Ультрафильтрация природных вод как метод получения питьевой воды. Ультрафильтрация воды

Что такое ультрафильтрация воды?

Эффективным способом очистки воды является ее продавливание через полупроницаемые мембраны. Процессы фильтрации классифицируются по размерам разделяемых частиц:

микрофильтрация через мембраны с размерами пор от 0,05 до 10 мкм;
ультрафильтрация - поры от 0,001 мкм до 0,05 мкм;
обратный осмос и нанофильтрация - поры 1 нм и ниже.

Ультрафильтрация воды предназначена для удаления из нее микроорганизмов и макроскопических включений, не проходящих через поры мембраны.

Традиционный механизм действия фильтров с засыпкой основан на гравитационной очистке. Ультрафильтрация производится подобно просеиванию через пористое сито, где все частицы большего диаметра отделяются.

Типы мембран

Фильтрующие элементы представляют собой плоские листы или волокна с капиллярами. Через первые производится преимущественно ультрафильтрация сточных вод, а последние предназначены для водоподготовки.

Волокна в основном выполняются одноканальными, с внутренним диаметром около 0,8 мм. Они подвергаются частым нагрузкам и могут разрушиться при обратной промывке. Многоканальные волокна содержат несколько капилляров и обладают значительно большей прочностью.

Мембраны изготавливаются из полимеров, например, из полиэстерсульфона. Его параметры могут изменяться за счет добавления других синтетических материалов. Широкий диапазон рН обрабатываемых жидкостей дает возможность эффективно очищать фильтрующие элементы.

Полимерные мембраны должны периодически обеззараживаться, поскольку микробы любят поедать органику и образовывать на ней колонии.

Долго служит керамическая мембрана, которая хорошо отмывается моющими средствами. Цена ее выше, но срок эксплуатации достигает 10 лет.

Способы фильтрации

Система ультрафильтрации воды состоит из модулей, заполненных полыми пористыми волокнами. Исходная жидкость поступает в капилляры, после чего происходит фильтрация через боковые стенки. Возможна также подача в обратном направлении. система ультрафильтрации воды

Промывка производится фильтратом с его подачей встречным потоком. Равномерное распределение жидкости снаружи волокон обеспечивает удаление отложений из капилляров. Здесь важно правильно подобрать режим промывки, чтобы легче удалялся загрязняющий слой.

Фильтры работают в двух режимах, один из которых напорный: вода подается в кожух устройства под давлением. Погружной способ производится с помощью мембран, опущенных в открытую емкость. С выходной стороны создается вакуум, и жидкость всасывается через фильтрующий материал.

Модули располагаются вертикально. Вода в них поступает с одного конца, а отводится - с другого. Количество модулей в одном фильтре обычно не превышает двух единиц. За счет этого требуется меньше прокладок, что уменьшает вероятность протечек. Вертикальные модули удобно обслуживать и тестировать. Их легко устанавливать и извлекать.

Режимы фильтрования

Когда производится ультрафильтрация воды, фильтры могут работать в тупиковом и тангенциальном режимах. В первом случае производится очистка всей подаваемой воды. Отложения с мембраны периодически удаляются в процессе промывки или с дренажным потоком. Мембрана быстро загрязняется, и перепад давления на ней должен поддерживаться небольшим, что снижает производительность аппарата. Способ применяется для водоподготовки, при небольшой концентрации взвесей. ультрафильтрация воды фильтры

При тангенциальном режиме фильтруемая среда циркулирует вдоль поверхности мембраны и отложений на ней образуется немного. Турбулентность потока в канале подачи позволяет очищать воду с высокой концентрацией взвесей. Недостатками способа являются рост энергозатрат на создание большой скорости потока и необходимость установки дополнительных трубопроводов.

Параметры ультрафильтрации

Основными параметрами ультрафильтрации являются:

Селективность - соотношение концентраций примесей в загрязненной воде (Свх.) и в фильтрате (Свых.): R = (1 - Свых./ Свх.) ∙ 100 %. Для процесса ультрафильтрации она велика, что позволяет задерживать мельчайшие частицы, в том числе бактерии и вирусы.

Расход фильтрата - количество очищенной воды в единицу времени.
Удельный расход фильтрата - количество продукта, проходящего через 1 м2 площади мембраны. Зависит от характеристик фильтрующего элемента и чистоты исходной воды.
Перепад давления на мембране - разность между давлением со стороны питания и со стороны фильтрата.
Проницаемость - отношение между удельным расходом фильтрата и перепадом давления на мембране.
Гидравлический КПД - отношение между расходами фильтрата и подаваемой исходной воды.

Ультрафильтрация для дезинфекции воды

Традиционные методы удаления микроорганизмов включают технологии с применением реагентов. Ультрафильтрация воды заключается в физическом отделении от нее микроорганизмов и коллоидов за счет малого размера пор мембраны. Достоинством способа является удаление трупов микроорганизмов, водорослей, органических веществ и механических частиц. При этом нет необходимости в специальной подготовке воды, которая в других случаях обязательна. Требуется только предварительно пропустить ее через 30-микронный фильтр механической очистки.

При покупке фильтров требуется определить размеры пор мембран. Чтобы полностью удалить вирусы, диаметры отверстий должны быть на уровне 0,005 мкм. При больших размерах пор функция обеззараживания выполняться не будет.

Кроме того, технология ультрафильтрации предусматривает осветление воды. Все взвеси полностью удаляются.

Установка ультрафильтрации воды содержит параллельно подключенные аппараты, что обеспечивает необходимую производительность процесса и возможность их замены в процессе работы. установка ультрафильтрации воды

Очистка воды перед ионообменными фильтрами

Смола эффективна при задержке коллоидных частиц размером 0,1-1,0 мкм, но они быстро закупоривают гранулы. Промывка и регенерация здесь мало помогают. Особенно тяжело удалить частицы SiO2, которых особенно много в скважинах и речной воде. После закупоривания смола начинает обрастать микроорганизмами в местах, не промываемых моющими растворами.

Иониты также активно забиваются эмульгированными маслами, которые невозможно удалить. Закупоривание происходит настолько сильно, что проще заменить фильтр, чем отделить от него масло.

Фильтрующие гранулы смол активно забиваются высокомолекулярными соединениями. Их хорошо удаляет активированный уголь, но он имеет малый срок службы.

Ионообменные смолы эффективны вместе с ультрафильтрацией, удаляющей более 95 % коллоидов.

Очистка воды - ультрафильтрация перед обратным осмосом

Эксплуатационные расходы снижаются при ступенчатой установке фильтров с последовательным уменьшением размеров задерживаемых частиц. Если перед ультрафильтрационным модулем устанавливается более грубая очистка, то он повышает эффективность систем обратного осмоса. Последние чувствительны к анионным и неионогенным флокулянтам, если на предварительной ступени производится коагуляция загрязнений.

Крупномолекулярная органика быстро забивает поры обратноосмотических мембран. Они быстро обрастают микроорганизмами. Предварительная ультрафильтрация воды решает все проблемы и экономически целесообразна при использовании с обратным осмосом.

Обработка стоков

Очистка сточных вод ультрафильтрацией дает возможность повторно их использовать в промышленности. Для применения в технике они подходят, а техногенная нагрузка на открытые водоемы питьевого назначения снижается. очистка сточных вод ультрафильтрацией

Мембранные технологии применяются для очистки стоков гальванического и текстильного производства, в пищевой промышленности, системах обезжелезивания, при удалении из растворов карбамида, электролитов, соединений тяжелых металлов, нефтепродуктов и др. При этом повышается эффективность очистки и упрощается технология.

При низкой молекулярной массе примесей ультрафильтрацией можно получать концентраты чистых продуктов.

Особенно важна проблема отделения от воды эмульгированных масел. Преимуществом мембранной технологии является простота способа, низкие энергозатраты и отсутствие потребности в химикатах.

Обработка вод поверхностных источников

Осаждение и фильтрование ранее были эффективными способами очистки воды. Примеси природного происхождения здесь удаляются эффективно, но сейчас появились техногенные загрязняющие вещества, для удаления которых требуются другие способы очистки. Особенно много проблем создает первичное хлорирование воды, образующее хлорорганические соединения. Применение дополнительных стадий очистки активированным углем и озонированием повышает себестоимость воды.

Ультрафильтрация позволяет получать питьевую воду прямо из поверхностных источников: из нее удаляются водоросли, микроорганизмы, взвешенные частицы и др. соединения. Способ эффективен с предварительной коагуляцией. При этом не требуется длительное отстаивание, поскольку не обязательным является формирование крупных хлопьев.

Установка ультрафильтрации воды (фото ниже) позволяет достигать устойчиво хорошего качества очищенной воды без применения сложного оборудования и реагентов.

Применение методов коагуляции становятся неэффективным, поскольку многие органические соединения в воде не определяются традиционным методом окисления перманганатом калия. Кроме того, содержание органики колеблется в широких пределах, из-за чего сложно подобрать необходимую концентрацию реагентов. установка ультрафильтрации воды фото

Заключение

Ультрафильтрация воды через мембраны позволяет добиться ее необходимой чистоты при минимальном расходе реагентов. Сточные воды после обработки можно использовать для промышленных целей.

Ультрафильтрация не всегда эффективна. Способ не позволяет удалять некоторые вещества, например, хлорорганические соединения и некоторые гуминовые кислоты. В таких случаях применяется многоступенчатая очистка.

fb.ru

Ультрафильтрация для обеззараживания воды — Всё самое интересное!

Продолжаем раздел "Вода" и подраздел "Дезинфекция" статьёй Ультрафильтрация для обеззараживания воды. Где расскажем вам про относительно новый интересный способ, который набирает всё большую популярность в сфере борьбы с микроорганизмами. Эффективный и комплексный метод обеззараживания воды.

Ультрафильтрация для обеззараживания воды — это относительно новый способ, поскольку он известен уже давно. Просто другие способы — реагентное обеззараживание воды и некоторые физические методы обеззараживания воды являются более старыми. Но и менее совершенными — с некоторых точек зрения. Начнём с определения.

Ультрафильтрация — это способ очистки воды, одновременная безреагентная дезинфекция и осветление воды. При ультрафильтрации из воды удаляются нерастворимые примеси.

Принцип ультрафильтрации в общем

Принцип технологии ультрафильтрации состоит в том, что через полупроницаемый барьер под определённым давлением продавливается вода. Отверстия в барьере меньше по размерам, чем вирусы и прочие нерастворимые примеси. Соответственно, всё, что больше вирусов, отсеивается.

Ультрафильтрация для обеззараживания воды

Поскольку больше вирусов и бактерии, и паразиты, и прочие микроорганизмы, то можно говорить про то, что при ультрафильтрации происходит дезинфекция воды. Обеззараживание воды с помощью ультрафильтрации отличается рядом особенностей, например, по сравнению с ультрафиолетовым излучением, озонированием или хлорированием воды. Так, если сравнивать озонирование, хлорирование и ультрафильтрацию, то первое, что бросается в глаза — это безреагентность обеззараживания с помощью ультрафильтрации.

То есть, при помощи ультрафильтрации происходит почти стопроцентное удаление паразитов, бактерий, спор бактерий, вирусов без применения реагентов. Одновременно с этими загрязнениями удаляются и трупы бактерий, паразитов, колонии водорослей, органические вещества, механические примеси — что составляет разницу между ультрафильтрацией и ультрафиолетовым излучением. Так, ультрафиолетовое излучение действительно убивает многих бактерий. Но трупы этих микроорганизмов остаются в воде.

Кроме того, не следует забывать, что для обработки воды ультрафиолетовым излучением необходима специальная подготовка воды — которая может не проводиться при обеззараживании при помощи ультрафильтрации.

Ультрафильтрация для обеззараживания воды

Степень фильтрации на установках ультрафильтрации бывает разной. Это диапазон от 0,01 микрона (десятитысячная миллиметра) до 0,001 микрона. Этот показатель необходимо выяснять при покупке. Так, если производитель говорит, что ультрафильтрация, которую он предлагает, удаляет все вирусы из воды, а размер пор составляет 0,01 микрон, то это неправда. Существуют вирусы и меньшего размера. Для полного удаления вирусов необходимы диаметры примерно 0,005 микрон.

Бактерии, вирусы, споры бактерий, паразиты, яйца паразитов — всё отсеивается на мембране ультрафильтрации, как на сите., потому что перечисленные микробиологические агенты по размерам крупнее, чем ячейки мембраны ультрафильтрации. И не проходят через неё просто геометрически, физически. Принцип похож на обычное просеивание муки через сито, где на сите остаются крупные включения (крупнее ячеек сита) — и в случае с ультрафильтрацией это в частности бактерии, вирусы.

То есть, ультрафильтрация — исключительно физический способ очистки воды, без постоянного применения химических реагентов.

Далее, если производитель говорит, что у него микрофильтрационная мембрана (например, трековая), и она удаляет вирусы и споры бактерий, то это неправда. Так как отверстия в микрофильтрационной мембране БОЛЬШЕ, чем споры бактерий и вирусы. Споры бактерий удаляются на ультрафильтрационной мембране. И полностью.

Таким образом, технология ультрафильтрации эффективнее обеззараживает воду, чем ультрафиолетовое излучение. Кроме того, для обработки воды с помощью ультрафильтрации нет необходимости серьёзно предподготавливать воду. Достаточно 30 микронного предварительного фильтра механической очистки воды.

Большой плюс технологии ультрафильтрации — это комплексная технология. И если химическое обеззараживание и ультрафиолет отвечают за обеззараживание и в какой-то мере слипание частиц, то технология ультрафильтрации кроме обеззараживания выполняет функцию осветления воды. То есть, до очистки вода была мутной и с бактериями, а после неё — прозрачная и продезинфецированная.

Существует две большие группы аппаратов ультрафильтрации.

Первая группа — питьевые системы, которые устанавливаются под кухонную мойку. Скорость очистки воды с помощью бытовой системы ультрафильтрации чаще всего составляет 2-3 литров в минуту, но бывает и больше. То есть, вода подготавливается в количестве, нужном для питья и приготовления пищи. Чаще всего питьевые системки на основе ультрафильтрции устроены по типу многоступенчатых систем обратного осмоса. Те же колбы, только вместо мембраны осмоса стоит мембрана ультрафильтрации. И нет накопительного бачка.

Бытовая система ультрафильтрации

То есть, аппарат состоит не из голой ультрафильтрационной мембраны, а ещё и из нескольких ступеней предварительной очистки воды (чаще всего механическая очистка, активированный уголь). То есть, бытовая система ультрафильтрации удаляет не только бактерии-вирусы, но и механические примеси, хлор, хлор-органические соединения.

Мембраны ультрафильтрации для питьевых систем могут быть керамическими и органическими. Чаще всего они организованы по типу полых волокон, внутри которых протекает грязная вода, а фильтрация проихсодит изнутри наружу. Керамические мембраны более долговечны. Однако, и у тех, и у других существует свой ресурс, после которого их нужно заменить. На показатель ресурса так же необходимо обращать внимание при выборе аппарата.

Вторая группа — системы ультрафильтрации с большой производительностью — от 500 литров в час. Эти системы предназначены для очистки воды на целый дом, коттедж, квартиру, ресторан, производство. Промышленные ультрафильтрационные установки могут организовываться как по типу полых волокон, так и в виде спиральной навивки.

Ультрафильтрация для дома, квартиры может использоваться не только дом или квартиру. В чистой продезинфицированной воде необходима для многих отраслей — для производства, для медицинских учреждений, для бассейнов и так далее. В любом из этих случаев используются практически одинаковые мембранные модули.

Промышленная система ультрафильтрации

Важно, что основной рабочий элемент ультрафильтрационного аппарата — мембрана ультрафильтрации — нуждается в периодическом обеззараживании. Если она не керамическая. Бактерии любят материал, из которого сделана мембрана, и начинают его есть. Ну, и сначала мембрана превращается в микрофильтрационную, а затем в обычный механический фильтр.

Чтобы этого не происходило, необходимо регулярное обеззараживание мембраны. Частоту обеззараживания мембраны расчитывают специалисты на основе бактериального анализа воды. Керамическая мембрана может служить практически вечно, так как её не могут повредить бактерии, и она легко может отмываться агрессивными моющими средствами. Так что, если есть возможность, лучше использовать керамические мембраны ультрафильтрации.

Ультрафильтрация для обеззараживания воды

Если нет, то нужно сравнивать между собой доступные органические мембраны. И выбирать наиболее производительную и наиболее долговечную мембрану. Даже если она дороже, выгоднее приобретать ту, которая служит дольше. Так экономические расходы получаются намного меньше.

Итак, ультрафильтрация — это экономичный и надёжный способ обеззараживания воды.

Ультрафильтрация для обеззараживания воды

По материалам Выбор фильтров для воды: http://voda.blox.ua/2008/06/Kak-vybrat-filtr-dlya-vody-20.html

interesko.info

Ультрафильтрация воды

Ультрафильтрация для обеззараживания воды— это относительно новый способ, который набирает всё большую популярность в сфере борьбы с микроорганизмами. Эффективный и комплексный метод обеззараживания воды, но на самом деле известен уже давно. Просто другой способ — реагентное обеззараживание воды являются более старым, но и менее совершенными — с некоторых точек зрения.

Ультрафильтрация — это способ очистки воды, одновременно безреагентная дезинфекция и осветление воды. При ультрафильтрации из воды удаляются нерастворимые примеси.

Принцип ультрафильтрации состоит в том, что через полупроницаемую керамическую мембрану под определённым давлением продавливается вода. Поры мембраны меньше по размерам, чем вирусы и прочие нерастворимые примеси. Соответственно, всё, что больше вирусов отсекается мембраной.

Поскольку в воде очень много вирусов, бактерий, паразитов и прочих микроорганизмов, то можно говорить, что при ультрафильтрации происходит дезинфекция воды. Обеззараживание воды с помощью ультрафильтрации отличается рядом особенностей, например, по сравнению с ультрафиолетовым излучением, озонированием или хлорированием воды. Так, если сравнивать озонирование, хлорирование и ультрафильтрацию, то первое, что бросается в глаза — это безреагентность обеззараживания с помощью ультрафильтрации.

ультрафильтрация

Соотношение между отсекаемым молекулярным весом (MWCO, Да) и размерами пор ультрафильтрационной мембраны:

MWCO, Да	мкм (микрон)	нм (нанометр)	А (ангстрем)
1 000 000	0,1	100	1 000
500 000	0,02	20	200
100 000	0,01	10	100
50 000	0,004	4,0	40
10 000	0,0025	2,5	25
5 000	0,0015	1,5	15

Все зависит от размера пор мембраны. Бактерии, вирусы, споры бактерий, паразиты, яйца паразитов — всё отсеивается на керамической мембране ультрафильтрации, как на сите, потому что перечисленные микробиологические агенты по размерам крупнее, чем ячейки мембраны ультрафильтрации.

Ультрафильтрация — исключительно физический способ очистки воды, без постоянного применения химических реагентов, она эффективнее обеззараживает воду, чем ультрафиолетовое излучение. Кроме того, для обработки воды с помощью ультрафильтрации нет необходимости серьёзно предподготавливать воду. Достаточно 30 микронного предварительного фильтра механической очистки воды.

Свойства ультрафильтрационных мембран зависят от исходных параметров прядильного раствора, из которого формируются полые волокна.

фото ультрафильтрационных мембран

Основной полимер для получения ультрафильтрационных мембран - это полисульфон.

Полисульфон - материал для получения мембран

Существует две группы аппаратов ультрафильтрации, бытовые и промышленные.

Первая группа — питьевые системы, которые устанавливаются под кухонную мойку. Скорость очистки воды с помощью бытовой системы ультрафильтрации чаще всего составляет 15 - 20 литров в минуту, но бывает и больше. То есть, вода подготавливается в количестве, нужном для питья и приготовления пищи.

То есть, этот аппарат самопромывной и состоит из набора керамических мембран и блока кокосового угольного картриджа на фильтрате, то есть еще удаляет не только бактерии, вирусы, но и хлор, и ядовитые хлор-органические соединения.

Мембраны ультрафильтрации для питьевых систем могут быть керамическими и органическими. Керамические мембраны более долговечны. Однако, и у тех, и у других существует свой ресурс, после которого их нужно заменить. На показатель ресурса так же необходимо обращать внимание при выборе аппарата.

Керамические служат более 10 лет, а органические не более 1 года, так как хлор их просто съедает.

Вторая группа. Если говорить о промышленных ультрафильтрационных установках с большой производительностью — от 500 литров в час, то они предназначены для очистки воды на целый дом, коттедж, квартиру, ресторан, в бассейны, медицинские учреждения, производство, крупные распределители.

Промышленные установки могут собираться в кассеты, а кассеты в каскады производительностью до 150 м2/час и более. В любом из этих случаев используются одинаковые керамические мембранные модули.

Если мембрана не керамическая, а полимерная, или какая ни будь другая, то она нуждается в периодическом обеззараживании. Бактерии любят съедать материал, из которого сделана не керамическая мембрана. Поэтому сначала мембрана превращается в микрофильтрационную, а затем в обычный механический фильтр.

Чтобы этого не происходило, необходимо регулярное обеззараживание мембраны. Частоту обеззараживания мембраны рассчитывают специалисты на основе бактериального анализа воды. А керамическая мембрана может служить практически вечно, так как её не могут повредить бактерии, и она легко может отмываться простыми безвредными моющими средствами (горчичным порошком, содой, соляным или уксусным раствором. Так что, если есть возможность, лучше использовать керамические мембраны, конечно она будет стоить дороже, но служить она будет вам более 10 лет. Экономически вы выиграйте в любом случае.

Итак, почему ультрафильтрация?

большой выбор установок по производительности;
широкий диапазон давления в трубопроводе;
низкое потребление электроэнергии;
компактность оборудования;
отличные возможности для автоматизации процессов очистки воды и интеграции с другими узлами водоподготовки;
эффективная обратная промывка и очистка ультрафильтрационных мембран;
высокие показатели по очистке воды от тяжелых металлов, органических соединений, коллоидных частиц, большинства вирусов и бактерий;
ультрафильтрация сохраняет необходимые соли воде и позволяет получать физиологически полезную воду.

Выбирайте и покупайте керамические ультрафильтрационные мембраны у нас на сайте!

Если статья была полезной для Вас - поделитесь с друзьями и коллегами. Нам будет приятно, а другим читателям полезно и интересно. Спасибо.

spintec.ru

Что такое ультрафильтрация воды?

Бизнес 23 апреля 2017

микрофильтрация через мембраны с размерами пор от 0,05 до 10 мкм;
ультрафильтрация - поры от 0,001 мкм до 0,05 мкм;
обратный осмос и нанофильтрация - поры 1 нм и ниже.

Типы мембран

Способы фильтрации

Видео по теме

Режимы фильтрования

Параметры ультрафильтрации

Основными параметрами ультрафильтрации являются:

Селективность - соотношение концентраций примесей в загрязненной воде (Свх.) и в фильтрате (Свых.): R = (1 - Свых./ Свх.) ∙ 100 %. Для процесса ультрафильтрации она велика, что позволяет задерживать мельчайшие частицы, в том числе бактерии и вирусы.
Расход фильтрата - количество очищенной воды в единицу времени.
Удельный расход фильтрата - количество продукта, проходящего через 1 м2 площади мембраны. Зависит от характеристик фильтрующего элемента и чистоты исходной воды.
Перепад давления на мембране - разность между давлением со стороны питания и со стороны фильтрата.
Проницаемость - отношение между удельным расходом фильтрата и перепадом давления на мембране.
Гидравлический КПД - отношение между расходами фильтрата и подаваемой исходной воды.

Ультрафильтрация для дезинфекции воды

Кроме того, технология ультрафильтрации предусматривает осветление воды. Все взвеси полностью удаляются.

Очистка воды перед ионообменными фильтрами

Ионообменные смолы эффективны вместе с ультрафильтрацией, удаляющей более 95 % коллоидов.

Очистка воды - ультрафильтрация перед обратным осмосом

Обработка стоков

При низкой молекулярной массе примесей ультрафильтрацией можно получать концентраты чистых продуктов.

Обработка вод поверхностных источников

Заключение

Источник: fb.ru

Комментарии

Идёт загрузка...

Ультрафильтрация природных вод как метод получения питьевой воды

Материалы международной конференции «Техновод», 2006г.

«ЗАО НПК Медиана-Фильтр» к.х.н Смирнов В.Б

ООО «Денеб» Система подготовки питьевой воды на основе ультрафильтрации производительностью 20-25 м3/ч

Несмотря на то, что все большее внимание, уделяется охране окружающей среды, общемировой тенденцией является ухудшение качества воды в водозаборах. Не исключением являются и водозаборы РФ. В действующем СанПин 2.1.4.1074-01 нормируется содержание тридцати неорганических соединений и элементов и около 680 индивидуальных органических соединений, изомеров и смесей, которые классифицируются как «вредные вещества в питьевой воде». Несмотря на столь внушительный список контролируемых показателей, уже сейчас можно с уверенностью утверждать, что употребление воды в пищу (равно как и использование в производстве пищевых субстанций) прошедшей подготовку только на городских очистных сооружениях, не только не улучшает здоровье, но и в ряде случаев для него опасно (вспомним хотя бы вспышку вирусного гепатита в Нижнем - Новгороде). Такое положение вещей связано с тем, что оборудование большинства станций водоподготовки устарело и требует реконструкции. Кроме того, зачастую, старые технологии водоподготовки (это в основном коагуляция, хлорирование воды) в «одиночку» справиться с новыми техногенными загрязнителями не в состоянии.

В будущем, в связи с нарастанием опасности техногенных катастроф, не приходится надеяться на улучшение качества воды в водозаборах. Тоже время можно быть уверенным во внедрении высокочувствительных (вероятно маркерных) методов мониторинга гигиенического качества воды и ужесточении нормативов по содержанию в воде (всех видов) токсичных соединений. В связи с этим при проектировании новых станций водоподготовки, которые в идеале должны быть устойчивы к аварийным загрязнением водозаборов, необходимо использовать технологии, обеспечивающие исключительную стабильность качества питьевой воды. На современном этапе таким требованиям отвечают только мембранные технологии водоподготовки (ультрафильтрация воды, нанофильтрация воды, обратный осмос) в комплексе с химическими технологиями (озонирование, и другие методы разрушения органических соединений в воде). Из всех мембранных методов водоподготовки для подготовки воды питьевого качества наиболее подходящим является ультрафильтрация воды.

Введение

Под ультрафильтрацией воды (УФ) понимается процесс удаления взвешенных и агломератов коллоидных частиц, в диапазоне размеров от 0.03 до 0.1 мкм, на мембранах низкого давления. В мире установки ультрафильтрации воды широко используются для обработки поверхностных или грунтовых вод, в том числе и для производства питьевой воды. Применение ультрафильтрации позволяет полностью решить проблему удаления из воды взвесей агломератов коллоидов, микроорганизмов. Фильтрат, полученный на установках ультрафильтрации имеет следующие типичные характеристики: значения SDI менее 2; взвешенные вещества менее 0,5 мг/л; содержание органических соединений в воде в сочетании с коагуляцией снижается в 2-3 раза; цветность не более 10-15 ; качество фильтрата стабильно и не зависит от флуктуаций качества питающей воды.

Ультрафильтрационная мембрана Hydracap изготавливается из полых волокон гидрофильного полиэстерсульфона ( PES ). Мембрана устойчива к воздействию хлора и имеет ресурс 200 000 ppm *часов по активному хлору. В цикле химической мойки мембрана может работать в широком диапазоне рН (2-13), при этом оставаясь устойчивой к биологическому загрязнению. Мембрана изготовлена из полых волокон с внутренним диаметром 0,8 или 1,2 мм . Стандартный модуль Hydracap 60 включает в себя 13200 полых волокон. Мембраны с волокнами диаметром 0,8 мм используются при значении мутности до 200 мг/л. Для более мутной воды рекомендуется использовать мембраны с волокнами диаметром 1,2 мм .

Параметр селективности стандартной мембраны ультрафильтрации составляет 100-150 кДа, что соответствует размеру поры примерно 0,025 мкм. Таким образом, мембрана обеспечивает эффективный барьер для большинства вирусов (на 4 порядка), бактерий (на 6 порядков) и Cryptosporidium oocysts .

На рис.1 представлена диаграмма ультрафильтрационной системы водоподготовки, которая состоит из питающего насоса, грязевика, ультрафильтрационного модуля, бака обратной промывки, насоса обратной промывки и системы химической очистки и дезинфекции.

ультрафильтрационная установка водоподготовки

Рис. 1. Схема полупромышленной ультрафильтрационной установки водоподготовки.

Питающая вода под давлением подается в систему ультрафильтрационной водоподготовки при помощи питающего насоса. Оценочный максимум дифференциального давления через всю систему около 2,5 бар, учитывающий потери на трение, а также падение давления на мембране, которое может увеличиваться из-за ее постепенного загрязнения и достигать значения 1,0 бар.

Периодически проводится обратная промывка модуля ультрафильтрации воды, для которой используется фильтрат, собранный в бак обратной промывки. Во время обратной промывки из системы удаляются загрязнения, и восстанавливается начальное падение давления на мембране.

Ультрафильтрационная система водоподготовки работает в автоматическом режиме и управляется микропроцессорным контроллером (PLC), который координирует работу всех компонентов системы, управляя работой насосов, вентилей и дозирующего оборудования.

В воду, которая питает ультрафильтрационную систему водоподготовки, может осуществляться дозирование коагулянта. Данный прием особенно эффективен, если имеют место периодические ухудшения качества питающей воды. Действие коагулянта приводит к формированию «хлопьев», на которых адсорбируются органические соединения. «Хлопья» задерживаются на поверхности ультрафильтрационнй мембраны и легко удаляются при обычной обратной промывке. Без использования коагулянта уменьшение параметра полной органики (ТОС) системой ультрафильтрации находится на уровне 25%, при использовании коагулянта данное значение возрастает до 60% (поверхностные воды).

Нашей компанией были проведены полупромышленные испытания собственных установок водоподготовки на основе ультрафильтрации воды, одна из них работала на мембранах Hydracap . В настоящей статье сообщается о некоторых результатах работы этой установки.

Результаты испытаний установки ультрафильтрации воды

В ходе полупромышленных испытаний отрабатывалась схема работы установки ультрафильтрации на воде реки Москва. Были уточнены основные показатели работы установки водоподготовки, такие как – удельный съём фильтрата с поверхности мембранного элемента, доза коагулянта, уровень pH исходной воды и воды полученной в результате ультрафильтрации.

Дозы коагулянтов .

Для обеспечения более полного удаления органических веществ из исходной воды проводилось дозирование полиоксихлорида алюминия (Аурат-18) и/или хлорида железа III . Использование этих коагулянтов позволяет добиться снижения уровня органических веществ в воде не менее чем на 60%.

Оптимальная доза составляет 4 мг/л по Al для полиоксихлорида алюминия и 6 мг/л по Fe для хлорида железа III . По результатам химических анализов фильтрата с установки ультрафильтрации, концентрация остаточного алюминия составила менее 0.05 мг/л, железа менее 0.1 мг/л.

Динамика изменения качества воды после коагуляции в осветлителе и ультрафильтрации иллюстрирована на рис 2-3.

Рисунок 2

изменение мутности воды после ультрафильтрации

Как наглядно видно из представленных графиков, технология ультрафильтрации водыс предварительной коагуляцией имеет значительное преимущество перед классической технологией осветления. Качество воды, полученной после ультрафильтрации по взвешенным веществам, практически не зависит от качества исходной воды и стабилизируется на уровне 0.1- 0.2мг/л. Содержание железа в выходной воде не превышало 100 мкг/л и определялось, в основном, количеством дозируемого в поток исходной воды хлорного железа. Эффективность удаления окисляющейся органики (перманганатная окисляемость) составила около 60% она сильно зависит от условий коагуляции (температура, рН, время коагуляции) и типа коагулянта.

Рисунок 3

Содержание органических веществ в воде после ультрафильтрации

КПД системы водоподготовки по воде – не менее 92%. Расход электроэнергии системы водоподготовки на выработку 1м3 воды составляет около 0,19 кВт*ч.

Что такое ультрафильтрация воды?

микрофильтрация через мембраны с размерами пор от 0,05 до 10 мкм;
ультрафильтрация — поры от 0,001 мкм до 0,05 мкм;
обратный осмос и нанофильтрация — поры 1 нм и ниже.

Типы мембран

Способы фильтрации

Модули располагаются вертикально. Вода в них поступает с одного конца, а отводится — с другого. Количество модулей в одном фильтре обычно не превышает двух единиц. За счет этого требуется меньше прокладок, что уменьшает вероятность протечек. Вертикальные модули удобно обслуживать и тестировать. Их легко устанавливать и извлекать.

Режимы фильтрования

Параметры ультрафильтрации

Основными параметрами ультрафильтрации являются:

Селективность — соотношение концентраций примесей в загрязненной воде (Свх.) и в фильтрате (Свых.): R = (1 — Свых./ Свх.) ∙ 100 %. Для процесса ультрафильтрации она велика, что позволяет задерживать мельчайшие частицы, в том числе бактерии и вирусы.

Расход фильтрата — количество очищенной воды в единицу времени.

Удельный расход фильтрата — количество продукта, проходящего через 1 м2 площади мембраны. Зависит от характеристик фильтрующего элемента и чистоты исходной воды.

Перепад давления на мембране — разность между давлением со стороны питания и со стороны фильтрата.

Проницаемость — отношение между удельным расходом фильтрата и перепадом давления на мембране.

Гидравлический КПД — отношение между расходами фильтрата и подаваемой исходной воды.

Ультрафильтрация для дезинфекции воды

Кроме того, технология ультрафильтрации предусматривает осветление воды. Все взвеси полностью удаляются.

Очистка воды перед ионообменными фильтрами

Очистка воды — ультрафильтрация перед обратным осмосом

Обработка стоков

При низкой молекулярной массе примесей ультрафильтрацией можно получать концентраты чистых продуктов.

Обработка вод поверхностных источников

Заключение

w-europe.org

Ультрафильтрация или традиционная технология очистки воды – сравнительный анализ.

Скачать статью

Сегодня в статье будет проведен сравнительный анализ двух технологий для подготовки питьевой воды – традиционной с использованием осветлителей и фильтров механической очистки воды и ультрафильтрации. Прежде чем перейти непосредственно к сравнению этих технологий кратко напомним о каждой из них.

Традиционная схема очистки для подготовки питьевой воды.

Исходная вода содержит в себе различные примеси, которые необходимо удалять перед ее использованием в питьевом водоснабжении. В качестве первой ступени очистки воды в таком случае традиционно используют отстойники разных видов. При этом для удаления коллоидных примесей в отстойники добавляют специальный реагент – коагулянт, который вызывает сцепление коллоидных частиц во флоккулы с последующим выделением их из воды. Вода, прошедшая коагуляцию, может содержать в себе частицы не успевших сформироваться хлопьев. Поэтому ей необходима дальнейшая фильтрация. Традиционно такую воду прогоняют через механические фильтры с разной степенью (одно или двухслойные) и типом загрузки.

Ультрафильтрация

Это технология мембранной очистки воды, когда жидкость проходит через имеющие множество пор мембраны, собранные в определенном модуле. Размеры мембран сопоставимы с размером удаляемых примесей, поэтому большинство примесей осаждается на мембранах. Ультрафильтрация очищает воду не только от коллоидных и взвешенных веществ, а также от бактерий и вирусов (log показывает степень удаления бактерий и вирусов).При использовании ультрафильтрационной очистки, так же как и для традиционной обработки, в поток обрабатываемой воды дозируется коагулянт, доза которого в 3-5 раз меньше дозы коагулянта, используемого при коагуляции в осветлителе или напорной коагуляции. Когда производительность мембранного модуля падает, проводится обратная промывка, после которой восстанавливаются исходные характеристики работы мембраны. При сильных загрязнениях проводится химическая промывка с добавлением реагентов.

Сравнение 2-х технологий

Факт 1 Выбор способа очистки определяется технико-экономическими показателями

В расчет берутся капитальные затраты, затраты, определяющие эффективность работы установок (качество очищенной воды), и затраты на обслуживание установок. В таблице 1 представлена информация об эффективности очистки воды – данные взяты из доклада Ю. А. Рахманина [1].

Таблица 1

Эффективность очистки (традиционная технология/ ультрафильтрация)

Высокая/ Высокая

Умеренная/ Высокая

Отсутствие/ Умеренная

Отсутствие/ Отсутствие

Ухудшение/ Отсутствие

ОМЧ

Коли-индекс

Сальмонеллы

Яйца гельминтов

Цисты лямблий

Ооцисты криптоспоридий

Цветность

Мутность

Окисляемость

Железо

Марганец

Нефтепродукты

СПАВ

Вирусы

Колифаги

Клостридии (сульфитредуцирующие)

Тяжелые металлы

Радионуклиды

Алюминий

Солевой состав

Азотсодержащие соединения

Показатели коррозионной активности

Тригалометаны и другие галогенсодержащие углеводороды

Формальдегид

Мутагенная активность

Из таблицы видно, что эффективность очистки воды с помощью ультрафильтрации значительно выше традиционной технологии. Это достигается более тонкой фильтрацией на установках ультрафильтрации – 0,01-0,03 мкм, тогда как стандартная тонкость фильтрации на песчаных фильтрах составляет 100 мкм, а теоретически получаемая – 10 мкм.

Факт 2 Значительно меньшее использование коагулянта в ультрафильтрации по сравнению с традиционной технологией

Обратимся к таблице 2 [2], в которой представлена информация по некоторым физическим и химическим параметрам речной воды и показателям, достигнутым после очистки 2-мя способами.

Таблица 2

Параметр	Исходная вода	Традиционная технология	Ультрафильтрация
Мутность, мг/л	2,7-4,2	0-031	0
Окисляемость, мгО2/л	12,8-16,4	3,6-4,0	3,7-4,0
Цветность, град	140-180	10	8
Доза коагулянта по Al2O3, мг/л	-	21-36	6-12

Из таблицы видно, что при достижении почти одинаковых значений представленных показателей доза используемого при ультрафильтрации коагулянта ниже в 2-3 раза.

Факт 3 Высокая заводская готовность установок ультрафильтрации

Установки ультрафильтрации поставляются в полной заводской готовности, что существенно снижает объем строительных работ (и затрат, соответственно). На рис.1 – проект примерно одинаковой производительности около 24 000 м³/сут на механических фильтрах и ультрафильтрации. Площадь, занимаемая установкой ультрафильтрации, в 4 раза меньше по сравнению с площадью, занимаемой механическими фильтрами и горизонтальным отстойником.

Проект примерно одинаковой производительности около 24 000 м³/сут на механических фильтрах и ультрафильтрации

Примерные габариты традиционной установки: механические фильтры 18x42 м + осветлители 18x54 м. Общая площадь 1730 м². Примерные габариты ультрафильтрации 9x42 м. Общая площадь 380 м².

Факт 4 При новом строительстве капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию

По стоимости оборудования многочисленные расчеты для промышленных установок показали, что при новом строительстве и использовании комплектующих и степени автоматизации одного класса, капитальные затраты на традиционную двухступенчатую установку чуть превышают затраты на ультрафильтрацию.В таблице 3 сведены все затраты на установку осветления по традиционной технологии и ультрафильтрации в натуральных показателях. Из таблицы видно, что ультрафильтрация экономически более целесообразна для эксплуатации. Данное положение подтверждалось неоднократными технико-экономическими расчетами практически для всех промышленных объектов.

Таблица 3

Наименование	Традиционная технология	Ультрафильтрация
Капитальные затраты, условные ед.	1	≤1
Эксплуатационные затраты
Коагулянт, г/куб.м	30-90	10-30
Флокулянт, г/куб.м	1-5	0
Кислота, г/куб.м	0	0,5
Щелочь, г/куб.м	0	0,5
Эл.эн., кВт/куб.м	0,08	0,10
Вода, %	5-10	5-10

Подытожим, установки ультрафильтрации выгоднее традиционного оборудования (отстойников и механических фильтров), потому что1. эффективнее очищают воду2. занимают гораздо меньшую площадь3. требуют меньших затрат на капитальное строительство и меньших затрат на реагентыК минусам использования установок ультрафильтрации можно отнести необходимость грамотного инжиниринга и эксплуатации и потребность в дополнительных реагентах для химических промывок, поэтому выбирать компанию-поставщика ультрафильтрационного оборудования нужно, ориентируясь на подтвержденный положительный опыт реализации проектов с ультрафильтрацией.

Используемая литература:1. Академик РАН, РАЕН Ю.А.Рахманин, Актуализация проблем водообеспечения и пути их решения для повышения качества жизни россиян, III Всероссийский съезд водоканалов, Алушта, республика Крым 22-24.04.2015.2. к.т.н. О. Ф. Парилова, Питьевое водоснабжение. Из прошлого в будущее

prom-water.ru