Ультрофильтрация - Водоснабжение в Краснодаре, Бурение скважин в Краснодаре, Группа Компаний h2o-master
Мы Вам поможем с выбором лучшего решения!

Водоснабжение в Краснодаре, Бурение скважин в Краснодаре, Группа Компаний h2o-master

Ультрофильтрация

Печать

Ультрафильтрация воды – это способ очистки воды, при котором вода под давлением продавливается сквозь мембрану с величиной пор 0,002…0,1 мкм. Широкое распространение получили ресурсосберегающие капиллярные ультрафильтрационные мембраны, обладающие следующими параметрами:

  • эффективная фильтрация воды(ультратонкая фильтрация при рабочем давлении до 6 атм;
  • пониженное количество используемых реагентов;
  • простая автоматизация;
  • полное удаление взвешенных веществ;
  • дезинфекция (удаление 99,99% бактерий и вирусов);
  • осветление воды (снижение мутности и цветности воды);
  • эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ;
  • ультратонкая очистка воды (степень фильтрации 0,01 микрон);
  • ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав природной воды.

Области применения технологии ультрафильтрации

Крупные промышленные установки ультрафильтрации стали вводиться в эксплуатацию в конце ХХ в. Сегодня по всему миру работают сотни таких станций производительностью до 4105 м3/час. Ежегодный суммарный прирост объемов воды, обработанной методом ультрафильтрации, составляет примерно 25 %. Ультрафильтрация обеспечивает высокое качество очистки вод поверхностных источников, очистку грязной воды, питьевой, оборотной и технологической воды с минимальными эксплуатационными затратами. Ниже приведён далеко не полный спектр применения ультрафильтрационной технологии (ультратонкая фильтрация воды). 

Осветление воды. Применение ультрафильтрационных мембран

Важный аспект при внедрении новой технологии очистки воды – стоимостные и качественные показатели. Компактность установок ультрафильтрации, незначительный расход химических реагентов и простота обслуживания позволяют обеспечить более низкую себестоимость осветленной воды при ее высоком качестве. Себестоимость осветленной воды, обработанной ультрафильтрационным методом, зависит от производительности установки и качества исходной воды. 
Для небольших коммерческих установок (производительность менее 100 м3/ч) себестоимость очищенной воды составляет 1,5–3,5 руб/м3. Для крупных установок (производительность более 100 м3/ч) себестоимость очищенной воды меньше: 0,5–2,0 руб/м3.

Преимущественные экономические и качественные отличия ультрафильтрационных мембран (фильтр с ультрафильтрационной мембраной) от альтернативных технологий:

  • эффективная ультратонкая фильтрация воды при низком рабочем давлении 1-2 атм;
  • снижение себестоимости очищенной воды в 5 раз;
  • уменьшение занимаемой площади в 3 раза;
  • уменьшение количества используемых реагентов более чем в 10 раз;
  • снижение расходов потребляемой воды в 2 раза;
  • уменьшение энергозатрат в 2 раза;
  • простая автоматизация;
  • полное удаление взвешенных веществ;
  • дезинфекция (удаление 99,99% бактерий и вирусов);
  • осветление воды (снижение мутности и цветности воды);
  • эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ;
  • ультратонкая очистка воды (степень фильтрации 0,01 микрон);
  • ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав природной воды;
  • снижаются капитальные затраты на строительство здания для размещения нового оборудования. 

Использование ультрафильтрации для дезинфекции воды

Стандартные модули ультрафильтрации обеспечивают удаление бактерий и вирусов на уровне не менее 99,99%, показывая высокую технологическую и санитарную надёжность. Если сравнивать с традиционными методами дезинфекции воды (ультрафиолетовое обеззараживание, хлорирование, озонирование и т.д.), то при ультрафильтрации происходит физическое устранение микроорганизмов из воды. Это объяснимо тем, что диаметр пор в ультрафильтрационной мембране значительно меньше размеров вирусов или бактерий (вирус – 0,02…0,4 мкм, бактерия – 0,4…1,0 мкм, пора – 0,01 мкм). Находящиеся в воде микроорганизмы не в состоянии протиснуться через такой барьер. Таким образом, первичное хлорирование воды не требуется, а обеззараживание осуществляется уже непосредственно перед подачей воды потребителю. 
Использование ультрафильтрации в качестве предварительной ступени перед ионообменными фильтрами
Наиболее серьезные проблемы возникают с ионообменными фильтрами (особенно в энергетике и промышленности). При проектировании системы фильтрации воды редко учитывается гранулометрический состав воды. Осветлительные и микрофильтрационные фильтры предварительной очистки эффективны для удаления взвешенных частиц размером свыше 1,0 мкм. Ионообменные смолы достаточно хорошо задерживают коллоиды величиной 0,1…1,0 мкм, но вместе с этим происходит их «закупоривание». В результате снижается интенсивность ионного обмена и ресурс смол. Избежать этого можно, уменьшив мутность исходной воды ниже 3 NTU (нефелометрические единицы мутности). Ультрафильтрация воды позволяет обеспечить мутность до 0,1 NTU.

Большие сложности в процессе ионного обмена вызывают коллоиды SiO2, часто встречающиеся в воде артезианских скважин и речной воде. Полимеризация SiO2 (объединение молекул в длинные цепочки) может происходить, если значение рН меньше 7 (после H-катионирования). Удалить такие образования с поверхности смолы чрезвычайно трудно: необходимы длительные малоэффективные промывки и регенерация ионообменного материала. Система ультрафильтрации перед ионообменными фильтрами способна удалить более 95 (а иногда и более 98) % коллоидов SiO2, предотвращая необратимое “закупоривание” ионитов. Причиной “закупоривания” ионообменных смол может быть также рост количества микроорганизмов, особенно если в системе есть пространства, не промываемые химическими растворами. Кроме того, иногда клапаны, уплотнения и необработанные поверхности, соприкасающиеся с водой, не соответствуют техническим нормам и санитарным требованиям. При благоприятных температуре и уровне рН в таких областях активизируется процесс биообрастания. Ультрафильтрация позволяет многократно замедлить его протекание на поверхности смол.

В химической, нефтехимической промышленности, а также при очистке сточных вод ионообменные смолы подвергаются “отравлению” содержащимися в воде маслами. Они могут иметь природное происхождение и появляться в результате применения смазочных материалов или охлаждающих жидкостей. Некоторые масла легко удаляются в ходе осаждения, коалесценции или флотации. Но, например, химически или механически эмульгированные масла удаляются плохо. В большинстве случаях “закупоривание” смол эмульгированными маслами может быть так сильно, что дешевле заменить смолы, чем пытаться очистить их от масел. Ультрафильтрация воды позволяет обеспечить 99-процентное удаление эмульгированных масел перед последующей очисткой воды смолами.

Очень часто приходится сталкиваться и с высокомолекулярными органическими соединениями, которые загрязняют как поверхность фильтрующих гранул, так и забивают пространство между ними. Для решения этой проблемы используется активированный уголь или определённая смесь ионообменных смол. Но активированный уголь имеет тенденцию обрастать микроорганизмами и небольшой срок службы, а смолы нуждаются в более частых регенерациях (порой неэффективных). Добавим к этому простои оборудования и повышенные эксплуатационные расходы, и выбираем опять ультрафильтрацию в качестве экономически оправданного метода ультратонкой очистки воды органических примесей. 

Использование ультрафильтрации в качестве предварительной ступени перед обратноосмотическими фильтрами

В традиционных системах обратного осмоса в качестве предварительных фильтров используются мешочные или патронные фильтры с рейтингом фильтрации 5 мкм. Замена на ультрафильтрационные модули позволит снизить эксплуатационные расходы в связи с более длительным сроком их службы. 
Ультрафильтрационные модули позволяют стабилизировать коллоидный индекс SDI на уровне 1-2, что значительно сокращает частоту промывок и замены мембран обратного осмоса. 
Если в качестве предварительной фильтрации воды перед обратным осмосом используется технология осветлитель + коагуляция, то требуется тщательный выбор флокулянтов и коагулянтов. Обратноосмотические мембраны имеют отрицательный заряд, поэтому не допускается использование катионных флокулянтов. Использование анионных и неионогенных флокулянтов допускается при минимальных дозах. Восстановить работоспособность мембран после блокировки пор флокулянтом очень трудно. При ультрафильтрационной обработке эта проблема отсутствует. 
Такие факторы, как высокая температура исходной воды, большое (перманганатная окисляемость более 3,0 мгО2/л) содержание органики, значительная обсемененность исходной воды, длительные межпромывочные циклы, могут вызывать проблемы с биообрастанием обратноосмотических мембран. 
При традиционной технологии осветления воды, в воде содержится значительное количество высокомолекулярной органики, которая может блокировать поры обратноосмотических мембран. Ультрафильтрация позволяет обратноосмотическим системам работать с водой, имеющей очень высокий потенциал биообрастания, например, очищенными хозяйственно-бытовыми сточными водами. 

Ультрафильтрационная обработка хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод

Мировые тенденции направлены на повторное использование очищенных сточных вод. Выгоднее не сбрасывать их в открытый водоем, а направлять после обработки ультрафильтрацией для промышленного использования. Снижается техногенная нагрузка на водоёмы хозяйственно-питьевого назначения. 

Ультрафильтрация промывных вод песчаных, осветлительных и обезжелезивающих фильтров

Ультрафильтрационная обработка промывных вод позволяет повысить степень использования воды до 99,8 %. Для этих целей применяются ультрафильтрационные фильтр-прессы, обеспечивающие механическое обезвоживание осадков). 

Осветление воды при розливе в бутыли (осветление питьевой и минеральной воды)

Каким бы экологически чистым не был природный источник воды, при розливе питьевой воды в бутыли фильтр тонкой очистки воды обязателен. Как правило, для этой цели применяют механический фильтр картриджного типа (например, Big Blue 20) или мешочного типа 1-5 мкм. Однако, такая механическая очистка воды не позволяет получить требуемую степень фильтрации. Осветление воды методом ультрафильтрации (улучшение качества воды методом стерилизующей ультрафильтрации) – это очень перспективные методы улучшения качества воды (природных вод). Как правило, ультрафильтрация используется в комбинации с другими фильтрами для воды и осуществляет финишную ультратонкую доочистку воды (например, станции доочистки водопроводной воды) 

Ультрафильтрационная обработка речной, озерной воды и вод поверхностных источников

В России в промышленности и коммунальном хозяйстве широко используют методы осаждения и фильтрования с предварительной коагуляцией. Этот метод очистки воды широкомасштабно применяется с середины XX в. До сих пор не претерпел радикальных изменений. Но данный метод эффективен в основном при удалении примесей природного происхождения. За последние десятилетия значительно возросло количество техногенных загрязняющих веществ, которые не всегда могут быть удалены из воды отстаиванием и фильтрованием. По новым санитарным нормативам насчитывается около 1000 контролируемых химических веществ. Большие проблемы вызывает первичное хлорирование воды, приводящее к образованию сотен хлорорганических соединений. 
О содержании органических веществ судят по окисляемости воды. Причём, как правило, измеряют перманганатную окисляемость воды. Но этот показатель не отражает истинного качества воды по содержанию органики, так как техногенные органические соединения очень трудно окисляются перманганатом калия. Недельные наблюдения за составом воды в р.Кама показали изменения перманганатной окисляемости в диапазоне от 3,36 до 4,16 мгО2/л, а бихроматной – от 15 до 43 мгО2/л. Это обусловлено постоянно меняющимся составом органических соединений. В этих условиях возникают трудности в выборе оптимальной дозы коагулянта, что приводит к нестабильной работе осветлителей воды и дополнительной нагрузке на последующие стадии водоочистки. Введение дополнительных стадий очистки воды (озонирование, сорбция активированным углем и др.) приводит к увеличению эксплуатационных расходов и, соответственно, себестоимости очищенной воды.

На сегодняшний день обеспечение населения чистой и качественной питьевой водой стало действительно государственной проблемой. Большинство традиционных способов получения воды питьевого качества на основе коагулирования, флотации, хлорирования, отстаивания и фильтрования, обладают целым рядом существенных недостатков:

  • значительное колебание качества очищенной воды;
  • большие габариты и ресурсоёмкость оборудования;
  • возможность образования опасных канцерогенов при обеззараживании хлорсодержащими реагентами; 
    потребление больших количеств дорогостоящих химических реагентов, а также необходимость в организации их хранения и приготовления.

Вышеперечисленных недостатков лишен ультрафильтрационный мембранный метод очистки воды (ультрафильтрация), применяемый для получения питьевой воды в промышленности и коммунальном хозяйстве непосредственно из поверхностного источника. Из воды удаляются взвешенные частицы, коллоиды, бактерии, вирусы, водоросли и высокомолекулярные органические соединения. При предварительной коагуляции эффект осветления и степень извлечения органических соединений существенно увеличивается. Такой метод очистки воды малочувствителен к изменениям дозы коагулянта, так как образующиеся хлопья отфильтровываются независимо от их размера. При этом не требуется продолжительное время для формирования крупных хлопьев и отпадает необходимость в камере хлопьеобразования. Качество очищенной воды после обработки на ультрафильтрационной мембране (фильтре с ультрафильтрационными мембранами) стабильно хорошее независимо от состава исходной воды и безопасна по микробиологическим показателям.