fából és kókuszdió héjából nyert szenet egyaránt használnak aktív szén előállítására. A legtöbb, ivóvíz-előállításhoz használt aktív szenet bitumenes szénből nyerik. Az aktív szén savas vagy vizes mosása növeli a szén aktivitását, egyenletessé teszi a ph-t, valamint csökkenti a szénben természetesen jelen lévő szennyezéseket. Az aktív szén minőségének mérésére többféle módszer is létezik, ezek közül az egyik a jódszám mérése, azaz az adszorbeálódni képes jód maximális mennyisége. A jódot az adszorpciós képesség jellemzésére használják, de nincs közvetlen összefüggés a jód és más összetevők között. Az aktív szén fő felhasználási területe a szerves anyagok és illékony szerves vegyületek csökkentése, valamint a nem kívánt ízt és szagot okozó összetevők eltávolítása. Nem kifejezetten alkalmas 2
eltávolítására, mert a legtöbb ilyen eltömi az aktív szénben lévő üregeket, ezzel csökkentve felületét és adszorpciós kapacitását. KDF Sűrűség (kg/dm 3 ): Üzemi sebesség klóreltávolításnál (m/h): 13 Mosási sebesség (m/h): A KDF szűrőanyag nagy finomságú réz-cinkszemcsékből áll (0% Cu, 0% Zn), melyek redox (elektroncserén alapuló) reakcióban eltávolítják a klórt, nehézfémeket és gátolják a baktériumok megtelepedését. A KDF-nek a többi szűrőanyaghoz képest szokatlanul magas az üzemi sebessége. Nem alkalmazható agresszív vizek estén, viszont gyakran használják mint semlegesítő anyagot. KDF Sűrűség (kg/dm 3 ): 2,7 Ágymagasság (mm): 0+ Üzemi sebesség (m/h): 7 Mosási sebesség (m/h): 7 A KDF szűrőanyag nagy finomságú réz-cinkszemcsékből áll (% Cu, % Zn), melyek redox (elektroncserén alapuló) reakcióban eltávolítják a klórt, nehézfémeket és gátolják a baktériumok megtelepedését. A KDF-nek a többi szűrőanyaghoz képest szokatlanul magas az üzemi sebessége. Nem alkalmazható agresszív vizek estén, viszont gyakran használják mint semlegesítő anyagot. Sűrűség (kg/dm 3 ): 2,7 Ágymagasság (mm): 0+ Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): 7 Manganese Greensand (MG) A Manganese Greensand előállításához a természetben előforduló glaukonitos homokkövet 1 mangánnal borítják, így nyeri lilás fekete színét. Arra tervezték, hogy katalizátorként elősegítse a vas, mangán és kénhidrogén kiválását. A Greensandet lehet folyamatosan regenerálni (FR) káliumpermanganáttal és/vagy klórral, illetve lehet szakaszosan regenerálni (SZR) káliumpermanganáttal. Folyamatos regenerálás esetén 1 l MG kapacitása 0 ppm, melyhez 1, 3,6 g KMnO 4 -ot kell adagolni. Az adatok a KMnO 4 igény alapján lettek számolva, ahol a vas = 1:1, mangán = 1:2, kénhidrogén = 1:4, vagyis 1 l MG 0 ppm vasat, vagy 17 ppm mangánt, vagy 90 ppm kénhidrogént képes eltávolítani. Szakaszos regenerálás esetén a kapacitás fele a fentieknek. Bevett szokás folyamatos regenerálás esetén, hogy 400 mm antracitot rétegeznek a szűrőanyagra. Sűrűség (kg/dm 3 ): 1, Ágymagasság (mm): 70 900 Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): 30 Regenerálás: 1, 3 g KMnO 4 / l szűrőanyag 1 A glaukonit 2 % K2 O-t tertalmazó igen változó összetételű Fe(III)-szilikát, kevés Al 2 O 3 -dal; 44 2 % SiO 2. Kolloid és kristályos alakban is előfordul. Rendesen amorf, földes, kloritkülsejű. Apró, kristályos szemek dolomitban. Rendesen apró,kerek, puskaporszerű szemecskék. Mindenféle korú üledékben megtalálható; bőven a laza, szétmorzsolható krétakorizöld homokban; a mai óceánok kontinentális parti homokjában. Talán az augit, amfibol, csillám, stb. mállásából keletkezett. New Jersey államban a krétakori zöld homok 7 90 % glaukonitot tartalmaz és becses műtrágya. (Ásványtan, II. kötet, Bp. 1942. Királyi Magyar Egyetemi Nyomda) 3
MTM Az MTM szemcsés mangándioxid szűrőanyag, feladata a vas, mangán és kénhidrogén eltávolítása a vízből. Azon az elven működik, mint a Greensand, beleértve a KMnO 4 -os és/vagy klóros regenerálást. A lényegi különbség az MTM és a Greensand között az, hogy az MTM szemcséi könnyű (mesterséges) magra épülnek. Ez a tulajdonsága teszi lehetővé az alacsony mosási sebességet és a kis nyomásesést üzem közben. Sűrűség (kg/dm 3 ): 0,44 Üzemi sebesség (m/h):, Mosási sebesség (m/h): Multi-média (többrétegű szűrés) Több különböző szűrőanyag (általában 3 ) használata nagyobb üzemi sebességet és akár 10 µ-os szűrést tesz lehetővé. Az anyagokat sűrűség, illetve szemcseméret szerint töltik be a tartályba. A legnagyobb sűrűségű, legkisebb szemcseméretű anyagot töltik be először és a legkisebb sűrűségű, legnagyobb szemcsemérettel rendelkező anyagot utoljára. Ennek eredményeképpen a nagyobb részecskék a legfelső réteg tetején szűrődnek ki, az egyre kisebb részecskék a lefelé a további rétegekben. A legáltalánosabb szűrőanyag kombináció (alulról felfelé): antracit, szűrőhomok, gránát (0,4 0,6 mm), gránát (1,7 2,4 mm), szűrőkavics (1,6 3,2 mm) és szűrőkavics (3,2 6,3 mm). Bármely szűrőanyag kombinációt lehet multi-média szűrőnek nevezni, azonban a fenti összeállítás terjedt el multi-média néven. Pyrolox Sűrűség (kg/dm 3 ): 1,47 Ágymagasság (mm): 900 Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): A Pyrolox természetes érc (mangándioxid), feladata a vas, mangán és kénhidrogén eltávolítása vízből. Hasonlóan mint a Birm, Greensand és az MTM, oxidációs katalizátorként viselkedik. Alacsony oldott oxigén tartalmú vizekkel nem lehet kihasználni a Pyrolox katalitikus tulajdonságát. Nem igényel regenerálást, viszont igen erőteljesen kell visszamosni. A visszamosás hatására a szűrőanyag ledörzsöli önmagát, ezzel megújítva a szemcsék felületét. A nem megfelelő mosási sebesség, valamint az alacsony oldott oxigén tartalom a két leggyakoribb oka a rossz hatásfokú szűrésnek Pyrolox használata esetén. Homok Sűrűség (kg/dm 3 ): 2,0 Ágymagasság (mm): 600+ Üzemi sebesség (m/h): Mosási sebesség (m/h): 60 7 A szűrőhomok a természetben előforduló homok átszitálva és átmosva, magas szilikát- és alacsony kalcium-tartalommal. Egyszerű szűréshez használják és gyakran része multi-média szűrőknek. A homokszűrők talán a legrégebbi mesterséges szűrők, melyek a természetes szűrést utánozzák. Sűrűség (kg/dm 3 ): 1,6 Ágymagasság (mm): 40 700 Üzemi sebesség (m/h): 7 Mosási sebesség (m/h): 0 4
Összefoglalás Szűrőanyag neve AA Anthracite Birm Corosex Calcite Filter AG Garnet GAC CI GAC szerves KDF KDF Greensand MTM Múlti-média Pyrolox Homok Sűrűség [kg/dm³] 0,69 0,0 0,7 1,60 1,60 2, 2,7 2,7 1, 0,44 1,47 2,0 1,6 Üzemi sebesség [m/h] 3 2, 1 p [bar] 0,4 Max.üzemi sebesség [m/h], 13 13 7, 40 p [bar] 0,2 0,3 0, Ágymagasság [mm] 70-900 600-700 600-700 0+ 600+ 0+ 0+ 70-900 600+ 40-700 Visszamosás [m/h]* 6 70 70 30 6 4 Arzén, fluor semlegesítés semlegesítés klór szerves anyagok klór, nehézfémek ph Korlátozás oldott oxigén keménység, lúgosság lúgosság klór nagy részecskék áramlási sebesség TDS>0, BW GPM TDS>0, BW GPM regenerálószer regenerálószer oldott oxigén BW GPM * C-os vízre. Melegebb víz esetén kisebb, hidegebb víz esetén nagyobb áramlási sebességet igényel. Megjegyzés: minden áramlási sebesség 1 m 2 szűrőkeresztmetszetre vonatkozik.