Что такое ультрафильтрация воды и зачем она проводится

Система ультрафильтрации воды: для чего она нужна и как работает

Система ультрафильтрации воды: для чего она нужна и как работает

Ни для кого не секрет, что избавиться от механических примесей и осадков в воде можно при помощи ее очищения. И чем меньше частицы, тем сложнее их удалять. Еще не так давно нельзя было удалить коллоидные частицы, не применив специальные реагенты-коагулянты, а механическое удаление микроорганизмов представлялось и вовсе невозможным. Но благодаря современным технологиям все изменилось. О том, что представляет собой система ультрафильтрации воды, о ее особенностях, достоинствах и недостатках вы узнаете из нашей статьи.

Из этой статьи вы узнаете:

Что такое система ультрафильтрации воды

Что дает система ультрафильтрации воды

Какие преимущества имеет система ультрафильтрации воды

Какие недостатки присущи системе ультрафильтрации воды

Что представляет собой система ультрафильтрации воды

Ультрафильтрацией воды называется метод ее очистки, который заключается в пропускании воды через мембрану с размером пор 0,002–0,1 мкм под определенным давлением. Системы ультрафильтрации воды позволяют ликвидировать взвешенные частицы больше 0,01 мкм (коллоидные примеси, бактерии, вирусы, органические макромолекулы) из водных жидкостей муниципальных и локальных водопроводов (артезианских скважин, колодцев и т. п. – как и в случае использования фильтров очистки воды от железа).

Ультрафильтрация воды – эффективный, не очень затратный и экологически чистый способ очищения от субмикронных механических примесей. В современных системах ультрафильтрации воды используют волокна, состоящие из пор величиной примерно 0,01 мкм.

Ультрафильтрация воды – процесс мембранного разделения, а также концентрирования растворов. Процедура ультрафильтрации проводится под воздействием разницы давлений, предшествующих и последующих ее установке. Ультрафильтрация подобна системам обратного осмоса, в том числе и по аппаратному исполнению. Но требований к отводу от мембранной поверхности концентрированного раствора гораздо больше. Схема проведения рассматриваемого процесса, условно говоря, находится между механическим фильтрованием и обратным осмосом.

Применимость ультрафильтрационных систем намного шире, чем систем обратного осмоса и фильтров удаления железа, ведь ультрафильтрация позволяет решить вопрос фракционирования (селективного удаления частиц). Ультрафильтрация применяется для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя.

При проверке воды систему ультрафильтрации используют в тех случаях, когда молекулярная масса хотя бы одного составляющего компонента смеси имеет значение от 500 и более. Наряду с системами обратного осмоса принцип действия ультрафильтрации основан на разности давлений. Процесс ультрафильтрации протекает при давлении 0,1–1МПа. Можно также воспользоваться системой умягчения воды – она позволяет добиться наилучшего состава данной жидкости.

Статьи, рекомендуемые к прочтению:

К числу недостатков системы ультрафильтрации воды относят: небольшой технологический диапазон, поскольку проведение процедуры возможно только при доскональном соблюдении всех условий (давления, температуры, состава растворителя и т. д.); невозможность продолжительного использования мембран (1–3 года) из-за образования осадков на поверхности, а также в самих порах, в результате чего мембраны засоряются и реструктурируются.

По сравнению с ультрафильтрацией, очистка воды от железа – более экономичная процедура. Мембрана, применяемая в системах ультрафильтрации воды, блокирует прохождение твердых частиц, бактерий, вирусов, эндотоксинов и т. д., благодаря чему степень чистоты полученной жидкости получается очень высокой. Данная процедура широко используется в целях предварительной очистки поверхностных, морских вод, биологической обработки муниципальных сточных вод.

Половолоконные мембраны позволяют проводить ультрафильтрацию воды следующими способами:

«Cross-flow» – жидкость делится на фильтрат и концентрат, который сливается в дренаж;

«Dead-end» – процедура фильтрации сквозь волокна прерывается прямыми и/или обратными промывками, что способствует уменьшению расхода воды.

Что дает система ультрафильтрации воды в процессе водоочистки

Осветление воды

При появлении новой разработки очищения питьевой воды главными критериями оценки становятся: характеристики получаемой пробы и количество затраченных в ходе данного процесса ресурсов. Система ультрафильтрации воды достаточно компактна, не требует сложного ухода и большого расхода химических реагентов, благодаря чему у полученной в результате осветленной воды невысокая себестоимость и отличное качество. При ультрафильтрации на себестоимость воды непосредственное влияние оказывают мощность системной установки и качество исходного сырья.

Небольшие коммерческие установки (производительность меньше 100 м 3 /ч) позволяют получить осветленную воду, себестоимость которой равна 1,5–3,5 руб/м 3 . А крупные (с производительностью больше 100 м 3 /ч) – аналогичный показатель, значения которого не превышают 0,5–2,0 руб/м 3 .

Рассмотрим преимущества применения ультрафильтрационных мембран по сравнению с альтернативными технологиями:

небольшое рабочее давление (1–2 атм) и высокая эффективность ультратонкой фильтрации;

уменьшение себестоимости полученной воды в пять раз;

компактность конструкций, позволяющая занимать в три раза меньшую площадь;

требует гораздо меньшего количества реагентов (более чем в 10 раз);

позволяет в два раза снизить расход потребляемой воды;

требует в два раза меньше энергетических затрат;

несложная система автоматизации;

позволяет достичь стопроцентного удаления взвешенных веществ;

практически полностью дезинфицирует (удаление 99,99 % бактерий и вирусов);

осветляет воду (уменьшает мутность и цветность);

отлично очищает жидкость от железа и марганца;

удаляет коллоидный кремний и органические вещества;

способствует ультратонкой очистке (степень фильтрации 0,01 микрон);

сохраняет солевой состав водной жидкости;

позволяет снизить капитальные расходы на строительство здания для размещения нового оборудования.

Дезинфекция воды

Использование стандартных элементов системы ультрафильтрации воды позволяет избавиться от 99,99 % бактерий и вирусов, что характеризует данный метод как высоко технологичный и эффективный. В сравнении с традиционными способами дезинфекции (ультрафиолетовым обеззараживанием, хлорированием, озонированием, дозацией диоксида хлора и т. д.), ультрафильтрация способствует физическому удалению микроорганизмов из жидкости.

Это происходит из-за того, что размер пор мембраны, используемой в системе ультрафильтрации, намного меньше вирусов и бактерий (вирус – 0,02–0,4 мкм, бактерия – 0,4–1,0 мкм, пора – 0,01 мкм). То есть частицы вредных веществ не могут просочиться через такие маленькие отверстия в мембранном полотне. При ультрафильтрации в хлорировании воды нет необходимости, а процедура обеззараживания проводится перед подачей воды для потребления.

Работа с ионообменными фильтрами

Использование ионообменных фильтров (особенно в энергетическом и промышленном комплексе) иногда сопровождается некоторыми сложностями. В ходе разработки проектов систем фильтрации воды гранулометрическая структура жидкости практически не учитывается. Осветлительные и микрофильтрационные фильтры предварительной очистки эффективны для отделения взвешенных частичек, величина которых превышает 1,0 мкм.

Частицы меньшего размера (0,1–1,0 мкм) блокируются при помощи ионообменных смол, однако «закупоривания» не избежать. В итоге – уменьшение динамичности ионообмена, а также понижение результативности воздействия смол. Предотвратить процесс можно путем уменьшения мутности исходной водной жидкости ниже трех нефелометрических единиц мутности (NTU). Использование системы ультрафильтрации воды позволяет добиться мутности, равной 0,1 NTU.

Процесс ионного обмена может затрудняться из-за содержащихся в водной жидкости коллоидов SiO2 (встречаются в артезианской и речной воде). Запуск процесса полимеризации SiO2 (объединения молекул в длинные цепочки) наступает, если значение рН меньше 7 (после H-катионирования). Убрать такие образования с поверхности смолы довольно сложно: потребуются промывки (долго и неэффективно) и восстановление фильтров ионного обмена.

Если применить систему ультрафильтрации воды до указанных фильтров, то можно добиться удаления 95 % (в некоторых случаях – более 98 %) коллоидов SiO2, препятствуя тем самым «закупориванию» ионитов. Смолы могут «забиваться» и по причине увеличения числа бактерий, что очень актуально для систем с участками, которые не обрабатываются химическими растворами.

Бывают и случаи, когда клапаны, уплотнения и необработанные поверхности, вступающие в контакт с водой, далеки от соответствия нормам технических и санитарных стандартов. Наличие некоторых условий на этих участках (температуры и уровня рН) положительно влияет на появление биологических микроорганизмов. Процедура ультрафильтрации значительно затормаживает развитие данного процесса на поверхности смол.

Работа с фильтрами обратного осмоса

Для работы систем обратного осмоса в качестве предварительных фильтров обычно применяют мешочные или патронные фильтры, рейтинг фильтрации которых приравнивается 5 мкм. Замена их ультрафильтрацией позволит уменьшить статью эксплуатационных расходов, поскольку длительность использования возрастет.

Это объясняется стабилизацией коллоидного индекса SDI на уровне 1-2 новыми модулями, которые позволят сократить частоту промывок и смену мембран обратного осмоса.

При использовании осветлителей и коагулянтов на этапе предварительной фильтрации воды перед обратным осмосом следует внимательно выбирать вещества, вызывающие процессы флокуляции и коагуляции. Отрицательный заряд мембран обратного осмоса делает применение катионных флокулянтов невозможным.

Анионные и неионогенные флокулянты могут применяться при минимальных дозах. Вернуть мембрану в работу после блокировки пор флокулянтом довольно сложно. При использовании системы ультрафильтрации воды такой проблемы не возникает.

Системы ультрафильтрации воды: преимущества и недостатки

Достоинства ультрафильтрации:

Система ультрафильтрации считается новейшей разработкой, заинтересованность в которой увеличивается не только благодаря хорошим результатам очистки. На растворы в установке ультрафильтрации не оказывается термического и химического воздействия (по сравнению с процедурой флотации воды), то есть при этом методе очистки можно использовать растворы, чувствительные к температурному воздействию.

Результаты соотношения отличных показателей эффективности и энергии, потраченной на их получение, действительно впечатляют (например, на дистилляцию требуется от 20 до 60 % больше электроэнергии). В этом плане ультрафильтрация – наименее затратный способ. Его применение позволяет также достичь высокоэффективного умягчения водной жидкости.

Читайте также:  Какими критериями руководствоваться при выборе погружного вибрационного насоса

При использовании систем ультрафильтрации воды появляется возможность восстановления ценных компонентов, которые содержатся в сточных водах (иные методы для таких целей малоэффективны).

Системы ультрафильтрации воды оснащены мембранами из достаточно прочного материала, что позволяет получать на выходе раствор высокого качества, обогащенный смесями. Здесь качество оборудования – принципиальное условие. Системы ультрафильтрации широко используют в целях очищения маломутных природных вод от органических соединений и микроорганизмов. При наличии серьезных загрязнений (барий, стронций и т. д.) следует использовать шунтиг фильтр.

Системы ультрафильтрации находят применение в различных сферах. Рассматриваемый метод мембранной очистки является самым популярным. Так, его применяют после использования зернистых и волокнистых фильтров.

Метод ультрафильтрации позволяет отделять раствор от волокон и твердых частиц там, где применяются сорбционные и ионообменные системы.

При помощи ультрафильтрации воды можно также очистить воду от масел. Для этого еще используется фильтр AG, что не всегда возможно, поскольку он работает при определенных температурах.

Как и любая техническая конструкция, система ультрафильтрации воды имеет свои недостатки. К их числу можно отнести скопление на мембранной поверхности гелиевой осадки, препятствующей дальнейшему фильтрованию, так как она имеет большую силу гидравлического сопротивления, чем используемое ультрафильтрационное полотно. Это явление называют концентрационной поляризацией. Место концентрации осадки определяется физико-химическими свойствами вещества.

Выделяют следующие способы решения данной проблемы:

подавать раствор в пульсирующем режиме насосом-дозатором;

подавать турбулентный поток;

увеличить скорость потока рабочей жидкости.

Как вы видите, система ультрафильтрации воды имеет свои особенности, поэтому для ее выбора и установки лучше обратиться к профессионалам. На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра для воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.

Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

подключить систему фильтрации самостоятельно;

разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

подобрать сменные материалы;

устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

Ультрафильтрация воды

1. Что такое ультрафильтрация воды?

Механические примеси – одна из главных проблем водопроводной воды в наши дни, которая способна подпортить человеку здоровье, усложнить быт, внести свои неприятные коррективы в производство. Поэтому сейчас активно разрабатываются новые и усовершенствуются старые методы очистки воды от нерастворенных веществ и биологических примесей. Одним из эффективных процессов водоподготовки для этой цели признана ультрафильрация.
Ультрафильтрация – это способ очистки воды, при котором вода под давлением проходит через полупроницаемую мембрану (задерживающую макромолекулы и коллоиды). Такая мембрана пропускает только молекулы малого размера и ионы через поры диаметром 0,002-0,1 мкм. Особенностью данного способа является то, что оседающие в ходе фильтрации воды на мембране макромолекулы создают как бы дополнительный фильтрующий слой, тем самым увеличивая сопротивление мембраны раз от раза.

2. Метод ультрафильтрации воды

2.1. Описание принципа действия.

1. В начале процесса вода подается в грязевик, где отфильтровывается крупная взвесь. Эта стадия необходима для того, чтобы уберечь мембрану от излишней нагрузки и преждевременного выхода из строя.

2. Далее вода под давлением, создаваемым насосом, подается на полупроницаемую мембрану. В исходную воду может добавляться коагулянт. Это делается для улучшения фильтрования и упрощения процесса обратной промывки (обратная промывка производится в качестве очистки самой мембраны от накопившихся нерастворенных частиц).

3. На следующем этапе вода поступает в бак обратной промывки (фильтрата). На этом ультрафильтрация воды завершается.

2.2. Область применения.

Ультрафильтрация призвана заменять процесс отстаивания, грубой фильтрации, осаждения.
Ультрафильтрационные установки снижают или полностью устраняют мутность воды, неприятных запах, цветность.

Данный способ применяется в следующих областях:

1. При очистке поверхностных вод (рек, озер, прудов) для получения питьевой и технической воды высокой степени очистки.

2. Предварительная подготовка перед фильтрами, удаляющими соли из воды (используется вместо коагуляции и традиционной механической фильтрации). Очищенная ультрафильтрацией вода, поступившая в обессоливающую установку, позволит сохранить мембраны в рабочем состоянии на длительный срок, а также продлить срок эксплуатации ионообменных смол.

3. Подготовка сточных вод к вторичному использованию. В это области ультрафильтрация также обходит отстаивание и грубую механическую фильтрацию, позволяя облегчить дальнейших технологический процесс водоподготовки. Ультрафильтрация позволяет ЖКХ не сливать использованную воду в водоемы, загрязняя их и окружающую среду в целом, а направлять ее на повторное использование.

4. Очистка промышленных отработанных вод для их вторичного использования. Помогает избежать слива загрязненной химией воды в реки и озера, снижает нагрузку на системы водоочистки, подготавливающие воду для ЖКХ.

5. Подготовка воды для помывки песчаных фильтров.

6. Использование во всех сферах жизнедеятельности человека, где требуется очистка воды от механических примесей.

3. Преимущества и недостатки метода ультрафильтрации воды по сравнению с обратным осмосом

Преимуществами ультрафильрации являются:

1. Ультрафильтрация – новейший способ водоочистки, соответствует требованиям СанПиН.
2. Не прибегает к химическом и термическому воздействию на воду, позволяя использовать растворы, вступающие в химические реакции при повышении температуры.
3.Потрбляет минимум энергии.
4. Эффективно умягчает воду.
5. Есть возможность восстановления ценных компонентов, содержащихся в сточных водах.
6. Удаление биологических примесей.
7. Мембраны имею поры малого диаметра и изготовляются из высокопрочных материалов, что позволяет получать воду высокого качества.

3. Преимущества и недостатки метода ультрафильтрации воды по сравнению с обратным осмосом

Сравним ультрафильтрацию с очисткой обратным осмосом

Ультрафильтрация воды

1. Что такое ультрафильтрация?

2. Назначение и применение

3. Типы мембран ультрафильтрации

4. Принцип работы

5. Режимы работы ультрафильтрации

6. Преимущество ультрафильтрации

7. Комплектация установок ультрафильтрации

8. Схемы компоновки системы ультрафильтрации

1. Что такое ультрафильтрация?

Ультрафильтрация воды – это баромембранный процесс, заключающийся в том, что жидкость под давлением «продавливается» через полупроницаемую перегородку. Размер отверстий (пор) ультрафильтрационных мембран лежит в пределах от 5 нм до 0,05–0,1 мкм.

Ультрафильтрация основана на продавливание жидкости через полупроницаемую мембрану — проницаемую для малых молекул и ионов, но непроницаемую для макромолекул и коллоидных частиц.

Главное отличие мембраной фильтрации от обычного объемного фильтрования в том, что подавляющее большинство всех задерживаемых веществ накапливается на поверхности мембраны, образуя дополнительный фильтрующий слой осадка, который обладает своим сопротивлением.

2. Назначение и применение

Установка ультрафильтрации предназначена для очистки воды. Она задерживает взвешенные вещества, микроорганизмы, водоросли, бактерии и вирусы, значительно снижает мутность. Так же она эффективно уменьшает окисляемость и цветность воды. Ультрафильтрация заменяет отстаивание, осаждение и микрофильтрацию.

Можно выделить следующие основные области применения этой перспективной технологии:

a) Обработка поверхностных вод: ультрафильтрация обеспечивает высокое качество питьевой, оборотной и технологической воды с минимальными эксплуатационными затратами.

b) Предподготовка воды перед обессоливающими установками: замена традиционной коагуляции и механической фильтрации ультрафильтрацией позволяет улучшить качество осветленной воды, уменьшить загрязнение мембран и ионообменных смол, увеличить срок их службы.

c) Обработка и вторичное использование хозяйственно-бытовых сточных вод: мировые тенденции направлены на повторное использование очищенных бытовых сточных вод. Выгоднее не сбрасывать их в открытый водоем, а направлять после обработки ультрафильтрацией для промышленного использования.

d) Очистка промышленных сточных вод, обеспечивающая их повторное использование и снижающая техногенную нагрузку на водоемы хозяйственно-питьевого назначения.

e) Обработка промывных вод песчаных фильтров. Ультрафильтрационная обработка промывных вод осветлительных фильтров позволяет повысить степень использования воды до 99,8 %.

3. Типы мембран ультрафильтрации

Мембранные элементы изготавливаются в двух конструктивных исполнениях:

Рулонные мембраны работают при значении мутности входной воды (до 0,5 мг/л), Рулонные элементы используются для доочистки питьевой воды или для стерилизации растворов

Трубчатые и половолоконные мембраны работают при значении мутности входной воды (до 40 г/л),

Эти элементы могут работать с поверхностными и сточными водами.

4. Принцип работы

Исходная вода подается на модуль ультрафильтрации при помощи насоса. Перед модулем вода пропускается через грязевик, который отфильтровывает грубые частицы, предохраняя тем самым мембраны.

В линию подачи исходной воды может дозироваться коагулянт (для улучшения фильтрования и эффективности обратной промывки).

Поток воды проходит через ультрафильтрационные мембраны и поступает в бак фильтрата/обратной промывки. Периодически для мембран проводится обратная промывка, во время которой удаляются накопившиеся на поверхности мембраны загрязнения. Для увеличения эффективности обратной промывки в промывную воду могут дозироваться реагенты.

Читайте также:  Как установить и подключить насосную станцию к колодцу

Для проверки целостности мембран используется сухой воздух.

5. Режимы работы ультрафильтрации

Полный рабочий цикл ультрафильтрационной установки состоит из нескольких автоматически контролируемых этапов. Последовательность этих этапов в основном зависит от параметров исходной воды.

6. Преимущество ультрафильтрации

– эффективная фильтрация воды (фильтрация при рабочем давлении до 4 атм);
– пониженное количество используемых реагентов;
– простая автоматизация;
– полное удаление взвешенных веществ;
– дезинфекция (удаление 99,99% бактерий и вирусов);
– осветление воды (снижение мутности и цветности воды);
– эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ;
– ультратонкая очистка воды (степень фильтрации 0,02 микрон);

По сравнению с обычным фильтрованием, при ультрафильтрации и микрофильтрации реализуется механизм отделения загрязнений на поверхности мембраны, этот процесс подобен тонкому просеиванию на сите с порами практически одинакового размера. Любая частица, размер которой превышает размер пор, отсекается.

Это обстоятельство делает ультрафильтрацию чрезвычайно привлекательной технологией, т.к. качество обработанной воды удовлетворяет определенным абсолютным критериям и не зависит от качества исходной воды при условии сохранения целостности мембраны.

Кроме высокой эффективности очистки и ее абсолютного характера для частиц, превышающих размер пор мембраны, ультрафильтрационное оборудование становится все более компактным, установки водоподготовки на его основе становятся все более высокоавтоматизированными и требуют все меньших затрат химических реагентов.

7. Комплектация установок ультрафильтрации

Установки ультрафильтрации поставляются в различной комплектации, в зависимости от требований, предъявляемых к составу оборудования и степени автоматизации.
Установка ультрафильтрации состоит:

– Модуль ультрафильтрации
– Насос промывной с частотным приводом
– Насос исходной воды *
– Бак промывной воды (пермеата) *
– Блок дозирования коагулянта
– Блок дозирования флокулянт
– Блок химической промывки системы
– Блок автоматики и управления
– Комплект ручной и электроприводной арматуры
– Комплект контрольно-измерительной аппаратуры:*
– датчик давления
– датчик расхода
– датчик рН
– датчик температуры
– Монтажные рамы

*- поставляется по требованию

Степень автоматизации установки ультрафильтрации может быть различна. От самой простой – контролирование основных режимов работы, и заканчивая – сложным комплексом с контролированием более 50 различных параметров и вывода данных на ПК или диспетчерский пульт.

8. Схемы компоновки системы ультрафильтрации

Возможны различные варианты комплектации системы ультрафильтрации:

Вариант 1

– Фильтры грубой очистки воды

Применение: Исходная вода с высоким содержанием взвешенных веществ и мути. По остальным показателям в пределах нормы. В основном вода их скважин.

Вариант 2

– Фильтры грубой очистки воды

– Механические засыпные фильтры

Применение: Исходная вода с высоким содержанием взвешенных веществ, мутности, железа. Ярко выраженный желтый цвет воды и высокая окисляемость. Вода из поверхностных источников: рек, озер и водоемов.

Вариант 3

– Фильтры грубой очистки воды

Применение: Исходная вода с высоким содержанием взвешенных веществ, мутности, железа. Ярко выраженный желтый цвет воды и высокая окисляемость. Вода имеет высокую жесткость. Вода из поверхностных источников: рек, озер и водоемов.

Вариант 4

– Фильтры грубой очистки воды

– Установка обратного осмоса

Применение: Исходная вода с высоким содержанием взвешенных веществ, мутности, железа. Ярко выраженный желтый цвет воды и высокая окисляемость. Вода имеет высокую жесткость. В воде так же присутствуют соли тяжелых металлов и превышено значение по органолептическим показателям. Вода из поверхностных источников: рек, озер и водоем

Ультрафильтрация: эффективная технология очистки воды

Вода, наряду с продуктами питания, всегда являлась важнейшим компонентом, обеспечивающим существование жизни на нашей планете. Исследования влияния воды на биохимические процессы, протекающие в организмах, однозначно указывают на примесный состав воды как на фактор, во многом однозначно их определяющий.

Повышенное содержание различных примесей придает воде неприятный вкус, наносит вред здоровью человека, приводит к быстрому износу оборудования, является причиной брака в текстильной, бумажной, косметической и др. отраслях промышленности. Для решения этих проблем используют различные процессы очистки воды, одним из которых является ультрафильтрация.

УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ.

Ультрафильтрация – это процесс очистки воды, при котором механизм разделения основывается на принудительном продавливание жидкости с помощью давления через полупроницаемую мембрану с размером пор 0,002…0,1 мкм. Наиболее распространены ультрафильтрационные мембраны из неорганических материалов, таких как оксид алюминия, кремния или титана.

К основным характеристикам процесса ультрафильтрации можно отнести:

· высокоэффективную фильтрацию под давлением до 6 атм;

· практически полное отсутствие реагентов;

· полную очистку воды от взвешенных веществ;

· обеззараживание (устранение 99,99% бактерий и вирусов);

· осветление воды, за счет снижения мутности и цветности воды;

· эффективную очистку воды от железа и марганца;

· высокую степень удаления органических веществ и коллоидного кремния;

· ультратонкую очистку воды (степень фильтрации 0,01 микрон);

· способность сохранять соли, входящие в состав природной воды.

ПРИНЦИП РАБОТЫ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ.

Ультрафильтрация представляет собой баромембранный процесс разделения, т.е., процесс, происходящий под давлением. Движущая сила данного процесса – в разности давлений между сторонами полупроницаемой перегородки – мембраны.

С целью предотвращения быстрого закупоривания пор ультрафильтрационной мембраны мелкими механическими примесями входная вода должна подвергаться предварительной очистке. Для этого используют механические фильтры «грубой» очистки.

При необходимости в поток очищаемой воды можно добавлять вспомогательные реагенты – коагулянты и флокулянты. Их использование дает возможность задержать, во-первых, частицы размером меньше, чем диаметр пор мембраны, за счет образования хлопьев (флокул) и, во-вторых, органические и коллоидные примеси, которые фиксируются на поверхности полученных хлопьев.

Время от времени, должна осуществляется промывка фильтрующего модуля обратным током воды из сборника фильтрата для восстановления работоспособности установки.

Основной элемент ультрафильтрационной установки – фильтрующий элемент, представляющий собой аппарат с отечественными керамическими мелкопористыми трубчатыми мембранами, которые изготавливаются методом спекания металлокерамических материалов при сверхвысоких температурах. В результате получается пористая мембрана, способная задерживать практически любые мельчайшие частицы загрязнений, делая воду питьевой. Конструкция защищена патентом № 117312.

Керамические мембранные фильтры и установки на их основе разработаны российскими учёными РХТУ им. Д.И.Менделеева. Длительные исследования конструкции аппаратов на основе керамических мембран привели российских ученых к новейшим разработкам, улучшению эксплуатационных и физико-химических параметров отечественных керамических мембран.

СОСТАВ СТАНДАРТНЫХ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК.

Состав основных структурных элементов может немного различаться и зависит от:

· необходимого уровня автоматизации;

· химического состава очищаемой воды;

· требований к качеству очищенной воды.

Так, например, если вода из источника мягкая, то блок для умягчения можно не ставить, если содержание железа в воде из источника не превышает предельно допустимую концентрацию, то блок аэрации с исходной емкостью не нужны.

В стандартном исполнении состав основных структурных элементов имеет:

· блок ультрафильтрации (БУФ);

· блок дозирования растворов коагулянта или флокулянта;

· предварительный фильтр «грубой» очистки;

· блок ультрафиолетового обеззараживания;

· блок автоматической промывки;

· узел автоматического управления;

· трубопроводная арматура и соединительные элементы.

По необходимости, в комплект установки могут быть внесены дополнительные элементы, такие как:

· накопительная емкость, для сбора фильтрата;

· дополнительный насос на входной линии.

ПОЧЕМУ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ ОДНО ИЗ САМЫХ ЭФФЕКТИВНЫХ И БЕЗОПАСНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ

· широкий ассортимент оборудования и модульная конструкция дает возможность очищать воду с разной

производительностью от 5 до 90 м3/час;

· рабочее давления в сети может варьироваться от 1 до 6 атм;

· имеет низкое потребление электроэнергии;

· обладает компактным и эффективным оборудованием с возможностью автоматизации и интеграции с существующими

· для промывки модуля ультрафильтрации требуется небольшое количество воды;

· дает высокое качество очищенной воды от взвешенных веществ, большинства бактерий и вирусов, высокомолекулярных

органических соединений и коллоидных примесей;

· очищает воду с высокой мутностью и цветностью;

· сохраняет необходимые человеку соли кальция и магния и позволяет получать физиологически полезную и вкусную воду.

Ультрафильтрация воды для лабораторий: что это и как происходит

Эта методика считается относительно новой, поскольку получила распространение приблизительно с 90-ых годов прошлого века. Суть ее заключается в продавливании жидкости, находящейся под давлением, сквозь полупроницаемую мембрану. За счет этого обеспечивается высочайшее качество ультратонкой очистки и приведение в норму микробиологических показателей.

В основе систем для ультрафильтрации лежат специальные мембраны, изготовленные с использованием полимеров и полого волокна, назначение которых – задержание частиц “габаритами” до 0,1 мкм. Ультрафильтрационные установки применяются для повышения качества воды перед процедурой обессоливания. Чтобы тонкая очистка прошла максимально эффективно, рекомендуется предварительный нагрев воды до температуры +20-25°C.

Где применяется ультрафильтрация воды

Широчайшее применение метод получил в отраслях промышленности, связанных с микробиологией, химией, пищевыми продуктами. С помощью ультрафильтрации осуществляется подготовка воды и предварительная ее очистка перед поступлением в фильтры обратного осмоса.

Также процесс сегментации низко- и высокомолекулярных элементов требуется для очистки сточных вод, когда на предприятии организована система оборотной подачи воды. Такая технология реализуется с применением обратноосмотических и обессоливающих устройств.

Читайте также:  Основные причины ремонта скважин на воду и как их устранить

Часто ее используют в целях обеззараживания. В отличие от обратноосмотических фильтров, после обработки не меняется солевой состав, а из состава воды удаляются только бактерии, вирусы и различные органические соединения. Из-за этих особенностей ультрафильтрация входит в перечень технологических процессов лабораторий, связанных с артезианскими скважинами и производством минеральной воды (сохраняется минерально-солевой баланс).

Виды мембран

Мембранный способ очистки воды по сути является отличной альтернативой продолжительным процессам отстаивания. Ультрафильтрационная технология подразумевает пропускание воды сквозь мембранные модули под большим давлением. При этом особое значение имеет их количество и типоразмер, то есть площадь фильтрации. В конечном итоге от этого зависит результат водоочистки и производительность всей установки.

Исходя из параметров мембраны делятся на несколько видов, различающихся структурой, технологией промывки и материалом изготовления. Внешне они выглядят как пластины, и изготавливаются из органических материалов, имеющих микроскопические поры.

Нюансы и преимущества технологии

Ультрафильтрационная очистка может осуществляться в нескольких режимах функционирования:

  • тупиковый;
  • способ прямой коагуляции (+специальные реагенты);
  • тангенциальный.

Самое большое распространение получил тупиковый режим, отличающийся низкими затратами, несложной схемой оборудования и минимальным энергопотреблением. При нем происходит периодическое сбрасывание “грязных” частиц и регенерация с помощью обратного тока.

В процессе химически усиленной обратной промывки понижается рабочий уровень давления, а сама фильтрационная система функционирует в авторежиме. С целью экономии свободного места рекомендуется компактная по размерам напорная система с целиком замкнутым контуром, не подвергающим оператора негативному влиянию едких запахов и химических паров.

Каким бы ни был режим работы, установка ультрафильтрации отличается следующими преимуществами:

  • двукратное снижение затрат воды;
  • уменьшение себестоимости получения чистой воды в 5 раз;
  • эффективная дезинфекция (практически полное удаление вредоносных организмов);
  • пониженное потребление электроэнергии (в 2 раза);
  • устойчивость мембран к химическим, механическим и температурным воздействиям;
  • лучшие качественные характеристики воды (мутность, окисляемость, цвет).

Ультра-фильтрация воды

Оптимизация процесса обработки воды методом ультрафильтрации

Все больше внимания в настоящее время уделяется поиску новых перспективных методов очистки воды, более компактных, дешевых, простых в эксплуатации по сравнению с традиционными. К их числу относятся мембранные методы: ультрафильтрация и нано-фильтрация.

Оба процесса имеют сходное аппаратурное оформление, но в технологическом плане имеются принципиальные различия. Если при эксплуатации нано-фильтрационных установок накопившиеся в процессе работы на поверхности мембран осадки (задержанные из воды загрязнения) удаляются с помощью химических промывок (т. е. с применением реагентов), то при эксплуатации ультра-фильтрационных мембран удаление загрязнений с поверхности мембран производится обратным током, как у фильтров с зернистой загрузкой. Поэтому безреагентная ультрафильтрация считается за рубежом технологией будущего.

Ультра-фильтрация – это мембранный процесс, занимающий промежуточное положение между нано-фильтрацией и микро-фильтрацией. Ультра-фильтрационные мембраны имеют размер пор от 20 до 1000 Å (или 0,002–0,1 мкм) и позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы (нижний предел молекулярной массы составляет несколько тысяч), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы. Таким образом, использование мембранной ультрафильтрации для очистки воды позволяет сохранить ее солевой состав и осуществить осветление и обеззараживание воды без применения химических веществ, что делает эту технологию перспективной с экологической и экономической точек зрения.

Технология обработки воды с помощью ультра-фильтрационных мембран заключается в «тупиковой» фильтрации воды через мембрану без сброса концентрата. Такой режим работы позволяет сократить расход воды на собственные нужды станции очистки и уменьшить ее общее энергопотребление. Процесс фильтрования длится 20-60 мин, после чего следует обратная промывка мембраны. Для этого часть очищенной воды под давлением подается в фильтратный тракт в течение 20-60 с. В процессе обратной промывки вода уносит с поверхности мембран слой накопившихся загрязнений.

В процессе длительной работы производительность мембранных аппаратов постепенно уменьшается, так как на турбулизаторной сетке, на поверхности и на стенках пор мембран сорбируются различные вещества и отлагаются частички загрязнений, увеличивающие общее гидравлическое сопротивле­ние мембранных аппаратов. Для восстановления первоначальной производительности несколько раз в год проводится химическая промывка мембранных аппаратов специальными кислотными и щелочными реагентами для удаления накопленных загрязнений.

При конструировании систем очистки воды на основе метода ультрафильтрации основной задачей, встающей перед проектировщиком, является правильное определение продолжительности прямого фильтрования, а также частоты и интенсивности обратных промывок. Эти параметры зависят от качества исходной во­ды и определяются исходя из оптимальных соотношений производительности ультрафильтрационной установки и ее общего водопотребления [3]. Правильный выбор режима промывки обеспечивает эффективную работу установки, заключающуюся в длительном сохранении производительности и качества фильтрата. Авторами на примере обезжелезивания подземной воды была разработана методика поиска оптимальных параметров работы ультрафильтрационной установки.

Эффективность обратной промывки зависит от ее интенсивности (при неизменном давлении промывки можно оперировать длительностью обратной промывки) τ и интервала между промывками (продолжительность фильтроцикла) t. При заданном времени τ эффективность работы установки зависит от продолжительности t: чем меньше t, тем эффективнее проходит отмывка мембраны от загрязнений, но тем больше образуется промывной воды. Исследования по оптимизации процесса обратной промывки ставят целью определить такие значения τ и t для различного состава обрабатываемой воды, которые соответствуют наибольшему количеству очищенной воды, полученной в течение времени Т. Исследования проводились на модельных растворах хлорида железа (III) на ультра-фильтрационных мембранах марки УАМ-150.

Для определения оптимальных величин продолжительности фильтроцикла и промывки проводилось несколько серий экспериментов с различной продолжительностью обратной промывки. В каждой серии при фиксированной длительности обратной промывки менялась продолжительность фильтроцикла. Зависимости объема фильтрата и промывной воды от времени работы установки для одной серии экспериментов приведены на рис. 3 (продолжительность обратной промывки 30 с).

Поиск оптимальных соотношений длительности фильтроцикла и промывки производится по максимальной полезной производительности мембранного аппарата, которую можно определить как Vполезн = Vф – Vпр.. Сначала оптимальные точки находились отдельно для каждой продолжительности промывки. На рис. 4 показано определение оптимальной продолжительности фильтроцикла при длительности промывки 30 с. Затем полученные кривые зависимости полезного объема чистой воды от продолжительности фильтроцикла сводятся в один график (рис. 5), и по точкам максимумов этих кривых строится результирующая кривая, которая позволяет определить максимальное количество очищенной воды в зависимости от t и τ и соответственно найти оптимальную длительность обратной промывки. Эксперименты по приведенному алгоритму определения точки оптимума повторяются для различных концентраций железа в исходной воде.

Таким образом, полученные в результате проведенных экспериментов данные могут использоваться в качестве рекомендаций при разработке систем обезжелезивания на основе мембранной ультрафильтрации.

Помимо указанных выше параметров на эффективность работы мембранных аппаратов влияет величина давления: рабочего и обратной промывки. При определении точки оптимума необходимо учитывать не только полезную производительность, но и объемы исходной и сбрасываемой в канализацию воды, при этом вычисление оптимальных соотношений длительности промывки и фильтроцикла производится на основе экономических расчетов.

В результате исследований разработаны технологические схемы и конструкции установок, предназначенных для обработки подземных вод с повышенным содержанием железа. В зависимости от состава исходной воды производится выбор той или иной модификации установок, отличающихся устройством аэрации и маркой используемых мембран. Вместе с удалением железа на установках обеззараживают воду без использования реагентов, удаляют сероводород и осветляют воду в случае выноса из скважины глинистых частиц.

Метод обезжелезивания воды с помощью ультрафильтрации рекомендуется применять при следующих показателях качества исходной воды: железо общее – не более 40 мг/л; щелочность – не более (1+Fe2+/28) мг-экв/л; рН – не менее 6 (водородный показатель воды после аэрации должен быть не менее 6,7-7); содержание Н2S – не более 5 мг/л; перманганатная окисляемость – не более 6-10 мг/л.

При содержании железа до 5 мг/л и сероводорода до 2 мг/л применяется схема с упрощенной аэрацией и фильтрованием на мембранах типа УАМ-500 и УАМ-1000. При содержании железа до 20-40 мг/л и сероводорода выше 2 мг/л используется аэрация эжектированием или барботированием и дополнительная упрощенная аэрация. При содержании в исходной воде трудноокисляемого железа, низких значениях рН и отсутствии растворенной углекислоты степень аэрации увеличивается. В зависимости от продолжитель­ности процесса окисления двухвалентного железа и расчетной производительности установки обезжелезивания назначается объем аэрационных сооружений.

При наличии в исходной воде грубодисперсных примесей и песка в начале технологического тракта предусматривается сетчатый самопромывающийся фильтр с размером ячеек 100- 200 мкм. Внешний вид и принципиальная технологическая схема установки приведены на рис. 6 и 7. В зависимости от содержания железа и мутности исходной воды потребление воды на собственные нужды станции составляет не более 3-5 %, удельная потребляемая мощность 1,5-2 кВт∙ч/м3.

Теоретически обоснован и разработан процесс очистки воды методом ультрафильтрации. Предложена методика расчета параметров эксплуатации систем ультрафильтрации, на основании которой в зависимости от состава очищаемой воды назначаются: величина рабочего давления, продолжительность фильтроцик­ла, время обратной промывки, процент расхода воды на собственные нужды станции. Разработанные рекомендации легли в основу создания систем ультрафильтрации, используемых для обезжелезивания воды и улучшения качества водопроводной воды на объектах водоснабжения.

Ссылка на основную публикацию