Co to jest ultrafiltracja wody?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Skutecznym sposobem oczyszczania wody jest przepychanie jej przez półprzepuszczalne membrany. Procesy filtracji są klasyfikowane według wielkości cząstek, które mają zostać oddzielone:

• mikrofiltracja przez membrany o wielkości porów od 0,05 do 10 mikronów;
• ultrafiltracja - pory od 0,001 µm do 0,05 µm;
• odwrócona osmoza i nanofiltracja - pory 1 nm i poniżej.

Ultrafiltracja wody ma na celu usunięcie z niej mikroorganizmów i makroskopowych wtrąceń, które nie przechodzą przez pory membrany.

Tradycyjny mechanizm filtrów zasypowych opiera się na czyszczeniu grawitacyjnym. Ultrafiltracja jest podobna do przesiewania przez porowate sito, gdzie wszystkie cząstki o większej średnicy są oddzielane.

Typy membran

Elementy filtrujące to płaskie arkusze lub włókna z kapilarami. Przez te pierwsze prowadzona jest głównie ultrafiltracja ścieków, a te drugie przeznaczone są do:uzdatnianie wody.

Włókna są przeważnie jednokanałowe, o średnicy wewnętrznej około 0,8 mm. Są poddawane częstym stresom i mogą zostać zniszczone przez płukanie wsteczne. Włókna wielokanałowe zawierają wiele kapilar i są znacznie mocniejsze.

Membrany są wykonane z polimerów, takich jak poliestrosulfon. Jego parametry można zmienić poprzez dodanie innych materiałów syntetycznych. Szeroki zakres pH przetwarzanych cieczy umożliwia skuteczne czyszczenie elementów filtrujących.

Błony polimerowe muszą być okresowo odkażane, ponieważ drobnoustroje uwielbiają jeść materię organiczną i tworzyć na niej kolonie.

Trwała membrana ceramiczna, dobrze umyta detergentami. Jego cena jest wyższa, ale żywotność sięga 10 lat.

Metody filtracji

Ultrafiltracyjny system wodny składa się z modułów wypełnionych pustymi porowatymi włóknami. Początkowa ciecz dostaje się do naczyń włosowatych, po czym następuje filtracja przez ścianki boczne. Możliwe jest również podawanie wsteczne.

Płukanie odbywa się przez filtrat z jego dopływem w przeciwnym kierunku. Równomierne rozprowadzenie cieczy na zewnątrz włókien zapewnia usuwanie osadów z naczyń włosowatych. Tutaj ważne jest, aby wybrać odpowiedni tryb płukania, aby łatwiej usunąć warstwę zanieczyszczeń.

Filtry działają w dwóch trybach, z których jeden to ciśnienie: woda jest dostarczana do obudowy urządzenia pod ciśnieniem. Metodę zanurzeniową wykonuje się za pomocą membran opuszczonych do otwartego pojemnika. Po stronie wylotowej powstaje podciśnienie, a ciecz jest zasysana przez materiał filtrujący.

Moduły są ułożone pionowo. Woda wpływa do nich z jednego końca, a wypływa z drugiego. Liczba modułów w jednym filtrze zwykle nie przekracza dwóch jednostek. Dzięki temu potrzeba mniej uszczelek, co zmniejsza prawdopodobieństwo wycieków. Moduły pionowe są wygodne w utrzymaniu i testowaniu. Są łatwe w montażu i demontażu.

Tryby filtrowania

Gdy przeprowadzana jest ultrafiltracja wody, filtry mogą działać w trybie ślepym i stycznym. W pierwszym przypadku cała dostarczona woda jest oczyszczana. Osady z membrany są okresowo usuwane podczas procesu płukania lub strumieniem odpływowym. Membrana szybko się brudzi, a spadek ciśnienia na niej musi być utrzymywany na niskim poziomie, co zmniejsza wydajność aparatu. Metoda stosowana do uzdatniania wody o niskim stężeniu zawiesin.

W trybie stycznym przefiltrowane medium krąży po powierzchni membrany i tworzą się na niej niewielkie osady. Turbulencja przepływu w kanale zasilającym umożliwia oczyszczanie wody o wysokim stężeniu zawiesiny. Wadami tej metody są wzrost kosztów energii w celu uzyskania wysokiego natężenia przepływu oraz konieczność instalowania dodatkowych rurociągów.

Parametry ultrafiltracji

Główne parametry ultrafiltracji to:

1. Selektywność - stosunek stężeń zanieczyszczeń wzanieczyszczona woda (C_we.) i w filtracie (C_wy.): R=(1 - C_{wy./ С}w._{) ∙ 100%. Do procesu ultrafiltracji jest duży, co pozwala wyłapać najmniejsze cząsteczki, w tym bakterie i wirusy.}
2. Zużycie filtratu - ilość oczyszczonej wody na jednostkę czasu.
3. Właściwe zużycie filtratu - ilość produktu przechodzącego przez 1 m2 powierzchni membrany. Zależy od właściwości elementu filtrującego i czystości wody źródłowej.
4. Spadek ciśnienia na membranie - różnica ciśnień po stronie zasilania i filtratu.
5. Przepuszczalność to stosunek między określonym natężeniem przepływu filtratu a spadkiem ciśnienia na membranie.
6. Sprawność hydrauliczna - stosunek natężenia przepływu filtratu do dostarczanej wody źródłowej.

Ultrafiltracja do dezynfekcji wody

Tradycyjne metody usuwania mikroorganizmów obejmują technologie wykorzystujące odczynniki. Ultrafiltracja wody polega na fizycznym odseparowaniu od niej mikroorganizmów i koloidów ze względu na małe rozmiary porów membrany. Zaletą metody jest usuwanie zwłok drobnoustrojów, glonów, materii organicznej i cząstek mechanicznych. Jednocześnie nie ma potrzeby specjalnego uzdatniania wody, które w innych przypadkach jest obowiązkowe. Wszystko, co musisz zrobić, to przepuścić go przez 30 mikronowy filtr mechaniczny.

Kupując filtry, należy określić wielkość porów membran. Aby całkowicie usunąć wirusy, średnice otworów powinny być na poziomie 0,005 µm. W przypadku dużych rozmiarów porów funkcja dezynfekcjinie uruchomi się.

Ponadto technologia ultrafiltracji zapewnia klarowanie wody. Wszystkie zawieszone ciała stałe są całkowicie usuwane.

Instalacja wody ultrafiltracyjnej zawiera urządzenia połączone równolegle, co zapewnia niezbędną wydajność procesu oraz możliwość ich wymiany w trakcie pracy.

Oczyszczanie wody przed filtrami jonowymiennymi

Żywica jest skuteczna w zatrzymywaniu cząstek koloidalnych o wielkości 0,1-1,0 µm, ale szybko zapychają granulki. Płukanie i regeneracja niewiele tu pomagają. Szczególnie trudne jest usunięcie cząstek SiO_{2, które są szczególnie obfite w studniach i wodach rzecznych. Po zapchaniu żywica zaczyna namnażać się mikroorganizmami w miejscach nie mytych roztworami czyszczącymi.}

Wymienniki jonowe są również aktywnie zatykane zemulgowanymi olejami, których nie można usunąć. Blokada jest tak poważna, że łatwiej jest wymienić filtr niż oddzielać od niego olej.

Filtrujące granulki żywic są aktywnie zatykane związkami o dużej masie cząsteczkowej. Węgiel aktywny dobrze je usuwa, ale ma krótką żywotność.

Żywice jonowymienne są skuteczne wraz z ultrafiltracją usuwającą ponad 95% koloidów.

Uzdatnianie wody - ultrafiltracja przed odwróconą osmozą

Koszty eksploatacyjne są obniżane przez stopniową instalację filtrów z sukcesywną redukcją wielkości zatrzymywanych cząstek. Jeśli przed modułem ultrafiltracji zostanie zainstalowane grubsze czyszczenie, zwiększa to wydajność systemów odwróconej osmozy. Te ostatnie są wrażliwe na anionowe i niejonowe flokulanty, jeśli koagulacja zanieczyszczeń jest przeprowadzana na wstępnym etapie.

Wielkocząsteczkowa materia organiczna szybko zatyka pory membran odwróconej osmozy. Szybko zarastają mikroorganizmami. Wstępne filtrowanie wody rozwiązuje wszystkie problemy i jest opłacalne w przypadku stosowania z odwróconą osmozą.

Oczyszczanie ścieków

Ultrafiltracja oczyszczania ścieków umożliwia ich ponowne wykorzystanie w przemyśle. Nadają się do stosowania w inżynierii, a obciążenie technologiczne na otwartych zbiornikach wodnych do celów pitnych jest zmniejszone.

Technologie membranowe są stosowane do oczyszczania ścieków z produkcji galwanicznej i tekstylnej, w przemyśle spożywczym, systemach usuwania żelaza, podczas usuwania z roztworów mocznika, elektrolitów, związków metali ciężkich, produktów naftowych itp. Zwiększa to wydajność leczenia i upraszcza technologię.

Dzięki zanieczyszczeniom o niskiej masie cząsteczkowej ultrafiltracja może wytworzyć koncentraty czystych produktów.

Szczególnie ważny jest problem oddzielania zemulgowanych olejów od wody. Zaletą technologii membranowej jest prostota procesu, niskie zużycie energii i brak konieczności stosowania środków chemicznych.

Uzdatnianie wody powierzchniowej

Strącanie i filtracja były wcześniej skutecznymi sposobami oczyszczania wody. Zanieczyszczenia pochodzenia naturalnego są tu skutecznie usuwane, ale teraz pojawiły się zanieczyszczenia technogeniczne, do usunięcia którychwymagane są inne metody czyszczenia. Szczególnie wiele problemów stwarza pierwotne chlorowanie wody, w wyniku którego powstają związki chloroorganiczne. Zastosowanie dodatkowych etapów oczyszczania z węglem aktywnym i ozonowaniem zwiększa koszt wody.

Ultrafiltracja umożliwia pozyskiwanie wody pitnej bezpośrednio ze źródeł powierzchniowych: usuwane są z niej glony, mikroorganizmy, zawieszone cząstki i inne związki. Metoda jest skuteczna przy wstępnej koagulacji. Jednocześnie nie jest wymagane długie osadzanie, ponieważ nie jest konieczne tworzenie dużych płatków.

Instalacja ultrafiltracji wody (zdjęcie poniżej) pozwala uzyskać niezmiennie dobrą jakość oczyszczonej wody bez użycia skomplikowanego sprzętu i odczynników.

Stosowanie metod koagulacji staje się nieskuteczne, ponieważ wiele związków organicznych w wodzie nie jest wykrywanych tradycyjną metodą utleniania nadmanganianem potasu. Ponadto zawartość substancji organicznych jest bardzo zróżnicowana, co utrudnia wybór wymaganego stężenia odczynników.

Wniosek

Ultrafiltracja wody przez membrany pozwala osiągnąć wymaganą czystość przy minimalnym zużyciu odczynników. Ścieki po oczyszczeniu mogą być wykorzystywane do celów przemysłowych.

Ultrafiltracja nie zawsze jest skuteczna. Metoda nie pozwala na usunięcie niektórych substancji, na przykład związków chloroorganicznych i niektórych kwasów huminowych. W takich przypadkach stosuje się czyszczenie wieloetapowe.