Šta je ultrafiltracija vode?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Efikasan način prečišćavanja vode je probijanje kroz polupropusne membrane. Procesi filtriranja su klasifikovani prema veličini čestica koje se odvajaju:

• mikrofiltracija kroz membrane sa veličinom pora od 0,05 do 10 mikrona;
• ultrafiltracija - pore od 0,001 µm do 0,05 µm;
• reverzna osmoza i nanofiltracija - pore 1 nm i niže.

Ultrafiltracija vode je dizajnirana da ukloni mikroorganizme i makroskopske inkluzije iz nje koji ne prolaze kroz pore membrane.

Tradicionalni mehanizam filtera za zatrpavanje zasnovan je na gravitacionom čišćenju. Ultrafiltracija je slična prosejavanju kroz porozno sito, gde se odvajaju sve čestice većeg prečnika.

Vrste membrana

Filterski elementi su ravni listovi ili vlakna sa kapilarima. Kroz prve se uglavnom vrši ultrafiltracija otpadnih voda, a druge su namijenjene zatretman vode.

Vlakna su uglavnom jednokanalna, sa unutrašnjim prečnikom od oko 0,8 mm. Često su izloženi stresu i mogu se uništiti povratnim ispiranjem. Višekanalna vlakna sadrže više kapilara i značajno su jača.

Membrane su napravljene od polimera kao što je poliestersulfon. Njegovi parametri se mogu mijenjati dodavanjem drugih sintetičkih materijala. Širok raspon pH vrijednosti tekućina koje se obrađuju omogućava efikasno čišćenje filterskih elemenata.

Polimerne membrane se moraju periodično dekontaminirati, jer mikrobi vole da jedu organsku materiju i formiraju kolonije na njoj.

Dugotrajna keramička membrana, koja se dobro pere deterdžentima. Njegova cijena je veća, ali vijek trajanja dostiže 10 godina.

Metode filtriranja

Sistem ultrafiltracije vode sastoji se od modula ispunjenih šupljim poroznim vlaknima. Početna tekućina ulazi u kapilare, nakon čega dolazi do filtracije kroz bočne zidove. Moguće je i obrnuto.

Ispiranje se vrši filtratom sa dovodom u suprotnom smjeru. Ravnomjerna distribucija tekućine izvan vlakana osigurava uklanjanje naslaga iz kapilara. Ovdje je važno odabrati pravi način ispiranja tako da se sloj zagađivača lakše uklanja.

Filteri rade u dva režima, od kojih je jedan pritisak: voda se dovodi u kućište uređaja pod pritiskom. Metoda uranjanja izvodi se pomoću membrana spuštenih u otvorenu posudu. Na izlaznoj strani se stvara vakuum i tečnost se usisava kroz materijal filtera.

Moduli su raspoređeni okomito. Voda u njih ulazi s jednog kraja, a ispušta se s drugog. Broj modula u jednom filteru obično ne prelazi dvije jedinice. Zbog toga je potrebno manje brtvi, što smanjuje vjerojatnost curenja. Vertikalni moduli su praktični za održavanje i testiranje. Lako se instaliraju i uklanjaju.

Načini filtriranja

Kada se vrši ultrafiltracija vode, filteri mogu raditi u slijepom i tangencijalnom načinu rada. U prvom slučaju, sva isporučena voda se pročišćava. Naslage sa membrane se periodično uklanjaju tokom procesa ispiranja ili sa odvodnom strujom. Membrana se brzo kvari i pad pritiska na njoj mora biti nizak, što smanjuje performanse aparata. Metoda se koristi za tretman vode, sa niskom koncentracijom suspenzija.

U tangencijalnom režimu, filtrirani medij cirkuliše duž površine membrane i na njoj se formiraju male naslage. Turbulencija protoka u dovodnom kanalu omogućava prečišćavanje vode sa visokom koncentracijom suspendovanih materija. Nedostaci ove metode su povećanje troškova energije za stvaranje visokog protoka i potreba za ugradnjom dodatnih cjevovoda.

Parametri ultrafiltracije

Glavni parametri ultrafiltracije su:

1. Selektivnost - odnos koncentracija nečistoća ukontaminirana voda (C_in.) i u filtratu (C_out.): R=(1 - C_{out./ S}in._{) ∙ 100%. Za proces ultrafiltracije, on je velik, što vam omogućava da uhvatite najsitnije čestice, uključujući bakterije i viruse.}
2. Potrošnja filtera - količina prečišćene vode po jedinici vremena.
3. Specifična potrošnja filtrata - količina proizvoda koja prolazi kroz 1 m2 površine membrane. Zavisi od karakteristika filterskog elementa i čistoće izvorske vode.
4. Pad membranskog pritiska - razlika između pritiska na strani dovoda i strane filtrata.
5. Permeabilnost je odnos između specifičnog protoka filtrata i pada pritiska na membrani.
6. Hidraulička efikasnost - odnos između protoka filtrata i dovedene izvorske vode.

Ultrafiltracija za dezinfekciju vode

Tradicionalne metode za uklanjanje mikroorganizama uključuju tehnologije koje koriste reagense. Ultrafiltracija vode se sastoji u fizičkom odvajanju mikroorganizama i koloida iz nje zbog male veličine pore membrane. Prednost metode je uklanjanje leševa mikroorganizama, algi, organske tvari i mehaničkih čestica. Istovremeno, nema potrebe za posebnim tretmanom vode, koji je obavezan u drugim slučajevima. Sve što treba da uradite je da ga provučete kroz mehanički filter od 30 mikrona.

Kada kupujete filtere, morate odrediti veličinu pora membrane. Da bi se virusi potpuno uklonili, prečnici rupa trebaju biti na nivou od 0,005 µm. Za velike veličine pora, funkcija dezinfekcijeneće pokrenuti.

Pored toga, tehnologija ultrafiltracije omogućava bistrenje vode. Sve suspendovane materije su potpuno uklonjene.

Instalacija za ultrafiltracionu vodu sadrži uređaje koji su paralelno povezani, što obezbeđuje neophodnu performansu procesa i mogućnost njihove zamene u toku rada.

Prečišćavanje vode prije jonoizmenjivačkih filtera

Smola je efikasna u zadržavanju 0,1-1,0 µm koloidnih čestica, ali brzo začepljuje granule. Ispiranje i regeneracija su tu od male pomoći. Posebno je teško ukloniti čestice SiO_{2, kojih ima posebno u izvorima i riječnoj vodi. Nakon začepljenja, smola počinje rasti mikroorganizama na mjestima koja nisu oprana otopinama za čišćenje.}

Jonski izmjenjivači su također aktivno začepljeni emulgiranim uljima koja se ne mogu ukloniti. Začepljenje je toliko ozbiljno da je lakše promijeniti filter nego odvojiti ulje od njega.

Filtrirajuće granule smole su aktivno začepljene visokomolekularnim jedinjenjima. Aktivni ugalj ih dobro uklanja, ali ima kratak vijek trajanja.

Jonske izmjenjivačke smole su efikasne zajedno sa ultrafiltracijom uklanjajući više od 95% koloida.

Obrada vode - ultrafiltracija prije reverzne osmoze

Operativni troškovi se smanjuju postupnom ugradnjom filtera uz uzastopno smanjenje veličine zadržanih čestica. Ako se prije ultrafiltracionog modula ugradi grublje čišćenje, onda se povećava efikasnost sistema reverzne osmoze. Potonji su osjetljivi na anionske i nejonske flokulanse ako se koagulacija kontaminanata vrši u preliminarnoj fazi.

Velika molekularna organska materija brzo začepljuje pore membrana reverzne osmoze. Brzo su obrasli mikroorganizmima. Predfiltriranje vode rješava sve probleme i isplativo je kada se koristi sa reverznom osmozom.

Pročišćavanje otpadnih voda

Ultrafiltracijski tretman otpadnih voda omogućava ponovnu upotrebu u industriji. Pogodni su za upotrebu u inženjeringu, a tehnogeno opterećenje na otvorenim vodnim tijelima za piće je smanjeno.

Membranske tehnologije se koriste za prečišćavanje otpadnih voda iz galvanske i tekstilne proizvodnje, u prehrambenoj industriji, sistemima za uklanjanje gvožđa, pri uklanjanju uree, elektrolita, jedinjenja teških metala, naftnih derivata itd. Time se povećava efikasnost tretman i pojednostavljuje tehnologiju.

Sa nečistoćama male molekularne težine, ultrafiltracija može proizvesti čiste koncentrate proizvoda.

Posebno je važan problem odvajanja emulgiranih ulja od vode. Prednost membranske tehnologije je jednostavnost procesa, niska potrošnja energije i nema potrebe za hemikalijama.

Obrada površinskih voda

Precipitacija i filtracija su ranije bili efikasni načini za prečišćavanje vode. Ovdje se efikasno uklanjaju nečistoće prirodnog porijekla, ali su se sada pojavile tehnogene zagađivače za čije uklanjanjepotrebne su druge metode čišćenja. Posebno mnogo problema stvara primarno hlorisanje vode, koje stvara organohlorna jedinjenja. Upotreba dodatnih faza prečišćavanja sa aktivnim ugljem i ozoniranjem povećava troškove vode.

Ultrafiltracija vam omogućava da dobijete vodu za piće direktno iz površinskih izvora: iz nje se uklanjaju alge, mikroorganizmi, suspendirane čestice i druga jedinjenja. Metoda je efikasna uz preliminarnu koagulaciju. Istovremeno, nije potrebno dugo taloženje, jer nije potrebno formiranje velikih pahuljica.

Ugradnja ultrafiltracije vode (fotografija ispod) omogućava postizanje konstantno dobrog kvaliteta prečišćene vode bez upotrebe složene opreme i reagensa.

Upotreba metoda koagulacije postaje neefikasna jer se mnoga organska jedinjenja u vodi ne otkrivaju tradicionalnom metodom oksidacije kalijum permanganata. Osim toga, organski sadržaj uvelike varira, što otežava odabir potrebne koncentracije reagensa.

Zaključak

Ultrafiltracija vode kroz membrane omogućava postizanje njene potrebne čistoće uz minimalnu potrošnju reagensa. Otpadne vode nakon tretmana mogu se koristiti u industrijske svrhe.

Ultrafiltracija nije uvijek efikasna. Metoda ne dopušta uklanjanje nekih tvari, na primjer, organoklornih spojeva i nekih huminskih kiselina. U takvim slučajevima primenjuje se višestepeno čišćenje.