Устранение неисправностей, связанных с загрязнением корпуса фильтра на станциях очистки сточных вод

Загрязнение корпуса фильтра на станции очистки сточных вод обычно проявляется в виде роста перепада давления, снижения расхода или того, что картриджи достигают срока замены в два раза раньше запланированного. Замена картриджа на время восстанавливает расход, но не объясняет, почему фильтр загрязнился так быстро. В большинстве случаев причина кроется выше по потоку, в гидравлике корпуса или в несоответствии между фильтрующим элементом и загрязняющим веществом.

В данном руководстве рассматриваются корпуса картриджных и мешочных фильтров, используемые в системах доочистки сточных вод, повторного использования воды, предварительной очистки перед мембранной обработкой, а также в линиях подачи химикатов или уплотнительной воды. В нем объясняется, как распознать основные механизмы загрязнения, как установить причину, прежде чем тратить деньги, какие способы устранения неисправностей эффективны, а также в каких случаях жесткий спеченный пористый пластиковый элемент является разумной альтернативой одноразовому картриджу.

Устранение неисправностей, связанных с загрязнением корпуса фильтра на станциях очистки сточных вод

Как на практике выглядит загрязнение корпуса фильтра?

Загрязнение — это накопление взвешенных твердых частиц, масел, биологических отложений или минерального налёта на фильтрующем элементе или внутри корпуса, что приводит к увеличению сопротивления потоку. К первым признакам обычно относятся:

Дифференциальное давление (ΔP) растёт быстрее, чем предусмотрено собственными базовыми показателями станции для данного режима работы.
Снижение расхода при тех же настройках насоса или увеличение нагрузки на насос для поддержания расхода.
Картриджи, которые выглядят слизистыми, изменили цвет или имеют запах сульфида.
Повышение мутности или количества твердых частиц на выходе, наблюдаемое даже при работающем фильтре, что свидетельствует о наличии обходного потока или выходе уловленных твердых частиц.
Мембрана, расположенная ниже по потоку, демонстрирует более высокое значение ΔP, в то время как картриджный фильтр выглядит в порядке.

Этот последний момент имеет значение при повторном использовании и в установках обратного осмоса. A Обзор ключевых показателей эффективности систем обратного осмоса от WaterTech Online В документе указаны индекс плотности ила (SDI) и перепад давления в числе ежедневных параметров, за которыми должны следить операторы, а также отмечается, что SDI следует измерять на всех этапах предварительной очистки, в том числе после картриджных фильтров. Кроме того, в качестве целевого показателя предварительной очистки перед мембранами указан SDI ниже 3,0. Эти значения относятся к подаче на мембраны, а не ко всем фильтрам для сточных вод, но принцип остается тем же: измерять показатели как перед, так и после корпуса фильтра, а не полагаться на один измерительный прибор.

Одно замечание по поводу ΔP. Снижение показателя не всегда является хорошей новостью. Если насос обеспечивает меньший расход, ΔP снижается, даже если нагрузка на элемент остается прежней. Сравнивайте значения ΔP при сопоставимых расходах или фиксируйте расход одновременно с ним.

Распространенные причины загрязнения корпуса фильтра при очистке сточных вод

Перенос взвешенных твердых частиц и флокул

Биологические твердые частицы, перенос из отстойника, а также флокулы коагулянта или полимера являются наиболее распространенными видами нагрузки на доочистные фильтры. Резкий скачок нагрузки обычно указывает на сбой в работе предшествующих установок, например на подъем слоя осадка, короткое замыкание в отстойнике или передозировку коагулянта. Устойчивый, медленный рост нагрузки указывает на проблему с номинальной производительностью или расчетом фильтра.

Жиры, масла, смазочные материалы и полимеры

Жиры, масла и смазочные вещества (FOG) распределяются по отверстиям пор, а не заполняют их, в результате чего перепад давления (ΔP) быстро возрастает, и фильтр не восстанавливает работоспособность после простой промывки. Избыток катионного полимера, образовавшегося на этапах обезвоживания или флокуляции, может вести себя аналогичным образом, образуя гелеобразный слой. Оба эти вещества, как правило, выглядят блестящими или липкими на разрезанном картридже, и для их удаления обычно требуется очистка с использованием поверхностно-активного вещества или щелочного раствора, а не простой воды.

Биоосаждение и биопленка

Теплая, богатая питательными веществами вода внутри корпуса, который простаивает между циклами работы, является идеальной средой для образования биопленки. Типичными признаками являются слизь на нагревательном элементе и стенках корпуса, неприятный запах, а также рост перепада давления (ΔP) даже при низкой мутности. Частыми очагами образования биопленки являются корпуса, находящиеся в режиме ожидания, и мертвые участки трубопроводов.

Накипь и оксиды металлов

Карбонат кальция, накипь на основе фосфатов, такая как струвит, а также оксиды железа или марганца могут выпадать в осадок при изменении значения pH, температуры или уровня окислителей. Если при капании капли разбавленной кислоты на осадок наблюдается шипение, вероятно, в его составе присутствует карбонат. Налет ржавого или чёрного цвета, появляющийся после аэрации или хлорирования, указывает на окисление железа или марганца. Перед выбором чистящего химического средства необходимо подтвердить это лабораторным анализом.

Неправильный номинальный параметр, корпус недостаточного размера или неэффективная гидравлическая система

Недостаточное количество картриджей для данного расхода приводит к высокой пропускной способности каждого элемента и быстрому загрязнению. Засоренные вентиляционные отверстия, отстойник, заполненный осевшими твердыми частицами, поврежденные уплотнительные кольца или плохо закрепленный картридж могут создавать дополнительное сопротивление или позволять нефильтрованной воде обходить элемент. Эти механические неисправности легко устранить, но их легко упустить из виду.

Таблица устранения неисправностей: признаки, причины, проверки и способы устранения

Симптом	Вероятная причина	Как подтвердить	Типичные корректирующие меры
ΔP быстро растёт, а затем после промывки достигает стабильного значения	Свободные взвешенные твердые частицы или флокулы	Осмотреть отработанный элемент; проверить показатели TSS или мутности вверх по потоку	Исправить пояснение в исходном коде; добавить ступень предварительной фильтрации с более крупными порами
ΔP быстро растёт, промывка не помогает	FOG или полимерная пленка	Блестящий или липкий налет; маслянистый блеск на воде после ополаскивания	Обеспечьте контроль над источником образования тумана; используйте совместимые поверхностно-активные вещества или щелочные чистящие средства
Слизь и запах, рост ΔP при низкой мутности	Биопленка	Видимая слизь; при необходимости — микробиологическое исследование	Проведите дезинфекцию корпусов и трубопроводов; избегайте использования корпусов, в которых скапливается вода в режиме ожидания
Твёрдый, коркообразный или шипучий налёт	Карбонатный или фосфатный налет	Испытание на капли разбавленной кислоты; лабораторный анализ	Отрегулируйте уровень pH или дозировку антинакипного средства; используйте средства для очистки, устойчивые к воздействию кислот
Ржаво-коричневый или чёрный налёт	Оксиды железа или марганца	Цвет; лабораторный анализ отложения	Проверить точки окисления на входе; удалить металлы перед фильтром
Нормальное значение ΔP, но низкое качество воды ниже по течению	Обход вокруг элемента или уплотнения	Проверьте уплотнительные кольца, посадочные поверхности и торцы элементов	Замените уплотнения; проверьте правильность установки элемента и сопряжение с торцевой крышкой
Частые замены при расчетном расходе	Корпус или элемент имеют меньшие размеры	Рассчитать расход на один картридж в соответствии с техническим паспортом	Добавьте элементы или более крупный корпус; уменьшите магнитный поток
Показания датчика ΔP кажутся низкими, но расход снизился	Показания, полученные при пониженном расходе	Сравните ΔP при согласованном расходе	Диаграмма зависимости расхода от ΔP; нормализованные значения тренда

Как следует определить наличие отложений, прежде чем что-либо менять?

Для начала необходимо выяснить, что именно привело к засорению элемента. Рекомендуемый порядок действий:

Определите исходное состояние. Зафиксируйте значения ΔP и расхода после установки новых элементов. Без этого показание “высокий” не будет иметь точки отсчета.
Осмотрите отработанный элемент и корпус. Обратите внимание на цвет, текстуру, запах и местоположение отложения. Поверхностный налет указывает на наличие твердых частиц. Гладкая пленка свидетельствует о наличии жиров, масел и смазочных веществ (FOG), полимеров или биологических отложений. Твердые отложения указывают на образование накипи.
Проверьте канал. Проведите отбор проб на входе и выходе для определения мутности или общего количества взвешенных твердых частиц (TSS). Если далее установлена мембрана, отслеживайте также показатель SDI.
Проведите простые тесты на депозиты. Капля кислоты позволяет определить наличие карбонатов. Замачивание в тёплой воде с моющим средством показывает, является ли отложение органическим. Любые неизвестные отложения следует отправить на анализ.
Проверьте механические детали. Прежде чем винить фильтрующий материал, проверьте уплотнения, вентиляционные отверстия, сливные отверстия и посадку картриджа.

Рекомендации компании DuPont по очистке элементов FilmTec показывает полипропиленовый картриджный фильтр с размером пор 5–10 микрон в корпусе из ПВХ, стеклопластика или нержавеющей стали в составе очистной установки и рекомендует проводить очистку элементов обратного осмоса при увеличении перепада давления на 15 %. Эта цифра в 15 % относится к мембранным элементам, а не к одноразовым картриджам. Ценность данного подхода для диагностики неисправностей корпуса заключается в методе: необходимо нормировать данные по динамике и принимать меры в ответ на отклонение от базового уровня, а не на основании отдельного абсолютного показания.

Является ли более мелкий размер микронов решением проблемы загрязнения?

Как правило, нет. Когда фильтр быстро забивается, возникает инстинктивное желание либо увеличить степень очистки, чтобы продлить срок его службы, либо ужесточить критерии очистки для получения более чистого стока. Оба подхода могут привести к обратному результату.

Более мелкий размер пор при неизменной подаче улавливает большую часть частиц на поверхности, поэтому ΔP начинает расти раньше. Более крупный размер пор может прослужить дольше, но пропускает частицы, которые приводят к загрязнению мембраны или превышают допустимые пределы сброса. Ни один из этих подходов не решает проблему жиров, масел и жировых осадков (FOG), биопленки или накипи, поскольку эти явления вообще не зависят от размера пор.

Рассмотрим наглядный пример. На предприятии картриджи с размером пор 10 микрон заменяют на элементы с размером пор 5 микрон для защиты расположенной ниже по потоку мембраны, в результате чего частота замены увеличивается с ежемесячной до еженедельной. Если в подаваемой жидкости присутствуют флокулы из отстойника, работающего на пределе своих возможностей, более целесообразным решением может стать установка фильтра первой ступени с более крупными порами или корректировка системы на входе, а элемент с более мелкими порами — разместить на второй ступени. Использование картриджа с более мелкими порами не было ошибкой, но от него требовали выполнять работу двух ступеней.

Рейтинг также не является единым стандартом. “Номинальный” и “абсолютный” рейтинги характеризуют разные показатели удержания загрязнений, поэтому уточните у поставщика, как был определен рейтинг и при каком расходе. Аналогичным образом, конечный перепад давления (ΔP) различается в зависимости от конструкции элемента, поэтому следует использовать значение, указанное производителем элемента, а не общее значение, взятое из спецификации другого типа картриджа.

Чистка и уход: что полезно, а что наносит вред носителям

Подберите метод очистки в зависимости от типа загрязнения:

Сыпучие твердые вещества: обратная промывка или ополаскивание под низким давлением, если конструкция элемента допускает обратный поток.
FOG, полимеры и органические вещества: теплая вода с подходящим поверхностно-активным веществом или мягким щелочным моющим средством.
Камни и оксиды металлов: совместимую кислоту, при этом время контакта и концентрация устанавливаются производителем элемента.
Биопленка: соответствующий этап дезинфекции, а также план по предотвращению застоя.

Химическая совместимость определяет, что является безопасным. Полиэтилен, как правило, устойчив ко многим кислотам и щелочам, но может разрушаться при длительном воздействии сильных окислителей, особенно в сочетании с нагревом. Полиамид, как правило, менее устойчив к воздействию сильных кислот и окислителей. ПТФЭ обладает очень широкой химической стойкостью. Перед очисткой уточняйте у производителя материала точные пределы для конкретного сорта, поскольку концентрация, температура и время контакта влияют на результат.

Не менее важное значение имеет техническое обслуживание корпуса. Следует слить воду из отстойника и очистить его, своевременно проводить осмотр и замену уплотнительных колец, проверять проходимость вентиляционных отверстий и сливных каналов, а также убедиться в правильной установке картриджей. Необходимо вести учет значений ΔP, расхода и дат замены, чтобы при следующем случае загрязнения можно было сравнить ситуацию с данными за предыдущие периоды.

В каких случаях целесообразно использовать спеченные пористые пластиковые элементы?

Использование жестких спеченных пористых пластиковых элементов целесообразно в тех случаях, когда один и тот же корпус повторно загрязняется твердыми частицами или органическими веществами, которые можно удалить с помощью подходящей стадии очистки, а также когда затраты и объем отходов, связанные с частым заменой одноразовых элементов, являются значительными. Они не являются панацеей от всех проблем, связанных с загрязнением, и не заменяют меры контроля на входе в систему.

В спеченном элементе пластиковые частицы сплавляются в самонесущий пористый корпус. В отличие от намотанных или полученных методом расплавления картриджей, его структура сохраняет жесткость, что позволяет проводить обратную промывку или химическую очистку при соблюдении установленных производителем ограничений по давлению и совместимости. Недостатками являются, как правило, более высокая стоимость единицы продукции по сравнению с одноразовым полипропиленовым картриджем, необходимость соблюдения определённой процедуры очистки, а также риск того, что мелкие частицы застревают в пористой структуре и не поддаются очистке.

Выбор исходного полимера

Материал	Типичная схема подключения в системах канализации	Основные проверки
UHMW-PE	Общая фильтрация частиц из воды и технологических жидкостей	Воздействие окислителей, чистящие химические вещества, смачиваемость
ПНД	Разделение твердых и жидких фаз в промышленных водных потоках	Предельные значения температуры и давления
PTFE	Агрессивные химические вещества или более высокая температура	Смачиваемость при эксплуатации в водной среде, концевая обработка и стоимость
ПА (нейлон)	Фильтрация мелких частиц в узком диапазоне номинальных значений	Совместимость с кислотами и окислителями

Опубликованные поставщиком диапазоны служат отправной точкой. Lvyuan’s Трубки для фильтрующих картриджей из спеченного пористого UHMW-PE перечислены с размерами от 0,2 до 140 мкм и диаметрами от 10 до 120 мм. Эти пористая фильтрующая трубка из спеченного полиэтилена высокой плотности (HDPE) описан для разделения твердых веществ и жидкостей в диапазоне размеров 1–100 мкм, при работе при температуре ниже 80 °C и давлении не более 0,5 МПа. Для агрессивных химических сред или более высоких температур пористый фильтрующий картридж из спеченного ПТФЭ в списке указаны номинальные размеры 0,1–100 мкм, диапазон температур от -190 °C до 260 °C, а также несколько вариантов торцевых соединений, включая M20, M30, 222 и 226. Для тонкой фильтрации Фильтрующий картридж из спеченного пористого пластика PA Указаны размеры 0,5–10 мкм при диаметрах 38 мм или 48 мм. Это диапазоны, указанные поставщиком; перед заказом необходимо сверить их с вашими собственными параметрами расхода, перепада давления (ΔP), температуры и химического состава.

Плоские и кольцевые форматы

Не во всех точках фильтрации используется трубка. В некоторых устройствах применяются плоские или формованные элементы. Пористые фильтрующие пластины из спеченного полиэтилена может быть разрезан по размеру для фильтрации и распределения жидкости, круглые спеченные полиэтиленовые фильтрующие пластины комплекты костюмов, для которых требуется плоский диск, и спеченные пористые кольцевые фильтры из полиэтилена — это формованные кольцевые элементы для оборудования, конструкция которого рассчитана на данную геометрию. В каждом конкретном случае заказчик должен указать толщину, характеристики пор и способ герметизации с учетом фактической рабочей среды, поскольку универсальных технических характеристик не существует.

Одно предупреждение относительно смачивания

Пористый полиэтилен и ПТФЭ, как правило, являются гидрофобными, если не прошли специальную обработку. При эксплуатации в условиях водных сточных вод необходимо уточнить, прошел ли элемент поверхностную обработку или требует ли он предварительного увлажнения, поскольку сухой гидрофобный элемент может демонстрировать высокий начальный перепад давления (ΔP) или низкую пропускную способность, что может выглядеть как загрязнение, но таковым не является.

Осаждения на вспомогательном оборудовании вокруг корпуса

Эффективность работы корпуса также зависит от окружающего его оборудования. Если на вашем предприятии дозирование сухих химикатов осуществляется с помощью вакуумной транспортировки, фильтр, защищающий источник вакуума, может забиваться мелкими частицами, что приведет к недостаточному подаче материала в дозатор. Фильтрующие картриджи для вакуумных дозаторов из UHMW-PE представляют собой один из форматов, разработанных специально для данного типа оборудования. Автоматические клапаны обратной промывки и перекрытия часто выпускают сжатый воздух через небольшие глушители, и забитый выпускной канал может замедлить реакцию клапана; пористые пластиковые пневматические глушители предназначены для фильтрации выхлопных газов пневматических систем и снижения шума. Это вторичные меры контроля, однако медленно закрывающийся клапан может нарушить циклы обратной промывки и быть ошибочно принят за неисправность фильтра.

Как предотвратить повторное образование накипи?

Контролируйте это на начальном этапе. Прежде чем увеличивать мощность фильтрации, необходимо стабилизировать работу отстойника, дозирование полимеров и коагулянтов, а также источники жиров, масел и смазочных веществ (FOG).
Организуйте процесс фильтрации. Установите фильтр с более крупными ячейками перед фильтром с мелкими, чтобы каждый из них обрабатывал тот диапазон частиц, для которого он предназначен.
Размер для флюса. Лучше добавить элементы или увеличить размер корпуса, чем использовать меньшее количество картриджей, работающих на пределе своего номинального расхода.
Следи за тенденцией, не реагируй. Отслеживайте изменение давления (ΔP) в зависимости от расхода и настраивайте сигналы тревоги исходя из предельных значений, указанных производителем элемента.
Не допускайте застоя. Следует слить воду из резервных корпусов или провести их дезинфекцию, а также устранить мертвые участки трубопровода.
Осуществляйте очистку в соответствии с графиком, учитывающим степень загрязнения, и остановиться, если очистка больше не позволяет восстановить ΔP до стабильного исходного уровня.
Запасные части должны соответствовать корпусу, включая уплотнения и концевые фитинги.

Что необходимо указать перед тем, как заказать замену или изготовление элемента по индивидуальному заказу?

Точность расчета зависит от факторов, которые на самом деле приводят к образованию накипи. Подготовьте:

Описание канала: источник, TSS или диапазон мутности, наличие FOG, полимеров или коагулянтов, а также любые нештатные условия.
Химия и температура: диапазон значений pH, окислители или биоциды, чистящие химикаты и максимальная температура.
Гидравлика: конструкция и пиковый расход, чистое ΔP, допустимое конечное ΔP и рабочее давление.
Сведения о жилье: длина элемента, наружный диаметр, тип торцевого соединения, способ уплотнения и количество положений.
Целевой показатель эффективности: требования к степени удержания, нижний предел очистки или требования к мембране, а также возможность применения многоступенчатой фильтрации.
План уборки: будет ли элемент подвергаться обратной промывке или химической очистке, и каким способом.
Количество и отбор проб: годовой объем и необходимость предоставления пробных образцов.

Прежде чем размещать крупный заказ, попросите поставщиков предоставить образцы для тестирования в вашей собственной корпусной конструкции и заранее согласуйте, какие показатели восстановления ΔP и продолжительности работы будут считаться успешными. Любые заявления поставщиков о характеристиках продукции следует сверять с вашими собственными данными.

Часто задаваемые вопросы

Что вызывает загрязнение корпусов фильтров на станциях очистки сточных вод?

Основными причинами являются попадание взвешенных твердых частиц и флокул, жиры, масла и смазочные вещества, остатки полимеров, биопленка, минеральные отложения, а также оксиды железа или марганца. Недостаточный размер корпуса, неправильный расчет, обход системы и заблокированные вентиляционные отверстия могут усугублять загрязнение или имитировать его.

Проверьте показатели очищаемости и перепад давления (ΔP) на выводах фильтрующего элемента, указанные производителем. Если после очистки перепад давления (ΔP) при соответствующем расходе возвращается к значению, близкому к исходному показателю в чистом состоянии, значит очистка прошла успешно. Если величина перепада давления снижается с каждым циклом, замените фильтрующий элемент.

При каком перепаде давления следует производить замену?

Универсального значения не существует. Перепад давления на терминале ΔP зависит от конструкции элемента, корпуса и технологического процесса, поэтому следует руководствоваться указанными производителем предельными значениями и собственными эталонными показателями. Сравнивайте показания при одинаковом расходе, поскольку при более низком расходе может создаться впечатление, что ΔP улучшается.

Помогает ли более мелкий размер пор уменьшить загрязнение?

Как правило, нет. Фильтр с более мелкой степенью очистки для того же источника воды обычно загружается быстрее и не предотвращает образование жира, масла и грязи (FOG), биопленки или накипи. Многоступенчатая система с первым фильтром более грубой очистки зачастую работает эффективнее, чем один фильтр с мелкой степенью очистки.

Могут ли фильтры из спеченного пластика очищать сточные воды?

Они могут подходить для выполнения определённых задач, когда твердые частицы или органические вещества удаляются в процессе очистки, а полимер совместим с химическим составом воды, температурой и давлением. Сначала необходимо уточнить у производителя химическую стойкость, смачиваемость и пределы очистки.

Как отличить биологическое загрязнение от накипи?

Биологическое загрязнение обычно сопровождается образованием слизи, появлением неприятного запаха и увеличением перепада давления (ΔP) при низкой мутности. Накипь имеет твердую или коркообразную структуру и может шипеть при контакте с разбавленной кислотой, если она состоит из карбонатов. Надежным подтверждением служит лабораторный анализ отложений.

Какие химические вещества безопасны для очистки деталей из полиэтилена или полиамида?

Это зависит от марки, концентрации, температуры и времени контакта. Полиэтилен, как правило, устойчив к воздействию многих кислот и щелочей, но со временем становится чувствительным к сильным окислителям, тогда как полиамид менее устойчив к сильным кислотам и окислителям. Уточните допустимые пределы у поставщика в письменном виде.