Ce este ultrafiltrarea apei?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-02 14:01

O modalitate eficientă de purificare a apei este să o forțezi prin membrane semi-permeabile. Procesele de filtrare sunt clasificate în funcție de dimensiunea particulelor care trebuie separate:

• microfiltrare prin membrane cu dimensiuni ale porilor de la 0,05 la 10 microni;
• ultrafiltrare - pori de la 0,001 µm la 0,05 µm;
• osmoză inversă și nanofiltrare - pori 1 nm și mai jos.

Ultrafiltrarea apei este concepută pentru a elimina microorganismele și incluziunile macroscopice din aceasta care nu trec prin porii membranei.

Mecanismul tradițional al filtrelor de umplere se bazează pe curățarea gravitațională. Ultrafiltrarea este similară cu cernerea printr-o sită poroasă, unde toate particulele cu diametru mai mare sunt separate.

Tipuri de membrane

Elementele filtrante sunt foi plate sau fibre cu capilare. Prin intermediul primelor se realizează în principal ultrafiltrarea apelor uzate, iar cele din urmă sunt destinatetratarea apei.

Fibrele sunt realizate în principal cu un singur canal, cu un diametru interior de aproximativ 0,8 mm. Sunt supuși la stres frecvent și pot fi distruși prin spălare în contra. Fibrele cu mai multe canale conțin mai multe capilare și sunt semnificativ mai puternice.

Membranele sunt fabricate din polimeri precum poliestersulfona. Parametrii săi pot fi modificați prin adăugarea altor materiale sintetice. Gama largă de pH a lichidelor procesate face posibilă curățarea eficientă a elementelor de filtrare.

Membranele polimerice trebuie decontaminate periodic, deoarece microbilor le place să mănânce materie organică și să formeze colonii pe ea.

Membrană ceramică de lungă durată, care este bine spălată cu detergenți. Prețul său este mai mare, dar durata de viață ajunge la 10 ani.

Metode de filtrare

Sistemul de apă de ultrafiltrare este format din module umplute cu fibre poroase goale. Lichidul inițial pătrunde în capilare, după care are loc filtrarea prin pereții laterali. Alimentarea inversă este, de asemenea, posibilă.

Spălarea se realizează prin filtrat cu alimentarea sa în sens invers. Distribuția uniformă a lichidului în afara fibrelor asigură îndepărtarea depunerilor din capilare. Aici este important să alegeți modul de spălare potrivit, astfel încât stratul de contaminant să fie mai ușor de îndepărtat.

Filtrele funcționează în două moduri, dintre care unul este presiune: apa este furnizată în carcasa dispozitivului sub presiune. Metoda de imersie se realizează folosind membrane coborâte într-un recipient deschis. Se creează un vid pe partea de ieșire și lichidul este aspirat prin materialul filtrant.

Modulele sunt dispuse vertical. Apa intră în ele de la un capăt și este evacuată de la celăl alt. Numărul de module dintr-un filtru de obicei nu depășește două unități. Din acest motiv, sunt necesare mai puține garnituri, ceea ce reduce probabilitatea de scurgeri. Modulele verticale sunt convenabile de întreținut și testat. Sunt ușor de instalat și de îndepărtat.

Moduri de filtrare

Când se efectuează ultrafiltrarea apei, filtrele pot funcționa în moduri de fund și tangențial. În primul caz, toată apa furnizată este purificată. Depunerile de pe membrană sunt îndepărtate periodic în timpul procesului de spălare sau cu fluxul de scurgere. Membrana se murdărește rapid și scăderea presiunii peste ea trebuie menținută la un nivel scăzut, ceea ce reduce performanța aparatului. Metoda este folosită pentru tratarea apei, cu o concentrație scăzută de suspensii.

În modul tangențial, mediul filtrat circulă de-a lungul suprafeței membranei și se formează mici depozite pe aceasta. Turbulența debitului în canalul de alimentare face posibilă purificarea apei cu o concentrație mare de materie în suspensie. Dezavantajele acestei metode sunt creșterea costurilor cu energie pentru a crea un debit mare și necesitatea instalării unor conducte suplimentare.

Parametri de ultrafiltrare

Principalii parametri ai ultrafiltrarii sunt:

1. Selectivitate - raportul dintre concentrațiile de impurități înapă contaminată (C_in.) și în filtrat (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Pentru un proces de ultrafiltrare, este mare, ceea ce vă permite să captați cele mai mici particule, inclusiv bacterii și viruși.}
2. Consum de filtrare - cantitatea de apă purificată pe unitatea de timp.
3. Consum specific de filtrat - cantitatea de produs care trece prin 1 m2 din zona membranei. Depinde de caracteristicile elementului filtrant și de puritatea sursei de apă.
4. Cădere de presiune în membrană - diferența dintre presiunea de pe partea de alimentare și pe partea de filtrat.
5. Permeabilitatea este raportul dintre debitul specific al filtratului și căderea de presiune pe membrană.
6. Eficiență hidraulică - raportul dintre debitul filtratului și sursa de apă furnizată.

Ultrafiltrare pentru dezinfecția apei

Metodele tradiționale pentru îndepărtarea microorganismelor includ tehnologii care utilizează reactivi. Ultrafiltrarea apei constă în separarea fizică a microorganismelor și a coloizilor din aceasta datorită dimensiunii reduse a porilor membranei. Avantajul metodei este îndepărtarea cadavrelor de microorganisme, alge, materie organică și particule mecanice. În același timp, nu este nevoie de un tratament special al apei, care este obligatoriu în alte cazuri. Tot ce trebuie să faceți este să-l treceți printr-un filtru mecanic de 30 de microni.

Când cumpărați filtre, trebuie să determinați dimensiunile porilor membranelor. Pentru a elimina complet virușii, diametrele găurilor ar trebui să fie la nivelul de 0,005 µm. Pentru pori mari, funcția de dezinfecțienu va rula.

În plus, tehnologia de ultrafiltrare oferă limpezirea apei. Toate solidele în suspensie sunt complet îndepărtate.

Instalația de apă de ultrafiltrare conține dispozitive conectate în paralel, care asigură performanța necesară procesului și posibilitatea înlocuirii acestora în timpul funcționării.

Purificarea apei înaintea filtrelor schimbătoare de ioni

Rășina este eficientă în reținerea particulelor coloidale de 0,1-1,0 µm, dar acestea înfundă rapid granulele. Spălarea și regenerarea sunt de puțin ajutor aici. Este deosebit de dificil să îndepărtați particulele de SiO_{2, care sunt deosebit de abundente în fântâni și apa râului. După înfundare, rășina începe să crească microorganisme în locuri nespălate cu soluții de curățare.}

Schimbătoarele de ioni sunt, de asemenea, înfundate activ cu uleiuri emulsionate care nu pot fi îndepărtate. Blocajul este atât de grav încât este mai ușor să schimbați filtrul decât să separați uleiul de el.

Granule filtrante de rășini sunt înfundate în mod activ cu compuși cu molecul mare. Cărbunele activat le îndepărtează bine, dar are o durată de viață scurtă.

Rășinile schimbătoare de ioni sunt eficiente împreună cu ultrafiltrarea, eliminând mai mult de 95% din coloizi.

Tratamentul apei - ultrafiltrare înainte de osmoză inversă

Costurile de operare sunt reduse prin instalarea treptată a filtrelor cu o reducere succesivă a dimensiunii particulelor reținute. Dacă înaintea modulului de ultrafiltrare este instalată o curățare mai grosieră, atunci crește eficiența sistemelor de osmoză inversă. Aceștia din urmă sunt sensibili la floculanti anionici și neionici dacă coagularea contaminanților este efectuată în stadiul preliminar.

Materia organică moleculară mare înfunda rapid porii membranelor de osmoză inversă. Sunt rapid copleșiți de microorganisme. Apa de prefiltrare rezolvă toate problemele și este rentabilă atunci când este utilizată cu osmoză inversă.

Tratarea apelor uzate

Tratamentul cu ultrafiltrare a apelor uzate face posibilă reutilizarea lor în industrie. Acestea sunt potrivite pentru utilizare în inginerie, iar sarcina tehnologică pe corpurile de apă deschise în scopuri potabile este redusă.

Tehnologiile cu membrane sunt folosite pentru tratarea apelor uzate din producția galvanică și textilă, în industria alimentară, sistemele de îndepărtare a fierului, la îndepărtarea ureei, electroliților, compușilor de metale grele, produselor petroliere etc.. Acest lucru crește eficiența tratament și simplifică tehnologia.

Cu impurități cu greutate moleculară mică, ultrafiltrarea poate produce concentrate pure de produse.

Deosebit de importantă este problema separării uleiurilor emulsionate de apă. Avantajul tehnologiei cu membrane este simplitatea procesului, consumul redus de energie și lipsa de substanțe chimice.

Tratamentul apei de suprafață

Precipitațiile și filtrarea au fost anterior modalități eficiente de purificare a apei. Aici sunt eliminate efectiv impuritățile de origine naturală, dar acum au apărut poluanții tehnogeni, pentru a căror îndepărtaresunt necesare alte metode de curățare. Mai ales multe probleme sunt create de clorarea primară a apei, care formează compuși organoclorați. Utilizarea unor etape suplimentare de purificare cu cărbune activ și ozonare crește costul apei.

Ultrafiltrarea vă permite să obțineți apă potabilă direct din sursele de suprafață: algele, microorganismele, particulele în suspensie și alți compuși sunt îndepărtați din aceasta. Metoda este eficientă cu coagulare preliminară. În același timp, nu este necesară o decantare lungă, deoarece nu este necesară formarea de fulgi mari.

Instalarea ultrafiltrarii apei (foto de mai jos) vă permite să obțineți o calitate constantă a apei purificate fără a utiliza echipamente complexe și reactivi.

Utilizarea metodelor de coagulare devine ineficientă deoarece mulți compuși organici din apă nu sunt detectați prin metoda tradițională de oxidare cu permanganat de potasiu. În plus, conținutul organic variază foarte mult, ceea ce face dificilă selectarea concentrației necesare de reactivi.

Concluzie

Ultrafiltrarea apei prin membrane vă permite să atingeți puritatea necesară cu un consum minim de reactivi. Apele uzate după epurare pot fi folosite în scopuri industriale.

Ultrafiltrarea nu este întotdeauna eficientă. Metoda nu permite îndepărtarea unor substanțe, de exemplu, compuși organoclorați și a unor acizi humici. În astfel de cazuri, se aplică curățarea în mai multe etape.