Kas ir ūdens ultrafiltrācija?

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Efektīvs veids, kā attīrīt ūdeni, ir izspiest to cauri daļēji caurlaidīgām membrānām. Filtrēšanas procesus klasificē pēc atdalāmo daļiņu lieluma:

• mikrofiltrācija caur membrānām ar poru izmēru no 0,05 līdz 10 mikroniem;
• ultrafiltrācija - poras no 0,001 µm līdz 0,05 m;
• reversā osmoze un nanofiltrācija - poras 1 nm un zemāk.

Ūdens ultrafiltrācija ir paredzēta, lai no tā noņemtu mikroorganismus un makroskopiskus ieslēgumus, kas neiziet cauri membrānas porām.

Tradicionālais aizpildīšanas filtru mehānisms ir balstīts uz gravitācijas tīrīšanu. Ultrafiltrācija ir līdzīga sijāšanai caur porainu sietu, kur tiek atdalītas visas lielāka diametra daļiņas.

Membrānas veidi

Filtra elementi ir plakanas loksnes vai šķiedras ar kapilāriem. Izmantojot pirmos, galvenokārt tiek veikta notekūdeņu ultrafiltrācija, bet pēdējie ir paredzētiūdens apstrāde.

Šķiedras galvenokārt ir izgatavotas vienkanāla, ar iekšējo diametru aptuveni 0,8 mm. Tie tiek bieži pakļauti stresam, un tos var iznīcināt, mazgājot atpakaļ. Daudzkanālu šķiedras satur vairākus kapilārus un ir ievērojami stiprākas.

Membrānas ir izgatavotas no polimēriem, piemēram, poliestersulfona. Tās parametrus var mainīt, pievienojot citus sintētiskos materiālus. Plašais apstrādājamo šķidrumu pH diapazons ļauj efektīvi tīrīt filtra elementus.

Polimēru membrānas periodiski jādekontaminē, jo mikrobiem patīk ēst organiskās vielas un veidot uz tām kolonijas.

Ilgnoturīga keramikas membrāna, kas labi nomazgājama ar mazgāšanas līdzekļiem. Tā cena ir augstāka, bet kalpošanas laiks sasniedz 10 gadus.

Filtrēšanas metodes

Ultrafiltrācijas ūdens sistēma sastāv no moduļiem, kas pildīti ar dobām porainām šķiedrām. Sākotnējais šķidrums nonāk kapilāros, pēc tam filtrēšana notiek caur sānu sienām. Ir iespējama arī apgrieztā plūsma.

Skalošanu veic filtrāts ar tā padevi pretējā virzienā. Vienmērīga šķidruma sadale ārpus šķiedrām nodrošina nosēdumu izvadīšanu no kapilāriem. Šeit ir svarīgi izvēlēties pareizo skalošanas režīmu, lai piesārņojuma slāni būtu vieglāk noņemt.

Filtri darbojas divos režīmos, no kuriem viens ir spiediena režīms: ūdens tiek padots uz ierīces korpusu zem spiediena. Iegremdēšanas metode tiek veikta, izmantojot membrānas, kas nolaistas atvērtā traukā. Izplūdes pusē tiek izveidots vakuums, un šķidrums tiek iesūkts caur filtra materiālu.

Moduļi ir izvietoti vertikāli. Ūdens tajās ieplūst no viena gala, bet no otra tiek izvadīts. Moduļu skaits vienā filtrā parasti nepārsniedz divas vienības. Sakarā ar to ir nepieciešams mazāk blīvējumu, kas samazina noplūžu iespējamību. Vertikālos moduļus ir ērti uzturēt un pārbaudīt. Tos ir viegli uzstādīt un noņemt.

Filtra režīmi

Kad tiek veikta ūdens ultrafiltrācija, filtri var darboties strupceļa un tangenciālā režīmā. Pirmajā gadījumā viss piegādātais ūdens tiek attīrīts. Nosēdumus no membrānas periodiski noņem skalošanas procesā vai ar drenāžas plūsmu. Membrāna ātri sabojājas, un spiediena kritumam pāri jābūt zemam, kas samazina aparāta veiktspēju. Šo metodi izmanto ūdens attīrīšanai ar zemu suspensiju koncentrāciju.

Tangenciālajā režīmā filtrētā vide cirkulē gar membrānas virsmu, un uz tās veidojas nelielas nogulsnes. Plūsmas turbulence padeves kanālā ļauj attīrīt ūdeni ar augstu suspendēto vielu koncentrāciju. Šīs metodes trūkumi ir enerģijas izmaksu pieaugums, lai radītu lielu plūsmas ātrumu, un nepieciešamība uzstādīt papildu cauruļvadus.

Ultrafiltrācijas parametri

Galvenie ultrafiltrācijas parametri ir:

1. Selektivitāte - piemaisījumu koncentrācijas attiecībapiesārņots ūdens (C_in.) un filtrātā (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Ultrafiltrācijas procesam tas ir liels, kas ļauj notvert mazākās daļiņas, tostarp baktērijas un vīrusus.}
2. Filtra patēriņš - attīrītā ūdens daudzums laika vienībā.
3. Īpašais filtrāta patēriņš - produkta daudzums, kas iziet cauri 1 m2 no membrānas laukuma. Atkarīgs no filtra elementa īpašībām un avota ūdens tīrības.
4. Membrānas spiediena kritums - starpība starp spiedienu padeves pusē un filtrāta pusē.
5. Caurlaidība ir attiecība starp filtrāta īpatnējo plūsmas ātrumu un spiediena kritumu pāri membrānai.
6. Hidrauliskā efektivitāte - attiecība starp filtrāta plūsmas ātrumu un piegādāto avota ūdeni.

Ultrafiltrācija ūdens dezinfekcijai

Tradicionālās mikroorganismu noņemšanas metodes ietver tehnoloģijas, kurās izmanto reaģentus. Ūdens ultrafiltrācija sastāv no mikroorganismu un koloīdu fiziskas atdalīšanas no tā membrānas poru mazo izmēru dēļ. Metodes priekšrocība ir mikroorganismu, aļģu, organisko vielu un mehānisko daļiņu līķu noņemšana. Tajā pašā laikā nav nepieciešama īpaša ūdens attīrīšana, kas citos gadījumos ir obligāta. Viss, kas jums jādara, ir jāizlaiž caur 30 mikronu mehānisko filtru.

Pērkot filtrus, ir jānosaka membrānu poru izmēri. Lai pilnībā noņemtu vīrusus, caurumu diametram jābūt 0,005 µm līmenī. Lieliem poru izmēriem dezinfekcijas funkcijanedarbosies.

Turklāt ultrafiltrācijas tehnoloģija nodrošina ūdens attīrīšanu. Visas suspendētās cietās vielas ir pilnībā noņemtas.

Ultrafiltrācijas ūdens instalācijā ir paralēli pieslēgtas ierīces, kas nodrošina procesa nepieciešamo izpildi un iespēju tās ekspluatācijas laikā nomainīt.

Ūdens attīrīšana pirms jonu apmaiņas filtriem

Sveķi efektīvi aiztur 0,1–1,0 µm koloidālās daļiņas, taču tās ātri aizsprosto granulas. Skalošana un reģenerācija šeit maz palīdz. Īpaši grūti ir noņemt SiO_{2 daļiņas, kuru īpaši daudz ir akās un upju ūdenī. Pēc aizsērēšanas sveķi sāk vairot mikroorganismus vietās, kas nav mazgātas ar tīrīšanas šķīdumiem.}

Arī jonu apmaiņas iekārtas ir aktīvi aizsērējušas ar emulģētām eļļām, kuras nevar noņemt. Aizsprostojums ir tik nopietns, ka ir vieglāk nomainīt filtru, nekā atdalīt no tā eļļu.

Sveķu filtrējošās granulas ir aktīvi aizsērējušas ar lielmolekulāriem savienojumiem. Aktīvā ogle tās labi noņem, taču tai ir īss kalpošanas laiks.

Jonu apmaiņas sveķi ir efektīvi kopā ar ultrafiltrāciju, kas atdala vairāk nekā 95% koloīdu.

Ūdens apstrāde - ultrafiltrācija pirms reversās osmozes

Ekspluatācijas izmaksas tiek samazinātas, pakāpeniski uzstādot filtrus, secīgi samazinot aizturēto daļiņu izmēru. Ja pirms ultrafiltrācijas moduļa tiek uzstādīta rupjāka tīrīšana, tad tas palielina reversās osmozes sistēmu efektivitāti. Pēdējie ir jutīgi pret anjonu un nejonu flokulantiem, ja piesārņotāju koagulācija tiek veikta sākotnējā posmā.

Lielmolekulāras organiskās vielas ātri aizsprosto reversās osmozes membrānu poras. Tie ātri aizaug ar mikroorganismiem. Ūdens iepriekšēja filtrēšana atrisina visas problēmas un ir rentabla, ja to izmanto ar reverso osmozi.

Notekūdeņu attīrīšana

Ultrafiltrācijas notekūdeņu attīrīšana ļauj tos atkārtoti izmantot rūpniecībā. Tie ir piemēroti izmantošanai inženierzinātnēs, un tiek samazināta tehnogēnā slodze uz atklātām ūdenstilpēm dzeršanai.

Membrānas tehnoloģijas tiek izmantotas galvaniskās un tekstilizstrādājumu ražošanas notekūdeņu attīrīšanai, pārtikas rūpniecībā, atdzelžošanas sistēmās, atdalot no šķīdumiem karbamīdu, elektrolītus, smago metālu savienojumus, naftas produktus u.c.. Tas paaugstina darba efektivitāti. ārstēšanu un vienkāršo tehnoloģiju.

Ar zemas molekulmasas piemaisījumiem ultrafiltrācija var radīt tīrus produktu koncentrātus.

Īpaši svarīga ir emulģēto eļļu atdalīšanas no ūdens problēma. Membrānu tehnoloģijas priekšrocība ir procesa vienkāršība, zems enerģijas patēriņš un ķīmisko vielu neesamība.

Virszemes ūdens apstrāde

Nokrišņi un filtrēšana iepriekš ir bijuši efektīvi ūdens attīrīšanas veidi. Šeit efektīvi tiek noņemti dabīgas izcelsmes piemaisījumi, bet tagad ir parādījušies tehnogēnie piesārņotāji, kuru noņemšanainepieciešamas citas tīrīšanas metodes. Īpaši daudz problēmu rada ūdens primārā hlorēšana, kas veido hlororganiskos savienojumus. Papildu attīrīšanas posmu izmantošana ar aktīvo ogli un ozonēšanu palielina ūdens izmaksas.

Ultrafiltrācija ļauj iegūt dzeramo ūdeni tieši no virszemes avotiem: no tā tiek noņemtas aļģes, mikroorganismi, suspendētās daļiņas un citi savienojumi. Metode ir efektīva ar iepriekšēju koagulāciju. Tajā pašā laikā nav nepieciešama ilgstoša nostādināšana, jo nav nepieciešama lielu pārslu veidošanās.

Ūdens ultrafiltrācijas uzstādīšana (foto zemāk) ļauj sasniegt nemainīgi labu attīrīta ūdens kvalitāti, neizmantojot sarežģītas iekārtas un reaģentus.

Koagulācijas metožu izmantošana kļūst neefektīva, jo daudzi organiskie savienojumi ūdenī netiek atklāti ar tradicionālo kālija permanganāta oksidēšanas metodi. Turklāt organisko vielu saturs ir ļoti atšķirīgs, tāpēc ir grūti izvēlēties vajadzīgo reaģentu koncentrāciju.

Secinājums

Ūdens ultrafiltrēšana caur membrānām ļauj sasniegt tā nepieciešamo tīrību ar minimālu reaģentu patēriņu. Notekūdeņus pēc attīrīšanas var izmantot rūpnieciskiem mērķiem.

Ultrafiltrācija ne vienmēr ir efektīva. Metode neļauj atdalīt dažas vielas, piemēram, hlororganiskos savienojumus un dažas humīnskābes. Šādos gadījumos tiek piemērota daudzpakāpju tīrīšana.