Какво е ултрафилтрация на водата?

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Ефективен начин за пречистване на водата е да я прокарате през полупропускливи мембрани. Процесите на филтриране се класифицират според размера на частиците, които трябва да бъдат разделени:

• микрофилтрация през мембрани с размери на порите от 0,05 до 10 микрона;
• ултрафилтрация - пори от 0,001 µm до 0,05 µm;
• обратна осмоза и нанофилтрация - пори 1 nm и по-ниски.

Ултрафилтрацията на водата е предназначена за отстраняване на микроорганизми и макроскопски включвания от нея, които не преминават през порите на мембраната.

Традиционният механизъм на филтрите за запълване се основава на гравитационно почистване. Ултрафилтрацията е подобна на пресяването през поресто сито, където всички частици с по-голям диаметър се разделят.

Типове мембрани

Филтърните елементи са плоски листове или влакна с капиляри. Чрез първите се извършва предимно ултрафилтрация на отпадъчни води, а вторите са предназначени заобработка на водата.

Влакната са предимно едноканални, с вътрешен диаметър около 0,8 мм. Те са подложени на често напрежение и могат да бъдат унищожени чрез обратно промиване. Многоканалните влакна съдържат множество капиляри и са значително по-здрави.

Мембраните са направени от полимери като полиестерсулфон. Неговите параметри могат да се променят чрез добавяне на други синтетични материали. Широкият диапазон на pH на обработваните течности прави възможно ефективно почистване на филтърните елементи.

Полимерните мембрани трябва периодично да се обеззаразяват, тъй като микробите обичат да ядат органична материя и образуват колонии върху нея.

Дълготрайна керамична мембрана, която се измива добре с почистващи препарати. Цената му е по-висока, но експлоатационният живот достига 10 години.

Методи на филтриране

Системата за ултрафилтриране на водата се състои от модули, пълни с кухи порести влакна. Първоначалната течност навлиза в капилярите, след което се извършва филтриране през страничните стени. Възможно е и обратно подаване.

Промиването се извършва от филтрата с подаването му в обратна посока. Равномерното разпределение на течността извън влакната осигурява отстраняване на отлаганията от капилярите. Тук е важно да изберете правилния режим на промиване, така че замърсяващият слой да се отстранява по-лесно.

Филтрите работят в два режима, единият от които е налягане: водата се подава към корпуса на устройството под налягане. Методът на потапяне се извършва с помощта на мембрани, спуснати в отворен контейнер. От изходната страна се създава вакуум и течността се засмуква през филтърния материал.

Модулите са подредени вертикално. Водата влиза в тях от единия край и се изпуска от другия. Броят на модулите в един филтър обикновено не надвишава две единици. Поради това са необходими по-малко уплътнения, което намалява вероятността от течове. Вертикалните модули са удобни за поддръжка и тестване. Те са лесни за инсталиране и премахване.

Режими на филтриране

Когато се извършва ултрафилтрация на водата, филтрите могат да работят в безизходен и тангенциален режими. В първия случай цялата подадена вода се пречиства. Отлаганията от мембраната периодично се отстраняват по време на процеса на промиване или с дренажния поток. Мембраната се замърсява бързо и спада на налягането в нея трябва да се поддържа нисък, което намалява производителността на апарата. Методът се използва за пречистване на вода, с ниска концентрация на суспензии.

В тангенциален режим филтрираната среда циркулира по повърхността на мембраната и върху нея се образуват малки отлагания. Турбулентността на потока в захранващия канал прави възможно пречистването на водата с висока концентрация на суспендирани вещества. Недостатъците на този метод са увеличаването на енергийните разходи за създаване на висок дебит и необходимостта от инсталиране на допълнителни тръбопроводи.

Параметри за ултрафилтрация

Основните параметри на ултрафилтрацията са:

1. Селективност - съотношението на концентрациите на примеси взамърсена вода (C_in.) и във филтрата (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. За процес на ултрафилтрация той е голям, което ви позволява да улавяте и най-малките частици, включително бактерии и вируси.}
2. Разход на филтриране - количеството пречистена вода за единица време.
3. Специфична консумация на филтрат - количеството продукт, преминаващ през 1 m2 от площта на мембраната. Зависи от характеристиките на филтърния елемент и чистотата на изходната вода.
4. Спад на налягането в мембраната - разликата между налягането от страната на захранването и страната на филтрата.
5. Пропускливостта е съотношението между специфичния дебит на филтрата и спада на налягането през мембраната.
6. Хидравлична ефективност - съотношението между дебита на филтрата и подавания източник на вода.

Ултрафилтрация за дезинфекция на вода

Традиционните методи за отстраняване на микроорганизми включват технологии, използващи реагенти. Ултрафилтрацията на водата се състои във физическото отделяне на микроорганизми и колоиди от нея поради малкия размер на порите на мембраната. Предимството на метода е отстраняването на трупове от микроорганизми, водорасли, органични вещества и механични частици. В същото време няма нужда от специална обработка на водата, която е задължителна в други случаи. Всичко, което трябва да направите, е да го прекарате през 30 микронен механичен филтър.

Когато купувате филтри, трябва да определите размера на порите на мембраните. За да се премахнат напълно вирусите, диаметрите на дупките трябва да са на ниво от 0,005 µm. За големи размери на порите, функцията за дезинфекцияняма да работи.

В допълнение, технологията за ултрафилтрация осигурява избистряне на водата. Всички суспендирани твърди вещества са напълно отстранени.

Ултрафилтрационната водна инсталация съдържа устройства, свързани паралелно, което осигурява необходимата производителност на процеса и възможност за подмяната им по време на работа.

Пречистване на вода преди йонообменни филтри

Смолата е ефективна при задържане на 0,1-1,0 µm колоидни частици, но те бързо запушват гранулите. Зачервяването и регенерацията тук не помагат. Особено трудно е да се отстранят частиците от SiO_{2, които са особено изобилни в кладенците и речната вода. След запушване, смолата започва да развива микроорганизми на места, които не са измити с почистващи разтвори.}

Йонообменниците също са активно запушени с емулгирани масла, които не могат да бъдат отстранени. Запушването е толкова сериозно, че е по-лесно да смените филтъра, отколкото да отделите маслото от него.

Филтриращите гранули от смоли са активно запушени с високомолекулни съединения. Активният въглен ги премахва добре, но има кратък експлоатационен живот.

Йонообменните смоли са ефективни заедно с ултрафилтрацията, премахвайки повече от 95% от колоидите.

Пречистване на вода - ултрафилтрация преди обратна осмоза

Разходите за експлоатация се намаляват чрез поетапно инсталиране на филтри с последователно намаляване на размера на задържаните частици. Ако преди модула за ултрафилтрация се монтира по-грубо почистване, това повишава ефективността на системите за обратна осмоза. Последните са чувствителни към анионни и нейонни флокуланти, ако коагулацията на замърсители се извършва на предварителния етап.

Голяма молекулярна органична материя бързо запушва порите на мембраните за обратна осмоза. Те бързо се обрасват с микроорганизми. Предварителното филтриране на водата решава всички проблеми и е рентабилно, когато се използва с обратна осмоза.

Пречистване на отпадъчни води

Пречистването на отпадъчни води с ултрафилтрация прави възможно повторното им използване в промишлеността. Подходящи са за използване в инженерството, а техногенното натоварване на открити водни обекти за питейни цели е намалено.

Мембранните технологии се използват за пречистване на отпадни води от галванично и текстилно производство, в хранително-вкусовата промишленост, системи за отстраняване на желязо, при отстраняване на урея, електролити, съединения на тежки метали, нефтопродукти и др. Това повишава ефективността на лечение и опростява технологията.

С примеси с ниско молекулно тегло, ултрафилтрацията може да произвежда чисти продуктови концентрати.

Особено важен е проблемът с отделянето на емулгирани масла от водата. Предимството на мембранната технология е простотата на процеса, ниската консумация на енергия и липсата на химикали.

Пречистване на повърхностни води

Утаяването и филтрирането преди са били ефективни начини за пречистване на водата. Тук ефективно се отстраняват примесите от естествен произход, но сега се появиха техногенни замърсители, за отстраняването на коитоса необходими други методи за почистване. Особено много проблеми създава първичното хлориране на водата, което образува хлорорганични съединения. Използването на допълнителни етапи на пречистване с активен въглен и озониране увеличава цената на водата.

Ултрафилтрацията ви позволява да получавате питейна вода директно от повърхностни източници: от нея се отстраняват водорасли, микроорганизми, суспендирани частици и други съединения. Методът е ефективен при предварителна коагулация. В същото време не е необходимо дълго утаяване, тъй като не е необходимо образуването на големи люспи.

Инсталирането на ултрафилтрация на вода (снимка по-долу) ви позволява да постигнете постоянно добро качество на пречистената вода без използването на сложно оборудване и реагенти.

Използването на коагулационни методи става неефективно, тъй като много органични съединения във водата не се откриват чрез традиционния метод на окисление на калиев перманганат. Освен това органичното съдържание варира значително, което затруднява избора на необходимата концентрация на реагентите.

Заключение

Ултрафилтрацията на водата през мембрани ви позволява да постигнете необходимата й чистота с минимална консумация на реагенти. Отпадъчните води след пречистване могат да се използват за промишлени цели.

Ултрафилтрацията не винаги е ефективна. Методът не позволява отстраняване на някои вещества, например хлорорганични съединения и някои хуминови киселини. В такива случаи се прилага многоетапно почистване.