Vad är ultrafiltrering av vatten?

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Ett effektivt sätt att rena vatten är att tvinga det genom semipermeabla membran. Filtreringsprocesser klassificeras efter storleken på partiklarna som ska separeras:

• mikrofiltrering genom membran med porstorlekar från 0,05 till 10 mikron;
• ultrafiltrering - porer från 0,001 µm till 0,05 µm;
• omvänd osmos och nanofiltrering - porer 1 nm och lägre.

Ultrafiltrering av vatten är utformad för att avlägsna mikroorganismer och makroskopiska inneslutningar från det som inte passerar genom membranets porer.

Den traditionella mekanismen för återfyllningsfilter är baserad på gravitationsrengöring. Ultrafiltrering liknar siktning genom en porös sikt, där alla partiklar med större diameter separeras.

Membrantyper

Filterelement är platta ark eller fibrer med kapillärer. Genom det förra utförs främst ultrafiltrering av avloppsvatten, och de senare är avsedda förvattenbehandling.

Fibrerna är huvudsakligen gjorda enkanaliga, med en innerdiameter på cirka 0,8 mm. De utsätts för frekvent stress och kan förstöras genom backspolning. Flerkanaliga fibrer innehåller flera kapillärer och är betydligt starkare.

Membran är gjorda av polymerer som polyestersulfon. Dess parametrar kan ändras genom att lägga till andra syntetiska material. Det breda pH-intervallet för vätskorna som bearbetas gör det möjligt att effektivt rengöra filterelementen.

Polymermembran måste dekontamineras med jämna mellanrum, eftersom mikrober älskar att äta organiskt material och bilda kolonier på det.

Långvarigt keramiskt membran, som tvättas väl med tvättmedel. Dess pris är högre, men livslängden når 10 år.

Filtreringsmetoder

Ultrafiltreringsvattensystem består av moduler fyllda med ihåliga porösa fibrer. Den initiala vätskan kommer in i kapillärerna, varefter filtrering sker genom sidoväggarna. Omvänd feed är också möjligt.

Spolning utförs av filtratet med dess tillförsel i motsatt riktning. Enhetlig fördelning av vätska utanför fibrerna säkerställer att avlagringar från kapillärerna avlägsnas. Här är det viktigt att välja rätt spolläge så att föroreningsskiktet blir lättare att ta bort.

Filter fungerar i två lägen, varav ett är tryck: vatten tillförs enhetens hölje under tryck. Nedsänkningsmetoden utförs med hjälp av membran som sänks ner i en öppen behållare. Ett vakuum skapas på utloppssidan och vätska sugs genom filtermaterialet.

Modulerna är anordnade vertik alt. Vatten kommer in i dem från ena änden och släpps ut från den andra. Antalet moduler i ett filter överstiger vanligtvis inte två enheter. På grund av detta krävs färre packningar, vilket minskar sannolikheten för läckor. Vertikala moduler är bekväma att underhålla och testa. De är lätta att installera och ta bort.

Filterlägen

När ultrafiltrering av vatten utförs kan filter arbeta i återvändsgränd och tangentiellt läge. I det första fallet renas allt tillfört vatten. Avlagringarna från membranet avlägsnas periodiskt under spolningsprocessen eller med dräneringsströmmen. Membranet smutsar snabbt och tryckfallet över det måste hållas lågt, vilket minskar apparatens prestanda. Metoden används för vattenbehandling, med låg koncentration av suspensioner.

I tangentiellt läge cirkulerar det filtrerade mediet längs membranets yta och små avlagringar bildas på det. Turbulensen i flödet i tillförselkanalen gör det möjligt att rena vatten med en hög koncentration av suspenderat material. Nackdelarna med denna metod är ökningen av energikostnaderna för att skapa en hög flödeshastighet och behovet av att installera ytterligare rörledningar.

Ultrafiltreringsparametrar

Huvudparametrarna för ultrafiltrering är:

1. Selektivitet - förhållandet mellan föroreningskoncentrationer iförorenat vatten (C_in.) och i filtratet (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100 %. För en ultrafiltreringsprocess är den stor, vilket gör att du kan fånga de minsta partiklarna, inklusive bakterier och virus.}
2. Filterförbrukning – mängden renat vatten per tidsenhet.
3. Specifik filtratförbrukning - mängden produkt som passerar genom 1 m2 av membranområdet. Beror på filterelementets egenskaper och källvattnets renhet.
4. Membrantryckfall - skillnaden mellan trycket på tillförselsidan och filtratsidan.
5. Permeabilitet är förhållandet mellan filtratets specifika flödeshastighet och tryckfallet över membranet.
6. Hydraulisk effektivitet - förhållandet mellan filtratets flödeshastighet och det tillförda källvattnet.

Ultrafiltrering för vattendesinfektion

Traditionella metoder för att avlägsna mikroorganismer inkluderar teknik som använder reagens. Ultrafiltrering av vatten består i fysisk separation av mikroorganismer och kolloider från det på grund av den lilla storleken på membranporerna. Fördelen med metoden är avlägsnandet av liken av mikroorganismer, alger, organiskt material och mekaniska partiklar. Samtidigt finns det inget behov av särskild vattenrening, vilket är obligatoriskt i andra fall. Allt du behöver göra är att köra den genom ett 30 mikron mekaniskt filter.

När du köper filter måste du bestämma porstorlekarna på membranen. För att fullständigt ta bort virus bör håldiametrarna vara på nivån 0,005 µm. För stora porstorlekar, desinfektionsfunktionenkommer inte att köras.

Dessutom ger ultrafiltreringsteknik vattenrening. Alla suspenderade partiklar är helt borttagna.

Ultrafiltreringsvatteninstallationen innehåller parallellkopplade enheter, vilket ger nödvändig prestanda för processen och möjligheten att byta ut dem under drift.

Vattenrening före jonbytesfilter

Harts är effektivt för att hålla kvar 0,1-1,0 µm kolloidala partiklar, men de täpper snabbt till granulerna. Spolning och regenerering är till liten hjälp här. Det är särskilt svårt att avlägsna partiklar av SiO_{2, som är särskilt rikligt förekommande i brunnar och flodvatten. Efter igensättning börjar hartset växa fram mikroorganismer på platser som inte tvättats med rengöringslösningar.}

Jonbytare är också aktivt igensatta med emulgerade oljor som inte kan tas bort. Blockeringen är så allvarlig att det är lättare att byta filter än att separera oljan från det.

Filtrerande granulat av hartser är aktivt igensatta med högmolekylära föreningar. Aktivt kol tar bort dem bra, men det har en kort livslängd.

Jonbytarhartser är effektiva tillsammans med ultrafiltrering som tar bort mer än 95 % av kolloiderna.

Vattenbehandling - ultrafiltrering före omvänd osmos

Driftskostnaderna reduceras genom stegvis installation av filter med en successiv minskning av storleken på de kvarhållna partiklarna. Om en grövre rengöring installeras före ultrafiltreringsmodulen, ökar det effektiviteten hos system för omvänd osmos. De senare är känsliga för anjoniska och nonjoniska flockningsmedel om koagulering av föroreningar utförs i det preliminära skedet.

Stort molekylärt organiskt material täpper snabbt igen porerna på omvänd osmosmembran. De växer snabbt över av mikroorganismer. Förfiltrerande vatten löser alla problem och är kostnadseffektivt när det används med omvänd osmos.

Avloppsvattenrening

Ultrafiltreringsrening av avloppsvatten gör det möjligt att återanvända det inom industrin. De är lämpliga för användning inom teknik, och den teknogeniska belastningen på öppna vattendrag för dricksändamål minskar.

Membranteknologier används för att behandla avloppsvatten från galvanisk och textilproduktion, inom livsmedelsindustrin, järnborttagningssystem, vid avlägsnande av urea, elektrolyter, tungmetallföreningar, oljeprodukter etc. från lösningar. Detta ökar effektiviteten av behandling och förenklar tekniken.

Med föroreningar med låg molekylvikt kan ultrafiltrering producera rena produktkoncentrat.

Särskilt viktigt är problemet med att separera emulgerade oljor från vatten. Fördelen med membranteknik är processens enkelhet, låg energiförbrukning och inget behov av kemikalier.

Ytvattenbehandling

Nerbörd och filtrering har tidigare varit effektiva sätt att rena vatten. Föroreningar av naturligt ursprung avlägsnas effektivt här, men nu har teknogena föroreningar dykt upp, för att avlägsna demandra rengöringsmetoder krävs. Särskilt många problem skapas av den primära kloreringen av vatten, som bildar klororganiska föreningar. Användningen av ytterligare reningssteg med aktivt kol och ozonering ökar kostnaden för vatten.

Ultrafiltrering gör att du kan få dricksvatten direkt från ytkällor: alger, mikroorganismer, suspenderade partiklar och andra föreningar avlägsnas från det. Metoden är effektiv med preliminär koagulering. Samtidigt krävs inte lång sedimentering, eftersom det inte är nödvändigt att bilda stora flingor.

Installation av ultrafiltrering av vatten (bild nedan) gör att du kan uppnå konsekvent god kvalitet på renat vatten utan användning av komplex utrustning och reagens.

Användningen av koaguleringsmetoder blir ineffektiv eftersom många organiska föreningar i vatten inte detekteras med den traditionella kaliumpermanganatoxidationsmetoden. Dessutom varierar det organiska innehållet kraftigt, vilket gör det svårt att välja önskad koncentration av reagens.

Slutsats

Ultrafiltrering av vatten genom membran gör att du kan uppnå den erforderliga renhet med en minimal förbrukning av reagens. Avloppsvatten efter rening kan användas för industriella ändamål.

Ultrafiltrering är inte alltid effektivt. Metoden tillåter inte att ta bort vissa ämnen, till exempel organiska klorföreningar och vissa humussyror. I sådana fall tillämpas flerstegsrengöring.