Mi a víz ultraszűrése?

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

A víz tisztításának hatékony módja, ha félig áteresztő membránokon keresztül kényszerítjük azt. A szűrési folyamatokat az elválasztandó részecskék mérete szerint osztályozzák:

• mikroszűrés 0,05-10 mikron pórusméretű membránokon keresztül;
• ultraszűrés - 0,001 µm-től 0,05 m-ig terjedő pórusok;
• fordított ozmózis és nanoszűrés – 1 nm-es és kisebb pórusok.

A víz ultraszűrését úgy tervezték, hogy eltávolítsa belőle a mikroorganizmusokat és a makroszkopikus zárványokat, amelyek nem jutnak át a membrán pórusain.

A visszatöltő szűrők hagyományos mechanizmusa a gravitációs tisztításon alapul. Az ultraszűrés hasonló a porózus szitán való átszitáláshoz, ahol minden nagyobb átmérőjű részecskét elválasztanak.

Membrántípusok

A szűrőelemek sík lapok vagy szálak kapillárisokkal. Az előbbieken keresztül elsősorban a szennyvíz ultraszűrését végzik, az utóbbiakat pedig arra szánjákvízkezelés.

A szálak főként egycsatornásak, körülbelül 0,8 mm belső átmérővel. Gyakran vannak kitéve stressznek, és visszamosással elpusztíthatók. A többcsatornás rostok több kapillárist tartalmaznak, és lényegesen erősebbek.

A membránok polimerekből, például poliészterszulfonból készülnek. Paraméterei más szintetikus anyagok hozzáadásával változtathatók. A feldolgozott folyadékok széles pH-tartománya lehetővé teszi a szűrőelemek hatékony tisztítását.

A polimer membránokat rendszeresen fertőtleníteni kell, mivel a mikrobák szeretnek szerves anyagokat felfalni, és kolóniákat alkotnak rajta.

Hosszan tartó kerámia membrán, amely tisztítószerekkel jól mosható. Az ára magasabb, de az élettartama eléri a 10 évet.

Szűrési módszerek

Az ultraszűrő vízrendszer üreges porózus szálakkal töltött modulokból áll. A kezdeti folyadék belép a kapillárisokba, majd az oldalfalakon keresztül szűrés történik. Fordított feed is lehetséges.

Az öblítést a szűrlet végzi az ellenkező irányú adagolásával. A folyadék egyenletes eloszlása a szálakon kívül biztosítja a lerakódások eltávolítását a kapillárisokból. Itt fontos a megfelelő öblítési mód kiválasztása, hogy a szennyezőréteg könnyebben eltávolítható legyen.

A szűrők két üzemmódban működnek, amelyek közül az egyik nyomás: víz kerül a készülék burkolatába nyomás alatt. A merítési módszert nyitott tartályba süllyesztett membránokkal hajtják végre. Vákuum jön létre a kimeneti oldalon, és a folyadékot átszívják a szűrőanyagon.

A modulok függőlegesen vannak elrendezve. A víz az egyik végükről belép beléjük, a másik végéről kiürül. Az egy szűrőben lévő modulok száma általában nem haladja meg a két egységet. Emiatt kevesebb tömítésre van szükség, ami csökkenti a szivárgások valószínűségét. A függőleges modulok karbantartása és tesztelése kényelmes. Könnyen telepíthetők és eltávolíthatók.

Szűrési módok

A víz ultraszűrése során a szűrők zsákutcában és érintőleges üzemmódban is működhetnek. Az első esetben az összes szállított víz megtisztul. A membránról a lerakódásokat időszakonként eltávolítják az öblítési folyamat során vagy a leeresztő árammal. A membrán gyorsan szennyeződik, és a rajta keresztüli nyomásesést alacsonyan kell tartani, ami csökkenti a készülék teljesítményét. A módszert vízkezelésre használják, alacsony koncentrációjú szuszpenziókkal.

Tangenciális módban a szűrt közeg a membrán felületén kering, és kis lerakódások képződnek rajta. Az áramlás turbulenciája az ellátó csatornában lehetővé teszi a víz tisztítását nagy koncentrációjú lebegőanyaggal. Ennek a módszernek a hátránya az energiaköltségek növekedése a nagy áramlási sebesség létrehozásához, valamint a további csővezetékek telepítésének szükségessége.

Ultraszűrési paraméterek

Az ultraszűrés fő paraméterei:

1. Szelektivitás – a szennyeződések koncentrációjának arányaszennyezett víz (C_in.) és a szűrletben (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Az ultraszűrési folyamathoz nagy méretű, ami lehetővé teszi a legkisebb részecskék, köztük a baktériumok és vírusok befogását.}
2. Szűrő fogyasztás – a tisztított víz mennyisége egységnyi idő alatt.
3. Fajlagos szűrletfelhasználás - a membránfelület 1 m2-án áthaladó termék mennyisége. A szűrőelem jellemzőitől és a forrásvíz tisztaságától függ.
4. Membránnyomásesés – a tápoldali és a szűrletoldali nyomás közötti különbség.
5. A permeabilitás a szűrlet fajlagos áramlási sebessége és a membránon áthaladó nyomásesés közötti arány.
6. Hidraulikus hatásfok - a szűrlet áramlási sebessége és a betáplált forrásvíz aránya.

Ultraszűrés a vízfertőtlenítéshez

A mikroorganizmusok eltávolításának hagyományos módszerei közé tartoznak a reagenseket használó technológiák. A víz ultraszűrése a mikroorganizmusok és kolloidok fizikai elválasztásából áll a membrán pórusainak kis mérete miatt. A módszer előnye a mikroorganizmusok, algák, szerves anyagok és mechanikai részecskék tetemeinek eltávolítása. Ugyanakkor nincs szükség speciális vízkezelésre, amely más esetekben kötelező. Mindössze annyit kell tennie, hogy átfuttatja egy 30 mikronos mechanikus szűrőn.

Szűrők vásárlásakor meg kell határoznia a membránok pórusméretét. A vírusok teljes eltávolításához a lyuk átmérőjének 0,005 µm-nek kell lennie. Nagy pórusméreteknél a fertőtlenítő funkciónem fut.

Ezenkívül az ultraszűrő technológia víztisztítást biztosít. Az összes lebegő szilárd anyagot teljesen eltávolítjuk.

Az ultraszűrő vízszerelés párhuzamosan kapcsolt eszközöket tartalmaz, amelyek biztosítják a folyamat szükséges teljesítményét és a működés közbeni cseréjének lehetőségét.

Víztisztítás ioncserélő szűrők előtt

A gyanta hatékonyan tartja vissza a 0,1-1,0 µm-es kolloid részecskéket, de gyorsan eltömítik a szemcséket. Az öblítés és a regeneráció itt nem sokat segít. Különösen nehéz eltávolítani a SiO_{2 részecskéket, amelyek különösen nagy mennyiségben fordulnak elő a kutakban és a folyóvizekben. Az eltömődés után a gyanta mikroorganizmusokat kezd szaporítani a tisztítóoldatokkal nem mosott helyeken.}

Az ioncserélőket szintén aktívan eltömítik az emulgeált olajok, amelyeket nem lehet eltávolítani. Az eltömődés olyan súlyos, hogy könnyebb szűrőt cserélni, mint leválasztani róla az olajat.

A gyanta szűrőszemcséit aktívan eltömik a nagy molekulatömegű vegyületek. Az aktív szén jól eltávolítja őket, de rövid az élettartama.

Az ioncserélő gyanták az ultraszűréssel együtt hatékonyan eltávolítják a kolloidok több mint 95%-át.

Vízkezelés – ultraszűrés fordított ozmózis előtt

Az üzemeltetési költségeket csökkenti a szűrők fokozatos beszerelése, a visszatartott részecskék méretének egymás utáni csökkentésével. Ha az ultraszűrő modul elé durvább tisztítást szerelnek be, akkor az növeli a fordított ozmózisos rendszerek hatékonyságát. Ez utóbbiak érzékenyek az anionos és nem ionos flokkulálószerekre, ha a szennyeződések koagulációját az előzetes szakaszban végezzük.

A nagy molekulájú szerves anyagok gyorsan eltömítik a fordított ozmózisú membránok pórusait. Gyorsan benőnek mikroorganizmusokkal. A víz előszűrése minden problémát megold, és fordított ozmózis esetén költséghatékony.

Szennyvízkezelés

Az ultraszűrős szennyvízkezelés lehetővé teszi a szennyvíz újrahasznosítását az iparban. Mérnöki használatra alkalmasak, és az ivóvíz céljára szolgáló nyílt víztestek technogén terhelése is csökken.

A membrántechnológiákat a galvanikus és textilgyártásból származó szennyvizek tisztítására, élelmiszeriparban, vaseltávolító rendszerekben, karbamid, elektrolitok, nehézfémvegyületek, olajtermékek stb. oldatokból történő eltávolításánál alkalmazzák. kezelést és leegyszerűsíti a technológiát.

Az alacsony molekulatömegű szennyeződésekkel az ultraszűrés tiszta termékkoncentrátumokat eredményez.

Különösen fontos az emulgeált olajok víztől való elválasztásának problémája. A membrántechnológia előnye a folyamat egyszerűsége, az alacsony energiafogyasztás és a vegyszerek hiánya.

Felszíni vízkezelés

A csapadék és a szűrés korábban hatékony módja volt a víz tisztításának. Itt hatékonyan távolítják el a természetes eredetű szennyeződéseket, de most megjelentek a technogén szennyező anyagok, amelyek eltávolításáraegyéb tisztítási módszerek szükségesek. Különösen sok problémát okoz a víz primer klórozása, amely szerves klórvegyületeket képez. A további tisztítási lépések aktív szénnel és ózonozással növelik a víz költségét.

Az ultraszűrés lehetővé teszi, hogy ivóvizet közvetlenül felszíni forrásokból nyerjen: az algákat, mikroorganizmusokat, lebegő részecskéket és egyéb vegyületeket eltávolítják belőle. A módszer előzetes koagulációval hatékony. Ugyanakkor nincs szükség hosszú ülepítésre, mivel nem szükséges nagy pelyhek kialakulása.

A víz ultraszűrésének telepítése (az alábbi kép) lehetővé teszi a tisztított víz állandóan jó minőségű elérését összetett berendezések és reagensek használata nélkül.

A koagulációs módszerek alkalmazása egyre hatástalanabbá válik, mert a vízben lévő sok szerves vegyületet nem mutatják ki a hagyományos kálium-permanganát oxidációs módszerrel. Ezenkívül a szervesanyag-tartalom nagyon változó, ami megnehezíti a reagensek kívánt koncentrációjának kiválasztását.

Következtetés

A víz membránokon keresztül történő ultraszűrése lehetővé teszi a kívánt tisztaság elérését minimális reagensfelhasználással. A tisztítás utáni szennyvíz ipari célokra használható.

Az ultraszűrés nem mindig hatékony. A módszer nem teszi lehetővé bizonyos anyagok, például szerves klórvegyületek és néhány huminsav eltávolítását. Ilyen esetekben többlépcsős tisztítást alkalmaznak.