Čo je ultrafiltrácia vody?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Efektívny spôsob, ako vyčistiť vodu, je pretlačiť ju cez polopriepustné membrány. Filtračné procesy sú klasifikované podľa veľkosti častíc, ktoré sa majú oddeliť:

• mikrofiltrácia cez membrány s veľkosťou pórov od 0,05 do 10 mikrónov;
• ultrafiltrácia - póry od 0,001 µm do 0,05 µm;
• reverzná osmóza a nanofiltrácia – póry 1 nm a menej.

Ultrafiltrácia vody je navrhnutá tak, aby z nej odstránila mikroorganizmy a makroskopické inklúzie, ktoré neprechádzajú cez póry membrány.

Tradičný mechanizmus zásypových filtrov je založený na gravitačnom čistení. Ultrafiltrácia je podobná ako preosievanie cez porézne sito, kde sa oddelia všetky častice s väčším priemerom.

Typy membrán

Prvky filtra sú ploché dosky alebo vlákna s kapilárami. Cez prvé sa vykonáva hlavne ultrafiltrácia odpadových vôd a tie sú určenéúprava vody.

Vlákna sú vyrábané hlavne ako jednokanálové, s vnútorným priemerom asi 0,8 mm. Sú vystavené častému namáhaniu a môžu byť zničené spätným preplachovaním. Viackanálové vlákna obsahujú viacero kapilár a sú výrazne pevnejšie.

Membrány sú vyrobené z polymérov, ako je polyestersulfón. Jeho parametre je možné meniť pridaním ďalších syntetických materiálov. Široký rozsah pH spracovávaných kvapalín umožňuje efektívne čistenie filtračných prvkov.

Polymérové membrány sa musia pravidelne dekontaminovať, pretože mikróby milujú jesť organickú hmotu a tvoria na nej kolónie.

Keramická membrána s dlhou životnosťou, ktorá sa dobre umýva saponátmi. Jeho cena je vyššia, ale životnosť dosahuje 10 rokov.

Metódy filtrácie

Ultrafiltračný vodný systém pozostáva z modulov vyplnených dutými poréznymi vláknami. Počiatočná kvapalina vstupuje do kapilár, po ktorej dochádza k filtrácii cez bočné steny. Je možný aj spätný posuv.

Preplachovanie vykonáva filtrát s jeho prívodom v opačnom smere. Rovnomerná distribúcia tekutiny mimo vlákien zabezpečuje odstránenie usadenín z kapilár. Tu je dôležité zvoliť správny režim preplachovania, aby sa vrstva nečistôt ľahšie odstránila.

Filtre pracujú v dvoch režimoch, z ktorých jeden je tlakový: voda sa privádza do krytu zariadenia pod tlakom. Metóda ponorenia sa vykonáva pomocou membrán spustených do otvorenej nádoby. Na výstupnej strane sa vytvorí vákuum a kvapalina sa nasáva cez filtračný materiál.

Moduly sú usporiadané vertikálne. Voda do nich vstupuje z jedného konca a z druhého je vypúšťaná. Počet modulov v jednom filtri zvyčajne nepresahuje dve jednotky. Z tohto dôvodu je potrebných menej tesnení, čo znižuje pravdepodobnosť úniku. Vertikálne moduly sú vhodné na údržbu a testovanie. Ľahko sa inštalujú a odstraňujú.

Režimy filtra

Keď sa vykonáva ultrafiltrácia vody, filtre môžu fungovať v slepom a tangenciálnom režime. V prvom prípade je všetka dodávaná voda vyčistená. Usadeniny z membrány sa periodicky odstraňujú počas procesu preplachovania alebo odtokovým prúdom. Membrána sa rýchlo zanáša a pokles tlaku cez ňu musí byť udržiavaný na nízkej úrovni, čo znižuje výkon zariadenia. Metóda sa používa na úpravu vody s nízkou koncentráciou suspenzií.

V tangenciálnom režime filtrované médium cirkuluje pozdĺž povrchu membrány a tvoria sa na ňom malé usadeniny. Turbulencia prúdenia v prívodnom kanáli umožňuje čistenie vody s vysokou koncentráciou suspendovaných látok. Nevýhodou tejto metódy je zvýšenie nákladov na energiu na vytvorenie vysokého prietoku a potreba inštalácie ďalších potrubí.

Parametre ultrafiltrácie

Hlavné parametre ultrafiltrácie sú:

1. Selektivita - pomer koncentrácií nečistôt vkontaminovaná voda (C_in.) a vo filtráte (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100 %. Pre proces ultrafiltrácie je veľký, čo vám umožňuje zachytiť najmenšie častice vrátane baktérií a vírusov.}
2. Spotreba filtrácie – množstvo vyčistenej vody za jednotku času.
3. Špecifická spotreba filtrátu - množstvo produktu, ktoré prejde cez 1 m2 plochy membrány. Závisí od vlastností filtračného prvku a čistoty zdrojovej vody.
4. Membránová tlaková strata - rozdiel medzi tlakom na prívodnej strane a na strane filtrátu.
5. Permeabilita je pomer medzi špecifickým prietokom filtrátu a poklesom tlaku cez membránu.
6. Hydraulická účinnosť - pomer medzi prietokom filtrátu a privádzanej zdrojovej vody.

Ultrafiltrácia na dezinfekciu vody

Tradičné metódy na odstraňovanie mikroorganizmov zahŕňajú technológie využívajúce činidlá. Ultrafiltrácia vody spočíva vo fyzikálnom oddelení mikroorganizmov a koloidov z nej vďaka malej veľkosti pórov membrány. Výhodou metódy je odstránenie mŕtvol mikroorganizmov, rias, organickej hmoty a mechanických častíc. Zároveň nie je potrebná špeciálna úprava vody, ktorá je v iných prípadoch povinná. Všetko, čo musíte urobiť, je prejsť cez 30 mikrónový mechanický filter.

Pri kúpe filtrov musíte určiť veľkosť pórov membrán. Na úplné odstránenie vírusov by mal byť priemer otvorov na úrovni 0,005 µm. Pre veľké póry funkcia dezinfekcienespustí sa.

Okrem toho technológia ultrafiltrácie zabezpečuje čistenie vody. Všetky nerozpustné látky sú úplne odstránené.

Inštalácia ultrafiltračnej vody obsahuje zariadenia zapojené paralelne, čo zabezpečuje potrebný výkon procesu a možnosť ich výmeny počas prevádzky.

Čistenie vody pred iónomeničovými filtrami

Živica je účinná pri zadržiavaní 0,1-1,0 µm koloidných častíc, ale rýchlo upcháva granule. Preplachovanie a regenerácia tu málo pomáhajú. Je obzvlášť ťažké odstrániť častice SiO_{2, ktoré sú obzvlášť hojné v studniach a riečnej vode. Po zanesení živicou začnú rásť mikroorganizmy na miestach neumývaných čistiacimi roztokmi.}

Iontové výmenníky sú tiež aktívne zanesené emulgovanými olejmi, ktoré sa nedajú odstrániť. Blokovanie je také vážne, že je jednoduchšie vymeniť filter, než z neho oddeliť olej.

Filtračné granuly živíc sa aktívne upchávajú vysokomolekulárnymi zlúčeninami. Aktívne uhlie ich dobre odstraňuje, no má krátku životnosť.

Ionomeničové živice sú účinné spolu s ultrafiltráciou, ktorá odstraňuje viac ako 95 % koloidov.

Úprava vody – ultrafiltrácia pred reverznou osmózou

Prevádzkové náklady sa znižujú postupnou inštaláciou filtrov s postupným zmenšovaním veľkosti zadržaných častíc. Ak je pred ultrafiltračný modul nainštalované hrubšie čistenie, zvyšuje sa tým účinnosť systémov reverznej osmózy. Posledne menované sú citlivé na aniónové a neiónové flokulanty, ak sa koagulácia kontaminantov vykonáva v prípravnom štádiu.

Veľká molekulárna organická hmota rýchlo upcháva póry membrán reverznej osmózy. Rýchlo prerastajú mikroorganizmami. Predfiltrovanie vody rieši všetky problémy a je nákladovo efektívne pri použití s reverznou osmózou.

Čistenie odpadových vôd

Ultrafiltračné čistenie odpadových vôd umožňuje ich opätovné využitie v priemysle. Sú vhodné na použitie v strojárstve a znižuje sa technogénne zaťaženie otvorených vodných plôch na pitné účely.

Membránové technológie sa používajú na čistenie odpadových vôd z galvanickej a textilnej výroby, v potravinárskom priemysle, systémy na odstraňovanie železa, pri odstraňovaní močoviny, elektrolytov, zlúčenín ťažkých kovov, ropných produktov a pod.. Zvyšuje sa tým účinnosť spracovanie a zjednodušuje technológiu.

S nečistotami s nízkou molekulovou hmotnosťou môže ultrafiltrácia produkovať čisté produktové koncentráty.

Zvlášť dôležitý je problém oddeľovania emulgovaných olejov od vody. Výhodou membránovej technológie je jednoduchosť procesu, nízka spotreba energie a bez potreby chemikálií.

Úprava povrchovej vody

Zrážanie a filtrácia boli v minulosti účinnými spôsobmi čistenia vody. Účinne sa tu odstraňujú nečistoty prírodného pôvodu, ale teraz sa objavili technogénne škodliviny, ktorých odstráneniesú potrebné iné metódy čistenia. Obzvlášť veľa problémov spôsobuje primárne chlórovanie vody, pri ktorej vznikajú organochlórové zlúčeniny. Použitie ďalších čistiacich stupňov s aktívnym uhlím a ozonizáciou zvyšuje náklady na vodu.

Ultrafiltrácia vám umožňuje získať pitnú vodu priamo z povrchových zdrojov: odstránia sa z nej riasy, mikroorganizmy, suspendované častice a iné zlúčeniny. Metóda je účinná s predbežnou koaguláciou. Zároveň nie je potrebné dlhé usadzovanie, pretože nie je potrebné vytvárať veľké vločky.

Inštalácia ultrafiltrácie vody (foto nižšie) vám umožňuje dosiahnuť trvalo dobrú kvalitu vyčistenej vody bez použitia zložitého zariadenia a činidiel.

Používanie koagulačných metód sa stáva neúčinným, pretože mnohé organické zlúčeniny vo vode nie sú detekované tradičnou metódou oxidácie manganistanu draselného. Okrem toho sa organický obsah značne líši, čo sťažuje výber požadovanej koncentrácie činidiel.

Záver

Ultrafiltrácia vody cez membrány umožňuje dosiahnuť jej požadovanú čistotu s minimálnou spotrebou činidiel. Odpadovú vodu po úprave možno použiť na priemyselné účely.

Ultrafiltrácia nie je vždy účinná. Metóda neumožňuje odstránenie niektorých látok, napríklad organochlórových zlúčenín a niektorých humínových kyselín. V takýchto prípadoch sa aplikuje viacstupňové čistenie.