Kas yra vandens ultrafiltravimas?

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Efektyvus vandens valymo būdas – priversti jį per pusiau pralaidžias membranas. Filtravimo procesai klasifikuojami pagal atskirtinų dalelių dydį:

• mikrofiltravimas per membranas, kurių porų dydis yra nuo 0,05 iki 10 mikronų;
• ultrafiltracija – poros nuo 0,001 µm iki 0,05 m;
• atvirkštinis osmosas ir nanofiltravimas – poros 1 nm ir mažesnės.

Ultrafiltravimas vandens skirtas pašalinti iš jo mikroorganizmus ir makroskopinius intarpus, kurie nepraeina pro membranos poras.

Tradicinis užpildymo filtrų mechanizmas pagrįstas gravitaciniu valymu. Ultrafiltravimas yra panašus į sijojimą per porėtą sietą, kai atskiriamos visos didesnio skersmens dalelės.

Membranų tipai

Filtrų elementai yra plokšti lakštai arba pluoštai su kapiliarais. Per pirmuosius daugiausia atliekamas nuotekų ultrafiltravimas, o antrieji yra skirtivandens valymas.

Pluoštai daugiausia gaminami vienkanaliai, kurių vidinis skersmuo yra apie 0,8 mm. Jie dažnai patiria stresą ir gali būti sunaikinti plaunant atgal. Daugiakanaliuose pluoštuose yra keli kapiliarai ir jie yra žymiai stipresni.

Membranos gaminamos iš polimerų, tokių kaip poliesterissulfonas. Jo parametrus galima keisti pridedant kitų sintetinių medžiagų. Platus apdorojamų skysčių pH diapazonas leidžia efektyviai išvalyti filtro elementus.

Polimerinės membranos turi būti periodiškai nukenksmintos, nes mikrobai mėgsta valgyti organines medžiagas ir sudaro ant jų kolonijas.

Ilgaamžė keraminė membrana, kuri gerai išplaunama plovikliais. Jo kaina didesnė, bet tarnavimo laikas siekia 10 metų.

Filtravimo metodai

Ultrafiltracijos vandens sistemą sudaro moduliai, užpildyti tuščiaviduriais akytais pluoštais. Pradinis skystis patenka į kapiliarus, po kurio filtravimas vyksta per šonines sieneles. Galimas ir atvirkštinis tiekimas.

Plovimą atlieka filtratas, tiekiant jį priešinga kryptimi. Tolygus skysčio pasiskirstymas už skaidulų užtikrina nuosėdų pašalinimą iš kapiliarų. Čia svarbu pasirinkti tinkamą plovimo režimą, kad būtų lengviau pašalinti teršalų sluoksnį.

Filtrai veikia dviem režimais, iš kurių vienas yra slėgio: vanduo tiekiamas į įrenginio korpusą esant slėgiui. Panardinimo metodas atliekamas naudojant membranas, nuleistas į atvirą indą. Išleidimo pusėje susidaro vakuumas ir skystis įsiurbiamas per filtro medžiagą.

Moduliai išdėstyti vertikaliai. Vanduo į juos patenka iš vieno galo, o išleidžiamas iš kito. Modulių skaičius viename filtre paprastai neviršija dviejų vienetų. Dėl to reikia mažiau tarpiklių, o tai sumažina nuotėkio tikimybę. Vertikalius modulius patogu prižiūrėti ir testuoti. Juos lengva įdiegti ir išimti.

Filtravimo režimai

Atliekant vandens ultrafiltravimą, filtrai gali veikti aklavietės ir tangentiniais režimais. Pirmuoju atveju visas tiekiamas vanduo išvalomas. Nuosėdos iš membranos periodiškai pašalinamos praplovimo metu arba su drenažo srove. Membrana greitai užsiteršia, o slėgio kritimas joje turi būti mažas, o tai sumažina aparato veikimą. Metodas naudojamas vandens valymui su maža suspensijų koncentracija.

Tangentiniu režimu filtruojama terpė cirkuliuoja išilgai membranos paviršiaus ir ant jo susidaro nedidelės nuosėdos. Srauto turbulencija tiekimo kanale leidžia išvalyti vandenį su didele suspenduotų medžiagų koncentracija. Šio metodo trūkumai yra energijos sąnaudų padidėjimas siekiant sukurti didelį srautą ir būtinybė įrengti papildomus vamzdynus.

Ultrafiltravimo parametrai

Pagrindiniai ultrafiltravimo parametrai yra:

1. Selektyvumas – priemaišų koncentracijų santykisužteršto vandens (C_in.) ir filtrate (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100 %. Ultrafiltravimo procese jis yra didelis, todėl galite sugauti mažiausias daleles, įskaitant bakterijas ir virusus.}
2. Filtro sąnaudos – išvalyto vandens kiekis per laiko vienetą.
3. Specialus filtrato suvartojimas – produkto kiekis, praeinantis per 1 m2 membranos ploto. Priklauso nuo filtro elemento charakteristikų ir š altinio vandens grynumo.
4. Slėgio kritimas membranoje – skirtumas tarp slėgio tiekimo ir filtrato pusėje.
5. Pralaidumas – tai santykis tarp specifinio filtrato srauto greičio ir slėgio kritimo per membraną.
6. Hidraulinis efektyvumas – filtrato srauto ir tiekiamo š altinio vandens santykis.

Ultrafiltracija vandens dezinfekcijai

Tradiciniai mikroorganizmų šalinimo metodai apima technologijas, kuriose naudojami reagentai. Vandens ultrafiltravimas susideda iš fizinio mikroorganizmų ir koloidų atskyrimo nuo jo dėl mažų membranos porų dydžio. Metodo privalumas – mikroorganizmų, dumblių, organinių medžiagų ir mechaninių dalelių lavonų pašalinimas. Tuo pačiu metu nereikia specialaus vandens valymo, kuris kitais atvejais yra privalomas. Viskas, ką jums reikia padaryti, tai paleisti jį per 30 mikronų mechaninį filtrą.

Perkant filtrus reikia nustatyti membranų porų dydžius. Norint visiškai pašalinti virusus, skylių skersmuo turi būti 0,005 µm. Didelėms poroms – dezinfekavimo funkcijanebus paleista.

Be to, ultrafiltravimo technologija užtikrina vandens skaidrumą. Visos suspenduotos kietosios medžiagos visiškai pašalinamos.

Ultrafiltraciniame vandens įrenginyje yra lygiagrečiai prijungti įrenginiai, kurie užtikrina reikiamą proceso našumą ir galimybę juos pakeisti eksploatacijos metu.

Vandens valymas prieš jonų mainų filtrus

Derva efektyviai sulaiko 0,1–1,0 µm koloidines daleles, tačiau jos greitai užkemša granules. Skalavimas ir regeneracija čia mažai padeda. Ypač sunku pašalinti SiO_{2 daleles, kurių ypač gausu šuliniuose ir upių vandenyje. Po užsikimšimo derva pradeda daugintis mikroorganizmai vietose, kurios neplaunamos valymo tirpalais.}

Jono keitikliai taip pat aktyviai užsikimšę emulsuotais aliejais, kurių negalima pašalinti. Užsikimšimas toks didelis, kad lengviau pakeisti filtrą, nei atskirti nuo jo alyvą.

Filtravimo dervų granulės aktyviai užsikimšusios didelės molekulinės masės junginiais. Aktyvuota anglis juos gerai pašalina, bet tarnauja trumpai.

Jonų mainų dervos yra veiksmingos kartu su ultrafiltravimu, pašalinant daugiau nei 95 % koloidų.

Vandens valymas – ultrafiltravimas prieš atvirkštinį osmosą

Eksploatacijos sąnaudos sumažinamos laipsniškai įrengiant filtrus ir palaipsniui mažinant sulaikytų dalelių dydį. Jei prieš ultrafiltravimo modulį įrengiamas stambesnis valymas, tai padidina atvirkštinio osmoso sistemų efektyvumą. Pastarieji yra jautrūs anijoniniams ir nejoniniams flokuliantams, jei teršalų koaguliacija atliekama pradiniame etape.

Didelės molekulinės organinės medžiagos greitai užkemša atvirkštinio osmoso membranų poras. Jie greitai apauga mikroorganizmais. Išankstinis vandens filtravimas išsprendžia visas problemas ir yra ekonomiškas, kai naudojamas su atvirkštiniu osmosu.

Nuotekų valymas

Ultrafiltracijos nuotekų valymas leidžia pakartotinai jas panaudoti pramonėje. Jie tinkami naudoti inžinerijoje, o technogeninė apkrova atviriems vandens telkiniams gerti yra sumažinta.

Membraninės technologijos naudojamos galvaninės ir tekstilės gamybos nuotekoms valyti, maisto pramonėje, geležies šalinimo sistemose, iš tirpalų šalinant karbamidą, elektrolitus, sunkiųjų metalų junginius, naftos produktus ir kt.. Tai padidina efektyvumą gydymas ir supaprastinta technologija.

Su mažos molekulinės masės priemaišomis ultrafiltruojant galima gauti grynų produktų koncentratų.

Ypač svarbi emulsuotų aliejų atskyrimo nuo vandens problema. Membranų technologijos pranašumas yra proceso paprastumas, mažos energijos sąnaudos ir nereikia naudoti cheminių medžiagų.

Paviršinio vandens valymas

Nusodinimas ir filtravimas anksčiau buvo veiksmingi vandens valymo būdai. Čia efektyviai pašalinamos natūralios kilmės priemaišos, tačiau dabar atsirado technogeninių teršalų, kurių pašalinimuireikalingi kiti valymo būdai. Ypač daug problemų sukelia pirminis vandens chlorinimas, dėl kurio susidaro organiniai chloro junginiai. Naudojant papildomus valymo etapus su aktyvuota anglimi ir ozonavimu padidėja vandens kaina.

Ultrafiltracija leidžia gauti geriamąjį vandenį tiesiai iš paviršinių š altinių: iš jo pašalinami dumbliai, mikroorganizmai, skendinčios dalelės ir kiti junginiai. Metodas veiksmingas su išankstiniu krešėjimu. Tuo pačiu metu nereikia ilgai nusėsti, nes nebūtina susidaryti didelių dribsnių.

Vandens ultrafiltravimo įrengimas (nuotrauka žemiau) leidžia pasiekti nuolat gerą išvalyto vandens kokybę nenaudojant sudėtingos įrangos ir reagentų.

Krešėjimo metodų naudojimas tampa neveiksmingas, nes tradiciniu kalio permanganato oksidacijos metodu vandenyje neaptinkama daug organinių junginių. Be to, organinių medžiagų kiekis labai skiriasi, todėl sunku pasirinkti reikiamą reagentų koncentraciją.

Išvada

Ultrafiltravus vandenį per membranas, galite pasiekti reikiamą jo grynumą sunaudojant minimalų reagentų kiekį. Po valymo nuotekos gali būti naudojamos pramoniniais tikslais.

Ultrafiltracija ne visada veiksminga. Metodas neleidžia pašalinti kai kurių medžiagų, pavyzdžiui, organinių chloro junginių ir kai kurių huminių rūgščių. Tokiais atvejais taikomas kelių etapų valymas.