Ультрафильтрация – метод мембранной очистки жидкости, в ходе которого раствор под давлением пропускают через фильтр, способный пропускать только определенные компоненты. Ввиду разности молекулярных масс растворенного вещества и растворителя, а также разного давления по обе стороны мембраны происходит очистка воды от посторонних включений. Молекулярные соединения, подлежащие удалению из раствора, остаются по ту сторону мембраны и не проходят через фильтр. В основе ультрафильтрационной очистки жидкостей лежит принцип, сходный с обратным осмосом. Продавливание раствора через мелкосетчатую мембрану с размером отверстий от 0,005 мкм обеспечивает удаление до 97 % железа, до 99,9 % бактерий, вирусов и до 100 % взвешенных веществ. При прохождении воды под давлением сквозь мембраны происходят такие процессы:
- обезжелезивание;
- снижение цветности и мутности;
- удаление органический примесей (взвеси и коллоидных растворов).
Ультрафильтрация воды – баромембранный процесс, в ходе которого жидкость продавливают под давлением через полупроницаемую мембрану, что обеспечивает высокое качество тонкой очистки и оптимизацию микробиологических показателей (ОМЧ). В основе фильтрационных систем – полимерные половолоконные мембраны, предназначенные для удержания частиц размером до 0,1 мкм. Назначение установок ультрафильтрации – улучшение качественных показателей жидкости перед обессоливанием. Для повышения эффективности тонкой очистки рекомендован предварительный прогрев воды до +20–25 0C.
Станции ультрафильтрации: сферы применения
Технология очистки воды ультрафильтрационными мембранами известна с конца 1990-х годов. Она нашла широкое применение в пищевой, микробиологической, химической промышленности. Основная цель использования – водоподготовка и предварительная очистка перед подачей жидкости в обратноосмотические или ионные фильтры. Наиболее востребованы системы ультрафильтрации в следующих отраслях промышленности:
- фармацевтическое производство;
- текстильная промышленность;
- производство молочной продукции;
- изготовление и переработка бумаги;
- металлургия;
- нефтехимическая промышленность;
- кожевенное производство и др.
Процесс разделения высоко- и низкомолекулярных компонентов раствора также необходим для эффективного очищения сточных вод, что вкупе с установками обратного осмоса и обессоливания позволяет организовать на предприятии систему оборотного водоснабжения. Также станции рекомендованы для создания и реконструкции систем очистки сточных вод, поскольку повышают уровень экологической безопасности стоков и экономическую эффективность производственных предприятий. Также широкое применение находит бытовая ультрафильтрация – технология обеззараживания и осветления, которая позволяет отказаться от обработки воды коагулянтами (веществами, способными сцеплять частицы дисперсной фазы в коллоидном растворе). Такой способ очистки в отличие от обратного осмоса не меняет солевой состав жидкости, обеспечивая удаление только органических соединений, вирусов и бактерий. Поэтому ультрафильтрация рекомендована владельцам артезианских скважин на воду и производителям минеральной воды, которая после очистки становится безопасна для организма и не теряет своих полезных свойств, обусловленных сбалансированным минерально-солевым составом.
Типы ультрафильтрационных мембран
Мембранная очистка воды от белковых и органических тонкодисперсных примесей заменяет длительные процессы отстаивания, осаждения и микрофильтрации. Технология ультрафильтрации предполагает прохождение жидкости под высоким давлением через мембранные модули, типоразмеры (площадь фильтрации) и количество которых влияют на конечный результат очистки и производительность установки. Мембраны делят на несколько типов в зависимости от таких характеристик:
- структура (бывают одно- и многоканальные волокна с внутренним диаметром 0,8 мм и менее, но для обработки воды с высокой концентрацией взвешенных твердых веществ используют волокна с внутренним диаметром до 1,5 мм);
- технология промывки («изнутри – наружу» или «снаружи – внутрь»);
- материал изготовления (полисульфон, фторполимер, полиэфирсульфон и др.).
Обычно мембраны производят в виде пластин из микропористых органических материалов, рулонных элементов для доочистки воды при значении мутности до 0,5 мг/л или трубчатых элементов, применяемых при значении мутности до 40 мг/л. Фильтры-патроны с половолоконной трубчатой мембраной требуют периодической замены, поскольку их грязеемкость ограниченна. Но строение модуля позволяет проводить регенерацию (очищать и использовать элемент повторно). Доступная цена и многократное применение сделали такие типы фильтров наиболее востребованными. Также важно то, из чего произведена мембрана. Материал изготовления определяет гидрофильные, гидрофобные свойства и значение номинального отсечения по молекулярной массе. Для производства используют преимущественно полимерные материалы, такие как:
- поливинилиденфторид;
- полиэфирсульфон;
- восстановленный ацетат целлюлозы;
- полисульфон;
- композитный фторполимер;
- полиакрилонитрил;
- гидрофилизированный полисульфон;
- полиимид и др.
Для восстановления работоспособности мембран из перечисленных материалов используют специальные растворы. Обратную промывку производят для удаления осадков с внутренних поверхностей. Растворы приготовляют на основе перекиси водорода, гипохлорита натрия, соляной кислоты и гидроксида натрия. Они безопасны для полимерных материалов, но важно правильно подобрать концентрацию с учетом молекулярного состава и толщины осадков.
Преимущества ультрафильтрации
Ультрафильтрация (мембранная очистка воды под давлением) происходит в различных режимах: тупиковом, тангенциальном, в режиме прямой коагуляции с применением неорганических реагентов и др. В зависимости от схемы работы оборудования преимущества и сфера применения систем ультрафильтрации могут отличаться. Так, тупиковый режим работы, при котором происходит периодический сброс загрязнений и регенерация обратным током, получил широкое распространение из-за дешевизны, простой схемы оборудования и низкого энергопотребления установок, работающих по этому принципу. Если происходит химически усиленная обратная промывка, снижается рабочее давление оборудования, а система фильтрации работает в автоматическом режиме и не требует участия оператора. Для экономии пространства рекомендована компактная напорная система ультрафильтрации с полностью замкнутым контуром, который не подвергает оператора воздействию резких запахов и паров химических веществ. Независимо от схемы работы система ультрафильтрационной мембранной очистки обладает такими преимуществами по сравнению с альтернативными установками водоподготовки:
- эффективная очистка от посторонних включений при давлении до 2 атм.;
- снижение расходов потребляемой воды в 2 раза;
- сокращение себестоимости очищенной жидкости в 5 раз;
- качественная дезинфекция (удаление до 99,9 % болезнетворных организмов);
- сокращение расходов электроэнергии в 2 раза;
- химическая и температурная стойкость мембран;
- высокая автоматизация процесса очистки;
- выгодная стоимость очистного оборудования.
Установки ультрафильтрации обеспечивают лучшее качество воды по показателям мутности, цветности и окисляемости. Сразу после очистки она пригодна для употребления и сохраняет полезные микроэлементы в своем составе. Очистные установки компактны и просты в обслуживании, а также оптимальны для подготовки питьевой воды из поверхностных источников.
