Co je ultrafiltrace vody?

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

Účinným způsobem čištění vody je protlačit ji polopropustnými membránami. Procesy filtrace jsou klasifikovány podle velikosti částic, které se mají oddělit:

• mikrofiltrace přes membrány s velikostí pórů od 0,05 do 10 mikronů;
• ultrafiltrace – póry od 0,001 µm do 0,05 µm;
• reverzní osmóza a nanofiltrace – póry 1 nm a méně.

Ultrafiltrace vody je navržena tak, aby z ní odstranila mikroorganismy a makroskopické inkluze, které neprocházejí póry membrány.

Tradiční mechanismus zásypových filtrů je založen na gravitačním čištění. Ultrafiltrace je podobná prosévání přes porézní síto, kde se oddělí všechny částice většího průměru.

Typy membrán

Prvky filtru jsou ploché desky nebo vlákna s kapilárami. Přes první se provádí především ultrafiltrace odpadních vod, pro druhé jsou určenyúprava vody.

Vlákna se vyrábějí převážně jednokanálková, s vnitřním průměrem asi 0,8 mm. Jsou vystaveny častému namáhání a mohou být zničeny zpětným proplachem. Vícekanálová vlákna obsahují více kapilár a jsou výrazně pevnější.

Membrány jsou vyrobeny z polymerů, jako je polyestersulfon. Jeho parametry lze měnit přidáním dalších syntetických materiálů. Široký rozsah pH zpracovávaných kapalin umožňuje účinné čištění filtračních prvků.

Polymerové membrány je nutné pravidelně dekontaminovat, protože mikrobi milují pojídání organické hmoty a tvoří na ní kolonie.

Keramická membrána s dlouhou životností, která se dobře myje saponáty. Jeho cena je vyšší, ale životnost dosahuje 10 let.

Metody filtrace

Ultrafiltrační vodní systém se skládá z modulů naplněných dutými porézními vlákny. Počáteční kapalina vstupuje do kapilár, po které dochází k filtraci přes boční stěny. Je také možný zpětný posuv.

Proplach provádí filtrát s jeho přívodem v opačném směru. Rovnoměrné rozložení kapaliny mimo vlákna zajišťuje odstranění usazenin z kapilár. Zde je důležité zvolit správný režim proplachování, aby se vrstva nečistot snáze odstranila.

Filtry pracují ve dvou režimech, z nichž jeden je tlakový: voda je přiváděna do krytu zařízení pod tlakem. Metoda ponoření se provádí pomocí membrán spuštěných do otevřené nádoby. Na výstupní straně je vytvořeno vakuum a kapalina je nasávána přes filtrační materiál.

Moduly jsou uspořádány svisle. Voda do nich vstupuje z jednoho konce a je vypouštěna z druhého. Počet modulů v jednom filtru obvykle nepřesahuje dvě jednotky. Díky tomu je potřeba méně těsnění, což snižuje pravděpodobnost netěsností. Vertikální moduly se snadno udržují a testují. Snadno se instalují a odstraňují.

Režimy filtru

Když se provádí ultrafiltrace vody, filtry mohou pracovat v slepém a tangenciálním režimu. V prvním případě je veškerá dodávaná voda vyčištěna. Usazeniny z membrány jsou periodicky odstraňovány během procesu proplachování nebo odtokovým proudem. Membrána se rychle zanáší a tlakový spád přes ni musí být udržován nízký, což snižuje výkon zařízení. Metoda se používá pro úpravu vody s nízkou koncentrací suspenzí.

V tangenciálním režimu filtrované médium cirkuluje podél povrchu membrány a tvoří se na něm malé usazeniny. Turbulence proudění v přívodním kanálu umožňuje čistit vodu s vysokou koncentrací suspendovaných látek. Nevýhody této metody jsou zvýšení nákladů na energii pro vytvoření vysokého průtoku a nutnost instalovat další potrubí.

Parametry ultrafiltrace

Hlavní parametry ultrafiltrace jsou:

1. Selektivita - poměr koncentrací nečistot vkontaminovaná voda (C_in.) a ve filtrátu (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100 %. Pro proces ultrafiltrace je velký, což vám umožňuje zachytit ty nejmenší částice, včetně bakterií a virů.}
2. Spotřeba filtrace – množství vyčištěné vody za jednotku času.
3. Specifická spotřeba filtrátu - množství produktu procházející 1 m2 plochy membrány. Závisí na vlastnostech filtračního prvku a čistotě zdrojové vody.
4. Membránová tlaková ztráta - rozdíl mezi tlakem na přívodní straně a na straně filtrátu.
5. Permeabilita je poměr mezi měrným průtokem filtrátu a tlakovou ztrátou přes membránu.
6. Hydraulická účinnost - poměr mezi průtokem filtrátu a dodávané zdrojové vody.

Ultrafiltrace pro dezinfekci vody

Tradiční metody odstraňování mikroorganismů zahrnují technologie využívající činidla. Ultrafiltrace vody spočívá ve fyzikálním oddělení mikroorganismů a koloidů z ní díky malé velikosti pórů membrány. Výhodou metody je odstranění mrtvol mikroorganismů, řas, organické hmoty a mechanických částic. Zároveň není potřeba speciální úprava vody, která je v jiných případech povinná. Vše, co musíte udělat, je projít přes 30mikronový mechanický filtr.

Při nákupu filtrů musíte určit velikost pórů membrán. Pro úplné odstranění virů by průměr otvorů měl být na úrovni 0,005 µm. Pro velké póry funkce dezinfekcenepoběží.

Technologie ultrafiltrace navíc zajišťuje čiření vody. Všechny nerozpuštěné látky jsou zcela odstraněny.

Instalace ultrafiltrační vody obsahuje zařízení zapojená paralelně, což zajišťuje potřebný výkon procesu a možnost jejich výměny za provozu.

Čištění vody před iontoměničovými filtry

Pryskyřice je účinná při zadržování 0,1-1,0 µm koloidních částic, ale rychle ucpávají granule. Proplachování a regenerace zde málo pomáhají. Obzvláště obtížné je odstranit částice SiO_{2, které jsou zvláště hojné ve studních a říčních vodách. Po zanesení pryskyřice začnou růst mikroorganismy na místech, která nejsou umyta čisticími roztoky.}

Iontové výměníky jsou také aktivně zanášeny emulgovanými oleji, které nelze odstranit. Zablokování je tak silné, že je snazší vyměnit filtr, než z něj oddělit olej.

Filtrační granule pryskyřic jsou aktivně zanášeny vysokomolekulárními sloučeninami. Aktivní uhlí je dobře odstraňuje, ale má krátkou životnost.

Iontoměničové pryskyřice jsou účinné spolu s ultrafiltrací, která odstraňuje více než 95 % koloidů.

Úprava vody – ultrafiltrace před reverzní osmózou

Provozní náklady se snižují postupnou instalací filtrů s postupným snižováním velikosti zadržených částic. Pokud je před ultrafiltrační modul instalováno hrubší čištění, pak zvyšuje účinnost systémů reverzní osmózy. Posledně jmenované jsou citlivé na aniontové a neiontové flokulanty, pokud se koagulace kontaminantů provádí v předběžné fázi.

Velká molekulární organická hmota rychle ucpává póry membrán reverzní osmózy. Rychle zarůstají mikroorganismy. Předfiltrování vody řeší všechny problémy a je nákladově efektivní při použití s reverzní osmózou.

Čištění odpadních vod

Ultrafiltrační čištění odpadních vod umožňuje jejich opětovné využití v průmyslu. Jsou vhodné pro použití ve strojírenství a snižuje se technogenní zatížení otevřených vodních ploch pro pitné účely.

Membránové technologie se používají k čištění odpadních vod z galvanické a textilní výroby, v potravinářství, systémech odstraňování železa, při odstraňování močoviny, elektrolytů, sloučenin těžkých kovů, ropných produktů atd. Zvyšuje se tím účinnost ošetření a zjednodušuje technologii.

S nečistotami s nízkou molekulovou hmotností může ultrafiltrace produkovat čisté koncentráty produktu.

Zvlášť důležitý je problém oddělování emulgovaných olejů od vody. Výhodou membránové technologie je jednoduchost procesu, nízká spotřeba energie a žádná potřeba chemikálií.

Úprava povrchové vody

Srážení a filtrace byly dříve účinnými způsoby čištění vody. Nečistoty přírodního původu jsou zde účinně odstraněny, nyní se však objevily technogenní polutanty, k jejichž odstraněníjsou nutné jiné metody čištění. Zejména mnoho problémů vytváří primární chlorace vody, při které se tvoří organochlorové sloučeniny. Použití dalších čisticích stupňů s aktivním uhlím a ozonizací zvyšuje náklady na vodu.

Ultrafiltrace umožňuje získat pitnou vodu přímo z povrchových zdrojů: jsou z ní odstraněny řasy, mikroorganismy, suspendované částice a další sloučeniny. Metoda je účinná s předběžnou koagulací. Zároveň není nutné dlouhé usazování, protože není nutné vytváření velkých vloček.

Instalace ultrafiltrace vody (foto níže) umožňuje dosáhnout trvale dobré kvality vyčištěné vody bez použití složitého zařízení a činidel.

Použití koagulačních metod se stává neúčinným, protože mnoho organických sloučenin ve vodě není detekováno tradiční metodou oxidace manganistanu draselného. Kromě toho se organický obsah velmi liší, což ztěžuje výběr požadované koncentrace činidel.

Závěr

Ultrafiltrace vody přes membrány umožňuje dosáhnout její požadované čistoty s minimální spotřebou činidel. Odpadní voda po čištění může být použita pro průmyslové účely.

Ultrafiltrace není vždy účinná. Metoda neumožňuje odstranit některé látky, například organochlorové sloučeniny a některé huminové kyseliny. V takových případech se používá vícestupňové čištění.