Издательский Центр Аква-Терм
HP19konf
hp19_450x100_ticket

Баромембранные методы очистки питьевой воды

Баромембранные методы фильтрации, принципиально заключающиеся в продавливании жидкостей против градиента концентрации через полупроницаемую мембрану, успешно сегодня применяются в разных промышленных отраслях (химической, пищевой и фармацевтической), в малой энергетике (при подготовке котловой воды), при очистке отводящихся сточных вод, а также и для очистки питьевой воды при водоснабжении.

Возможности очистки воды от примесей (микрочастиц, микроорганизмов, коллоидов) и растворенных в ней веществ с помощью баромембранной фильтрации определяются размерами пор мембраны и применяемым давлением. Чем меньше размеры пор мембран, тем выше требуется давление, для осуществления данного процесса. Соответственно от размера пор и давления зависит и размер проникающих через мембрану частиц, на этом же основана и классификация методов баромембранной фильтрации. По указанному принципу выделяют: микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию и обратный осмос (табл. 1).

Таблица 1. Основные параметры и характеристики баромембранных методов фильтрации.

Название метода

Размер пор мембраны, мкм

Размер задерживающихся мембраной частиц (молекул), Д

Рабочее давление, бар

Удаляемые вещества, частицы, микроорганизмы и др..

Микрофильтрация

0,01- 1

> 100 000

< 2

Очень мелкие взвешенные частицы, крупные коллоиды, эмульсии, цисты простейших, большие бактерии, водоросли.

Ультрафильтрация

0,001 – 0,01

2 000 – 100 000

1,5 – 7

Все взвешенные частицы, коллоиды, цисты простейших, бактерии, водоросли, вирусы.

Нанофильтрация

0,0001 – 0,001

300 - 1000

3,5 – 20

Все взвешенные частицы, все микроорганизмы, органические растворенные вещества, 20 - 85% растворенных неорганических веществ.

Обратный осмос

< 0,0001

100 - 300

15 – 70

Все взвешенные частицы, все микроорганизмы, все растворенные органические вещества, 95-99 % растворенных неорганических веществ.

Ультрафильтрация

На стадии преподготовки воды, предназначенной для использования, как питьевая может применяться ультрафильтрация. Также, как и при микрофильтрации процесс прохождения примесей через мембрану для этого метода осуществляется по принципу просеивания и наиболее схож с задерживанием частиц на фильтрах механической очистки. Мембраны микро- и ультрафильтрации наименее требовательны к составу входной воды из применяющихся при баромембранной фильтрации. Эти мембраны допускают обработку хлорированной воды, высокое содержание взвешенных частиц и работают в широком диапазоне рН (от 1 до 13).

Рис. 1 Механизм ультрафильтрации

Механизм ультрафильтрации

Методом ультрафильтрации из воды удаляются взвешенные и коллоидные частицы размером от 0,03 мкм, и выше, а также большинство микроорганизмов. Если в исходной воде содержание взвешенных частиц – до 1 000 мг/л, то преподготовка на установке ультрафильтрации позволяет удалить их до 100 %. Снизить окисляемость до 97 %, цветность – до 96 %, удалить железо до 97 %.

Для повышения эффективности удаления коллоидов, в том числе содержащих железо, процесс ультрафильтрации осуществляется после добавки в исходную воду коагулянта – обычно полиоксихлорида алюминия. При коагуляции происходит укрупнение присутствующих в воде примесей, что облегчает их удаление на последующих стадиях. Для улучшения работы ультрафильтрационной установки (увеличение удельной производительности фильтрования) желательно поддерживать температуру исходной воды на уровне 20-25 °С.

Установка ультрафильтрации состоит из: блока предварительной очистки, фильтрующих мембранных модулей, системы дозирования коагулянта, системы промывки установки. Блок предварительной очистки включает в себя насос и механический фильтр, задерживающий частицы размером более 200 мкм в целях предотвращения загрязнения мембран грубой взвесью. Блок дозирования коагулянта состоит из дозирующих насосов и емкости приготовления коагулянта. Блока промывки установки ультрафильтрации состоит из насосов промывки, фильтров грубой очистки с отсечкой 200 мкм для предотвращения попадания крупных включений из емкости, дозирующих насосов серной кислоты, дозирующих насосов и емкости дозирования биоцида.

Рис. 2 Установка ультрафильтрации

Установка ультрафильтрации

Исходная вода сначала закачивается насосом исходной воды в баки, а уж оттуда поступает на установку ультрафильтрации. Это делается для того, чтобы обеспечить запас исходной воды и необходимые гидравлические параметры работы установки. Из баков исходная вода забирается насосами для очистки. Перед насосами исходной воды в очищаемую воду насосом-дозатором подается коагулянт с расходом, пропорциональным расходу исходной воды. После обработки коагулянтом вода подается на фильтр предварительной очистки, а затем и на фильтрующие модули ультрафильтрации.

Промывка фильтрующих модулей включает стадии обратной промывки и химической промывки. Обратная промывка проводится 3 – 5 раз в час для удаления взвешенных веществ, накопленных за время фильтрации, обратным током осветлённой воды. Химическая –1 – 3 раза в день и позволяет провести очистку ультрафильтрационных мембран от органических (щелочная промывка) и неорганических (кислотная промывка) загрязнений.

К важным преимуществам метода ультрафильтрации относится возможность легко наращивать производительность установки, благодаря модульной конструкции оборудования, а также возможность полной автоматизации процесса. Так как фильтрация осуществляется при относительно низком давлении, соответственно и энергозатраты тоже не очень высокие – 0,1 - 0,2кВтч/м3.

Нанофильтрация и обратный осмос

Довольно широкое применение в бытовых целях доочистки водопроводной воды получил метод обратного осмоса. Обратноосмотические мембраны задерживают микроэлементы диаметром 0,0001–0,001 мкм, полностью очищая воду от всех органических и почти всех растворенных неорганических веществ. Современные обратноосмотические мембраны – композитные – состоят из нескольких слоев. Общая толщина 10–150 мкм, причем толщина собственно селективного слоя, который определяет селективность мембраны - не более 1 мкм. В состав конструкции входит турбулизирующая сетка между мембранами.

Перед обратноосмотическими мембранами качество и параметры исходной воды должны соответствовать определенным требованиям по мутности, перманганатной окисляемости, содержанию нефтепродуктов, железа, минерализации и некоторым другим. 

Рис. 3 Бытовая установка фильтрации с обратноосмотическим фильтром

Бытовая установка фильтрации с обратноосмотическим фильтром

Для бытовых мембранных фильтров, где, как правило, в качестве исходной используется водопроводная вода, предочистка перед мембранами упрощается, но, в любом случае необходимы патронные фильтры с пористостью 5 мкм.

Бытовые системы обратного осмоса имеют небольшие размеры и помещаются под кухонной мойкой. Для их работы требуется давление 2,5- бар. Основными блоками бытовой системы обратного осмоса являются: префильтры, защищающие мембрану от растворенных частиц, хлора, органических веществ; сам мембранный элемент рулонного типа, накопительный бак для хранения очищенной воды и постфильтр.

Срок службы мембранного элемента бытовых систем обратного осмоса при правильной эксплуатации и своевременной замене фильтров предварительной очистки - 2 - 3 года.

Однако постоянное применения для питья и приготовления пищи воды, прошедшей обработку в обратноосмотическом аппарате, может неблагоприятно сказаться на здоровье. При обратном осмосе из воды почти полностью извлекаются соли, в том числе и содержащие необходимые человеку элементы такие, как ионы калия и магния.

Рис. 4 Бытовая установка фильтрации с обратноосмотическим фильтром смонтированная под раковиной

Бытовая установка фильтрации с обратноосмотическим фильтром смонтированная под раковиной

Компенсировать эту особенность обратноосмотического процесса можно применением (растворением в воде) специальных минеральных добавок. В России и за рубежом такие добавки производятся в виде растворов и таблеток.

Нанофильтрация по степени очистки воды занимает промежуточное положение между обратным осмосом и ультрафильтрацией. При нанофильтрации, задерживаются частицы размером 0,002-0,001 мкм.

Рис. 5 Бытовая установка фильтрации с аппаратом нанофильтрации

Бытовая установка фильтрации с аппаратом нанофильтрации

Достоинством нанофильтрации как способа водоподготовки является, в отличие от обратного осмоса, полное сохранение в жидкой среде солей и микроэлементов, необходимых для организма человека. Немаловажным достоинством нанофильтрации является экономическая целесообразность. По сравнению с обратным осмосом процесс нанофильтрации протекает при меньшем давлении и, следовательно, потребляет меньше энергии.

Рис. 6 Промышленная установка нанофильтрации

Промышленная установка нанофильтрации

Производительность нанофильтрационных установок настолько высока, что они могут использоваться как в промышленности, так и на муниципальных водоочистных предприятиях для очистки воды до степени питьевой, а также, например, и в автономной системе водоснабжения коттеджа.

Меры безопасности

При баромембранной обработке водопроводной воды органами санитарного и экологического надзора допускается слив концентрата в канализацию, так как исходная вода имеет тот же качественный состав, что и концентрат. Предочистка перед мембранами в таком случае ограничивается применением патронных фильтров с пористостью 5 мкм.

Если же исходная вода содержит болезнетворные микроорганизмы или токсические вещества, требуется применения дополнительных мер по обеззараживанию и элиминации. Стандартные конструкции фильтров и материалы мембран не предотвращают вторичное бактериальное заражение воды, то есть бактерии могут развиваться на самой мембране. Следовательно, в таком случае, особенно для получения питьевой воды, необходимо перед мембранным фильтром и после него предусматривать обеззараживание воды, например, ультрафиолетовым излучением.

Статья из журнала "АКВА -ТЕРМ" № 3/2019




Поделиться:

Опубликовано: 26 июня 2019 г.

вернуться назад

Hp19_275x275_bilet
AT20-275
mohlenhoff.pro