Ультрафильтрация сточных вод: бытовая и промышленная очистка воды

Ультрафильтрация сточных вод промышленных предприятий

Ультрафильтрация — мембранный процесс, занимающий промежуточное место между микрофильтрацией и нанофильтрацией. Мембраны для ультрафильтрации имеют размер пор от 0,05 мкм (минимальных размер пор микрофильтрационных мембран) до 10 нм (максимальный размер пор нанофильтрационных мембрана).

Основная сфера применения ультрафильтрации выделение макромолекулярных веществ из растворов, при этом минимальный предел выделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч Дальтон. Для отделения растворенных органических соединений с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч Дальтон (Да) применяет мембранный процесс — нанофильтрация. Ультрафильтрационные мембраны являются пористыми, следовательно задержка частиц определяется в основном формой и размером и пор. Транспорт растворителя в данном случае прямо пропорционален приложенному давлению. При микро- и ультрафильтрации протекают одинаковые мембранные явления и производится одинаковый принцип разделения.

Однако ультрафильтрационные мембраны, в отличии от микрофильтрационных, имеют асимметричное строение. При этом гидродинамическое сопротивление определяется малой долей общей толщины мембраны для ультрафильтрации воды, тогда как при микрофильтрации, видимо, в гидродинамическое сопротивление дает вклад полная толщина мембраны. Толщина верхнего слоя ультрафильтрационной мембраны, как правило, равна не более 1 мкм.

Сечение ультрафильтрационной полисульфоновой мембраны под электронным микроскопом (х 10000)

Промышленное применение технологии ультрафильтрации — фракционирование макромолекул: крупные молекулы задерживаются мембраной, в то время как небольшие молекулы вместе с молекулами растворителя свободно проходят через мембрану. Для подбора ультрафильтрационных мембран, производители используют концепцию молекулярной массы «отсечения». Однако, кроме молекулярной массы на селективность ультрафильтрационных мембран значительное влияние оказывает явление концентрационной поляризации. К примеру, мембрана ультрафильтрации с отсечением 40 КДа полностью проницаема для цитохрома с массой молекулы 14,4 КДа. При этом в смеси цитохрома и альбумина (67КДа) будет задерживается как альбумин, так и значительная часть цитохрома. Причина данного явления — концентрационная поляризация. Мембрана непроницаема для  альбумина, который формирует на поверхности мембраны дополнительный слой, работающий как динамическая мембрана, задерживающая цитохрома. Различные растворенные вещества, такие как, линейные макромолекулы (полиэтиленгликоль,  декстран и др.)  или глобулярные белки существенно влияют на характеристики мембранного отсечения в процессе ультрафильтрации. Следовательно при подпоре ультрафильтрационных мембран для различных технологических процессов необходимо учитывать влияние концентрационной поляризации и распределение по молекулярным массам, характерное для большинства полимеров.

Ультрафильтрация широко применяется в промышленности и лабораториях для решения задач, связанных с разделением высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений. Это очистка сточных вод промышленных предприятий, разделение и концентрирование продуктов в пищевом и молочном производстве, извлечение высокомолекулярных соединений (ВМС) в  химической и текстильной промышленности, металлургии, в кожевенной промышленности, а также при производстве бумаги.

Для решения существующих проблем в очистке сточных вод от тяжелых металлов до низких концентраций ПДК создан ряд современных очистных сооружений, позволяющих вести промышленную очистку воды от взвешенных веществ, тяжелых металлов, нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), и других вредных веществ. Работа очистных сооружений основана на новых технология очистки воды: электрофлотации и ультрафильтрации.

Технологическая схема очистки сточных вод с применением ультрафильтрации

Выше представлена технологическая схема очистки сточных вод гальванического производства с последующим сбросом очищенной воды в систему канализации, либо подачей на установку обратного осмоса для обессоливания при создании оборотного водоснабжения предприятия. Данная система промышленной очистки воды рекомендуется для использования при проектировании новых очистных сооружений, либо реконструкции действующих систем очистки сточных вод для повышения их экологической безопасности и экономической эффективности.

Подобная технология очистки воды успешно реализована на нескольких очистных сооружениях гальванических производств в РФ. Технология предусматривает обработку кислотно-щелочных и хромсодержащих сточных вод в самостоятельных технологических цепочках. Технология обеспечивает глубокую очистку сточных воды от тяжелых металлов до уровня 0,005 мг/л, взвешенных веществ и нефтепродуктов до 0,01–0,05 мг/л. Рекомендуется для вновь строящихся очистных сооружений в регионах с жесткими нормами ПДК.

Юго-западная водопроводная станция Москвы. Ультрафильтрация после озонирования воды.

Представленные технологии нашли применение в модульных, блочно-модульных и сборных установках. Разработаны различные модификации модульных установок в зависимости от состава сточных вод и климатических условий.

Модульные установки очистки воды производительностью от 0,1 до 50 м³/ч отвечают современным гигиеническим нормам и предназначены для промышленной очистки воды до требований ПДК рыбохозяйственных водоемов.

Ультрафильтрация — мембранный процесс, находящийся между микрофильтрацией и нанофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют диаметр пор 0,005-0,2 мкм и позволяют задерживать высокодисперсные и коллоидные частицы, макромолекулы с нижним пределом молекулярной массы до нескольких тысяч, микроорганизмы и водоросли. Сравнительная таблица фильтрующих способностей различных мембранных процессов представлена здесь (таблица подготовлена специалистами РХТУ им. Д.И. Менделеева).

Ультрафильтрация это продавливание жидкости через полупроницаемую мембрану, являющейся проницаемой для ионов и малых молекул и, в тоже время непроницаемой для коллоидных частиц и макромолекул. Ультрафильтрация растворов, содержащих молекулы ВМС (высокодисперсных систем), в отличие от ультрафильтрации золей, называют молекулярной фильтрацией. Ультрафильтрацию можно рассматривать как гиперфильтрацию, когда мембрана пропускает только молекулы растворителя или как диализ под давлением. В первом случае мембранный процесс обычно называют обратным осмосом.

Характеристики некоторых ультрафильтрационных мембран

Мембраны для ультрафильтрации как правило изготавливаются в виде цилиндрических патронов или пластин из микропористых неорганических материалов, но чаще всего из синтетических полимеров (полиамиды, полисульфоны, полиэфирсульфоны, ПВДФ и пр. ). Максимальный размер проходящих через мембрану молекул частиц (частиц) находится в пределах от нескольких мкм до сотых долей мкм. Селективность (разделяющая способность) мембран зависит от их физико-химических свойств и структуры, состава фильтруемой среды, давления, температуры и других факторов.

Ультрафильтрация в качестве метода очистки воды, концентрирования сточных вод,  и/или фракционирования ВМС и многокомпонентных систем находит широкое применение в промышленном производстве. Ультрафильтры используют для очистки воды от ионных и не ионных загрязняющих веществ, органических растворителей, дизельного топлива и масел, разделения смесей белков (извлечение фосфолипидов из фосфатидного концентрата), производства витаминов и ферментов. Ультрафильтрацию применяют для микробиологического и дисперсионного анализа, а также анализа загрязнений воздушных масс и водных объектов бытовыми и промышленными отходами.

Скачать опросный лист — Очистка сточных вод

Ультрафильтрация воды: установки, системы, методы

Технология ультрафильтрации применяется в области водоподготовки с целью удаления из воды взвешенных веществ, коллоидов, бактерий, криптоспоридий и лямблий. В процессе фильтрации происходит отделение частиц с размером большим, чем размер пор мембран. Ультрафильтрационные мембраны имеют размер пор 20-40 нм, что обеспечивает получение пермеата (очищенной воды), в котором полностью удалены любые взвешенные частицы

Технология ультрафильтрации находит все большее применение в качестве альтернативы классической технологии очистки воды на скорых фильтрах. 

Ультрафильтрации следует отдать предпочтение благодаря следующим преимуществам:

1. Обеспечивают эффективную очистку воды от взвешенных веществ, мутности, коллоидных соединений, не изменяя при этом солевого состава воды;
2. Обеспечивают обеззараживание воды: ультрафильтрационные мембраны с размером пор 0,01–0,05 мкм на 99,99 % удаляют из исходной воды патогенные микроорганизмы и вирусы, в том числе Giardia и Cryptosporidium и на 100%-го задерживают бактерии и простейшие;
3. Являются компактными, что сокращает затраты на капитальное строительство;
4. Сохраняют качество очищенной воды в широком диапазоне изменений состава исходной воды;

Количество применяемых реагентов значительно ниже по сравнению с классическими системами очистки.

Режимы работы модулей ультрафильтрации

Модули ультрафильтрации могут работать в нескольких режимах:

• «Cross-flow» — перекрёстный режим работы.
• «Feedandbleed» — перекрёстный режим работы с возвратом некоторой части концентрата.
• «Dead-end» — тупиковый режим работы.

Суть первых двух режимов фильтрации заключается в создании высокой скорости потока внутри мембранного модуля с целью минимизации осаждения загрязняющих веществ на мембранной поверхности. При этих режимах поток исходной воды разделяется на пермеат (очищенную воду) и концентрат. Сброс концентрата в режиме фильтрации осуществляется постоянно. С этим связаны недостатки данных режимов: высокие затраты на электроэнергию для создания требуемой скорости потока) и большой объем сбрасываемого концентрата.

Рис.1 Перекрестный режим работы ультрафильтрационных мембранных модулей

Режим «Dead-end» или тупиковый режим очистки устроен следующим образом: вода проходит через ультрафильтрационную мембрану изнутри-наружу, при этом загрязняющие частицы остаются в определенной зоне, откуда удаляются периодическими обратными промывками.

Рис.2 Тупиковый режим работы ультрафильтрационных мембранных модулей

Тупиковый режим фильтрации позволяет сократить количество сбрасываемых промывных вод, а также расходы на электроэнергию.

Промывные воды от обратной промывки могут быть подвергнуты обработке на второй ступени ультрафильтрации, что позволит сократить объем сбрасываемых промывных вод до 0,5% от объема очищаемой воды (рис.3).

Рис.3. Сравнение одноступенчатой и двухступенчатой технологии ультрафильтрации: а) – одноступенчатая фильтрация; б) – двухступенчатая фильтрация с доочисткой промывных вод от первой ступени

Решение о том, какой способ следует применять в той или иной ситуации принимается после результатов анализа исходной воды и учета многих других факторов.

Для удаления загрязнений из сточных вод всё большее распространение получает современная технология мембранного биореактора (МБР). Основа работы мембранного биореактора — это использование способа биологической очистки совместно с методом разделения водных суспензий на полимерных мембранах. Чтобы качественно отделить от очищенной воды включения ила, в биореакторе применяют выносные или погружные ультрафильтрационные модули. ООО Компания «КРИСТАЛЬ» специализируется на изготовлении очистных сооружений с выносными ультрафильтрационными модулями. Подробнее о технологии МБР.

Почему стоит обратиться к нам

У специалистов ООО Компания «КРИСТАЛЬ» имеется огромный опыт в области проектирования, производства и монтажа установок очистки природных и сточных вод с применением современных технологий ультрафильтрации. Наши преимущества, за которые нас ценят потребители – это:

• Использование мембранных модулей, изготовленных лучшими зарубежными производителями.
• Продолжительный срок службы модулей (5-10 лет).
• Высокое качество и надёжность работы наших установок.
• Использование только доступных реагентов Российского производства.
• Полноценная автоматизация всех этапов очистки.

Длительная гарантия на безупречную функциональность ультрафильтрационного устройства (до 5 лет).

Чтобы узнать цену установки, вы можете связаться с нашими специалистами  по телефону: +7 (812) 339-09-72 или по электронной почте [email protected]

Что такое ультрафильтрация и каковы процессы ультрафильтрации в сточных водах?

При очистке сточных вод устройства ультрафильтрации (УФ) используются для рециркуляции и повторного использования воды, практически не содержащей твердых частиц.

Определение ультрафильтрации, области применения и отрасли, в которых используются эти технологические установки, описаны ниже.

Ультрафильтрация (УФ) представляет собой разновидность мембранной фильтрации, при которой такие силы, как градиенты давления или концентрации, приводят к разделению через полупроницаемую мембрану. Взвешенные вещества и растворенные вещества с высокой молекулярной массой задерживаются в так называемом ретентате, а вода и растворенные вещества с низкой молекулярной массой проходят через мембрану в составе пермеата.

Применение ультрафильтрации

Ультрафильтрация может использоваться для удаления твердых частиц и макромолекул из сырой воды для производства питьевой воды. Он использовался либо для замены существующих систем вторичной (коагуляция, флокуляция, осаждение) и третичной фильтрации (фильтрация через песок и хлорирование), используемых на водоочистных сооружениях, либо в качестве автономных систем в изолированных регионах с растущим населением. При очистке воды с высоким содержанием взвешенных веществ УФ часто интегрируют в технологический процесс, используя первичную (просеивание, флотацию и фильтрацию) и некоторые вторичные обработки в качестве стадий предварительной очистки. Процессы ультрафильтрации предпочтительнее традиционных методов очистки по следующим причинам:

1. Химические вещества не требуются (кроме очистки)

2. Постоянное качество продукции независимо от качества корма

3. Компактный размер установки

4. Способность превосходить нормативные стандарты качества воды, достигая 90-100% удаления патогенов .

Когда рециркуляция воды проста, часто требуется очень небольшая обработка. Однако, когда требуется более интенсивная обработка, стандартные отраслевые процедуры включают использование ультрафильтрации, которая предназначена для удаления физических твердых веществ из воды путем пропускания ее через полупроницаемую мембрану. При ультрафильтрации твердые вещества в основном улавливаются фильтром и отбрасываются.

Оборотная вода также может использоваться для ряда промышленных целей, включая пополнение питательной воды котла или градирни, регулирование pH, промывочное оборудование, стойки и транспортные средства, противопожарную защиту, технологическую промывочную воду или технологическую воду для производственных линий в обрабатывающей промышленности, смыв туалетов, борьба с пылью, строительные работы и замес бетона.

Преимущества повторного использования

В дополнение к надежному водоснабжению, контролируемому на местном уровне, повторное использование воды дает огромные преимущества для окружающей среды. Предоставляя дополнительный источник воды, рециркуляция воды предлагает способы уменьшить отток воды из жизненно важных, чувствительных экосистем, тем самым гарантируя, что достаточное количество воды поступает в места обитания растений, диких животных и рыб, позволяя им жить и размножаться. Отсутствие адекватного стока в результате отвода воды для сельскохозяйственных, городских и промышленных целей может привести к ухудшению как качества воды, так и состояния экосистемы. Водопользователи могут удовлетворить свои потребности, используя повторно используемую воду, которая освобождает значительное количество воды для окружающей среды. Другие преимущества для окружающей среды включают сокращение сброса сточных вод и снижение или предотвращение потенциального загрязнения.

Повторно используемая вода может экономить энергию. По мере увеличения спроса на воду добывается, обрабатывается и транспортируется больше воды, иногда на большие расстояния, что может потребовать много энергии. Кроме того, если местным источником воды являются подземные воды, по мере удаления большего количества воды уровень воды падает, что, в свою очередь, увеличивает энергию, необходимую для выкачивания воды на поверхность. Повторное использование воды на месте или поблизости снижает энергию, необходимую для перемещения воды на большие расстояния или для откачки воды из глубины водоносного горизонта.

Адаптация качества воды к конкретному водопользованию также снижает затраты энергии на очистку воды. Качество воды, необходимое для смыва в туалете, менее строгое, чем качество воды, необходимое для питьевой воды, и для его достижения требуется меньше энергии. Использование оборотной воды более низкого качества для целей, не требующих высококачественной воды, экономит энергию и деньги за счет снижения требований к воде или очистке сточных вод.

Ультрафильтрация используется в некоторых отраслях промышленности для повторного использования. Таким образом, обоснование затрат на ультрафильтрацию может включать первоначальные капиталовложения, расходы на загрязнение мембран и замену, а также дополнительную предварительную обработку исходной воды для предотвращения чрезмерного повреждения мембран в установках ультрафильтрации. Однако некоторые преимущества остаются более нематериальными.

Промышленность, использующая ультрафильтрацию

Промышленность, которая потребляет большие объемы воды или сбрасывает высокотоксичные стоки, является кандидатом на использование ультрафильтрации для повторного использования воды.

К ним относятся химикаты, сталь, пластмассы и смолы, бумага и целлюлоза, фармацевтика, производство продуктов питания и напитков, включая безалкогольные напитки и консервы, а также электроэнергетика, водоочистные сооружения и очистные сооружения и другие.

Ультрафильтрация используется для рециркуляции потока или повышения ценности последующих продуктов и многого другого. Во многих случаях ультрафильтрация (УФ) используется для предварительной фильтрации в установках обратного осмоса для защиты процесса обратного осмоса. Ультрафильтрация является эффективным средством снижения индекса плотности ила в воде и удаления твердых частиц, которые могут загрязнять мембраны обратного осмоса.

Ультрафильтрация часто используется для предварительной очистки поверхностных, морских и биологически очищенных городских вод перед установкой обратного осмоса.

Что такое ультрафильтрация (УФ) при очистке воды?

25 января 2021 г. | FLUENCE NEWS TEAM

КОНСТАНТИН ЧАГИН/123RF

Ультрафильтрация удаляет твердые частицы и макромолекулы, играющие важную роль в производстве питьевой воды.

Ультрафильтрация с полупроницаемыми мембранами может играть важную роль в очистке воды благодаря своей компактности и эффективности

Ультрафильтрация (УФ) — это процесс очистки воды, при котором вода пропускается через полупроницаемую мембрану. Взвешенные вещества и растворенные вещества с высокой молекулярной массой остаются на одной стороне мембраны, на стороне ретентата, тогда как вода и растворенные вещества с низкой молекулярной массой фильтруются через мембрану на сторону пермеата. №

УФ удаляет большинство органических молекул и вирусов, а также ряд солей. Он приобрел популярность, потому что обеспечивает стабильное качество воды независимо от источника воды, имеет компактные размеры, удаляет 90-100% возбудителей и не требует химических средств, кроме очистки мембран.

Ультрафильтрация была впервые описана в конце 19 века, но практическое начало ультрафильтрации как процесса разделения произошло в 1963 году, вслед за открытием асимметричной мембраны обратного осмоса из ацетата целлюлозы в 1950-х годах и открытием Массачусетского технологического института. полиэлектролитных комплексных гидрогелей в начале 1960-х гг.

Современная мембранная технология зародилась в конце 1990-х годов, когда в производстве мембран стали использоваться химия полимерных мембран и методы обработки. Эти новые материалы и методы производства сделали ультрафильтрацию эффективным и конкурентоспособным процессом очистки воды.

В 2019 году объем мирового рынка мембран для ультрафильтрации составил 5,3 миллиарда долларов. В то время как пандемия ограничила инвестиции в 2020 году, рынок, по прогнозам, восстановится в 2021 году и существенно вырастет в будущем, поскольку ожидается, что повышение эффективности и ужесточение правил безопасности воды будут стимулировать внедрение.

Характеристики УФ-мембраны

Размер пор ультрафильтрационных мембран варьируется от 0,1 до 0,01 микрона, но «отсечение по молекулярной массе» (MWCO) в настоящее время является одним из лучших способов описания УФ-мембран. MWCO — это молекулярная масса, при которой 90% макромолекулярного растворенного вещества не проходит через мембрану. Диапазон фильтрации UF находится между микрофильтрацией и нанофильтрацией.

Мембраны, используемые в ультрафильтрации, требуют профилактической очистки для предотвращения загрязнения твердыми частицами, отложениями и микробиологическими агентами, такими как микробы и водоросли. Отделившиеся загрязняющие вещества, сконденсировавшиеся в ретентате УФ, подлежат утилизации.

Типичные области применения ультрафильтрации включают:

• Очистка и повторное использование сточных вод и промышленных технологических вод
• Удаление твердых частиц и макромолекул (например, удаление 90–95% мышьяка) для производства питьевой воды
• Автономные системы
• Увеличение или замена ступеней вторичной и третичной фильтрации на существующих водоочистных сооружениях
• Фильтрация стоков целлюлозно-бумажного комбината
• Применение в пищевой промышленности и производстве напитков
• Умягчение воды

Преимущества ультрафильтрации

Технология ультрафильтрации позволяет выполнять больше работы, занимая на 50 % меньше места, чем традиционные процессы, поэтому предварительная обработка ультрафильтрацией была выбрана в качестве стандартного оборудования для всех установок Fluence.