Что лучше выбрать для водоочистки фильтрующие загрузки или мембраны?

По сравнению с классическими технологиями водоочистки, мембраны относятся к классу инновационной продукции.


Основные преимущества мембранОсновные недостатки мембран
  • стабильно высокое качество очищенной воды благодаря тонкости фильтрации;
  • длительный срок службы (для керамичеких мембран не менее 10 лет);
  • широкий ассортимент мембран (как по материалу, так и размеру пор);
  • возможность подобрать решение для любой задачи по очистке воды;
  • мембрана исключает попадания примесей в очищенную воду в отличие от ситем на базе активированного угля, ионообменных смол и др.;
  • сравнительно низкие эксплуатационные затраты;
  • компактность исполнения систем очиски;
  • отсутствие необходимости в дополнительном обеззараживании воды;
  • возможность быстро ввести систему в эксплуатацию.

  • средний срок службы полимерных мембран составляет 1,5-2 года;
  • высокая стоимость;
  • необходимость строгого соблюдения периодических промывок и очисток;
  • излишне высокая тонкость фильтрации может являтся негатиным фактором на некоторых производствах.


Ниже в таблице приведена сравнительная характеристика различных систем фильтрации


Наименование системыУдаляемые вещества
Взвеси

Органические

соединения

Ионы

тяжелых металлов

Запахи
Система с активированным углемДо 10 мкм++/-+
Система с песчаной засыпкойДо 20 мкм-+/-+/-
МикрофильтрацияДо 0,2 мкм-+/--
УльтрафильтрацияДо 0,01 мкм+ (до 20 кДа)++
Нанофильтрация и обратный осмосДо 0,0001 мкм+++
Картридж (полипропилен)До 0,2 мкм---
Картридж (уголь)До 0,2 мкм++/-+


Применение керамических мембран

Применение керамических мембран на комбинате общественного питания ФГУП "Адмиралтейские верфи" (г. Санкт-Петербург)



 Показатель качества воды

Нормативы (ПДК) *, не более

Показатели до очистки

Показатели после очистки

1

2

3

4

Общие показатели

Водородный показатель,

единицы рН

в пределах 6-9

8

7

Общая минерализация (сухой остаток), мг/л

1000 (1500)

700

300

Жесткость общая,ммоль/л

7,0 (10)

3,2

1,2

Окисляемость перманганатная,мг/л

5,0

3,0

2,0

Нефтепродукты суммарно,

 мг/л

0,1

0,2

0.05

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), анионоактивные,мг/л

0,5

0,8

0,2

Фенольный индекс, мг/л

0,25

0,35

н/о

Неорганические вещества

Алюминий (А13+),мг/л

0,5

0,4

0,05

Железо (Fе суммарно),мг/л

0,3 (1,0)

2,0

0,1

Железо (Fе2+),мг/л

0,1 (0,3)

0,7

0,03

Железо (Fе3+),мг/л

0,2 (0,7)

1,3

0,07

Медь (Сu суммарно)мг/л

1,0

0,45

0,1

Свинец (Pb суммарно), мг/л

0,03

0,05

0,001

Хром (Cr 6+), мг/л

0,05

0,02

н/о

Цинк (Zn 2+), мг/л

5,0

8,0

0,05



Вещества, поступающие и образующиеся в процессе обработки воды

в системе  водоснабжения

Хлор:

остаточный свободный,мг/л

остаточный связанный,мг/л

 

0,30,5

0,81,2

 

0,7

1,8

 

0,02

0,05

Хлороформ (при хлорировании воды),мг/л

 

0,2

 

0,3

 

0,05

Полиакриламид,мг/л

2,0

2.4

0,5

Активированная кремнекислота (по Si),мг/л

        1,0

8

0,5

Органолептические показатели

Запах, баллы

2

2,5

0

Привкус, баллы

2

2.5

0

Цветность, градусы

20 (35)

15

5

Мутность, (ЕМФ)

 2,6 (3,5)

2,5

0,05

* Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно-эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.


Как видно из таблицы, керамические мембраны позволяют удалить из воды микроорганизмы, понизить содержание соединений хлора, провести частичное умягчение воды, сделать воду прозрачной и повысить её вкусовые качества. Очистка воды от тяжёлых металлов Pb (свинец), Cu (медь)  и других достигает 70 98 % в зависимости от состава воды, содержания в ней гуминовых соединений, соединений железа.


Керамические мембраны позволяют создавать различные по производительности стационарные и передвижные установки для получения питьевой воды высокого качества. Установки просты и надёжны в эксплуатации, не требуют химических реагентов, имеют минимальное потребление электроэнергии.


В отличие от нанофильтрационных и обратноосмотических систем эксплуатация микрофильтрационных и ультрафильтрационных установок осуществляется при более низком рабочем давлении (1 4 атм.) Такое давление действительно имеется в реальных системах городского и поселкового водоснабжения, и, следовательно, работа этих фильтров происходит в соответствии со стандартными техническими требованиями.


Ультрафильтрация. Два режима фильтрования (тангенциальный и тупиковый).

Фильтрование на полимерных и керамических ультрафильтрационных мембранах может осуществляться в двух режимах:

  1. Режим тангенциального фильтрования (проточный режим);
  2. Тупиковый режим

Режим тангенциального фильтрования (с циркуляцией фильтруемой среды) используется для предотвращения чрезмерного роста отложений на поверхности мембраны. Диаграмма потоков при таком режиме:


Тангенциальный режим ультрафильтрации


Высокие скорости тангенциального потока создают турбулентности в канале подачи воды, обеспечивая высокую эффективность очистки поверхности от накопленных загрязнений, что особенно эффективно для воды с высоким содержанием нерастворимых взвесей. Основным недостатком такой системы является необходимость использования дополнительного мощного насоса для обеспечения требуемой скорости потока и трубопроводов обвязки, что приводит к увеличению капитальных и энергозатрат.


В тупиковом режиме фильтрования вся подающаяся в ультрафильтр вода (или бóльшая ее часть) фильтруется через мембрану. Загрязнения удаляются с потоком дренажа и при промывке обратным током фильтрата. Диаграмма потоков при тупиковом режиме:


Тупиковый режим ультрафильтрации


Чтобы избежать быстрого загрязнения мембраны, ультрафильтрацию в тупиковом режиме обычно проводят при меньших значениях трансмембранного давления, чем в случае тангенциальной фильтрации. Это приводит к уменьшению производительности аппарата по фильтрату. Тупиковый режим применяется в большинстве случаев, относящихся к водоподготовке, т.к. содержание взвесей в основной массе источников водоснабжения значительно ниже, чем в таких традиционных областях применения тангенциального режима фильтрования, как концентрирование крахмала и белков.

Более подобно про ультрафильтрацию читайте здесь.



Ультрафильтрация воды

Ультрафильтрация для обеззараживания воды— это относительно новый способ, который набирает всё большую популярность в сфере борьбы с микроорганизмами. Эффективный и комплексный метод обеззараживания воды, но на самом деле известен уже давно. Просто другой способ — реагентное обеззараживание воды являются более старым, но и менее совершенными — с некоторых точек зрения.

Ультрафильтрация — это способ очистки воды, одновременно безреагентная дезинфекция и осветление воды. При ультрафильтрации из воды удаляются нерастворимые примеси.


Принцип ультрафильтрации состоит в том, что через полупроницаемую керамическую мембрану под определённым давлением продавливается вода. Поры мембраны меньше по размерам, чем вирусы и прочие нерастворимые примеси. Соответственно, всё, что больше вирусов отсекается мембраной.


Поскольку в воде очень много вирусов, бактерий, паразитов и прочих микроорганизмов, то можно говорить, что при ультрафильтрации происходит дезинфекция воды. Обеззараживание воды с помощью ультрафильтрации отличается рядом особенностей, например, по сравнению с ультрафиолетовым излучением, озонированием или хлорированием воды. Так, если сравнивать озонирование, хлорирование и ультрафильтрацию, то первое, что бросается в глаза — это безреагентность обеззараживания с помощью ультрафильтрации.


ультрафильтрация


То есть, при помощи ультрафильтрации происходит почти стопроцентное удаление паразитов, бактерий, спор бактерий, вирусов без применения реагентов. Одновременно с этими загрязнениями удаляются и трупы бактерий, паразитов, колонии водорослей, органические вещества, механические примеси — что составляет разницу между ультрафильтрацией и ультрафиолетовым излучением. Так, ультрафиолетовое излучение действительно убивает многих бактерий. Но трупы этих микроорганизмов остаются в воде.


Соотношение между отсекаемым молекулярным весом (MWCO, Да) и размерами пор ультрафильтрационной мембраны:


MWCO, Дамкм (микрон)нм (нанометр)А (ангстрем)
1 000 0000,11001 000
500 0000,0220200
100 0000,0110100
50 0000,0044,040
10 0000,00252,525
5 0000,00151,515


Кроме того, не следует забывать, что для обработки воды ультрафиолетовым излучением необходима специальная подготовка воды — которая может не проводиться при обеззараживании при помощи ультрафильтрации.


Степень фильтрации на установках ультрафильтрации бывает разной. Это диапазон от 0,01 микрона (десятитысячная миллиметра) до 0,001 микрона. Этот показатель необходимо выяснять при покупке. Так, если производитель говорит, что ультрафильтрация, которую он предлагает, удаляет все вирусы из воды, а размер пор составляет 0,01 микрон, то это неправда. Существуют вирусы и меньшего размера. Для полного удаления вирусов необходимы диаметры примерно 0,005 микрон.


Все зависит от размера пор мембраны. Бактерии, вирусы, споры бактерий, паразиты, яйца паразитов — всё отсеивается на керамической мембране ультрафильтрации, как на сите, потому что перечисленные микробиологические агенты по размерам крупнее, чем ячейки мембраны ультрафильтрации.


Ультрафильтрация — исключительно физический способ очистки воды, без постоянного применения химических реагентов, она эффективнее обеззараживает воду, чем ультрафиолетовое излучение. Кроме того, для обработки воды с помощью ультрафильтрации нет необходимости серьёзно предподготавливать воду. Достаточно 30 микронного предварительного фильтра механической очистки воды.


Свойства ультрафильтрационных мембран зависят от исходных параметров прядильного раствора, из которого формируются полые волокна.

фото ультрафильтрационных мембран

фото ультрафильтрационных мембран

фото ультрафильтрационных мембран


Основной полимер для получения ультрафильтрационных мембран - это полисульфон.


Полисульфон - материал для получения мембран


Большой плюс технологии ультрафильтрации — это комплексная технология. И если химическое обеззараживание и ультрафиолет отвечают за обеззараживание и в какой-то мере слипание частиц, то технология ультрафильтрации кроме обеззараживания выполняет функцию осветления воды. То есть, до очистки вода была мутной и с бактериями, а после неё — прозрачная и продезинфицированная.


Существует две группы аппаратов ультрафильтрации, бытовые и промышленные.


Первая группа — питьевые системы, которые устанавливаются под кухонную мойку. Скорость очистки воды с помощью бытовой системы ультрафильтрации чаще всего составляет 15 - 20 литров в минуту, но бывает и больше. То есть, вода подготавливается в количестве, нужном для питья и приготовления пищи.

То есть, этот аппарат самопромывной и состоит из набора керамических мембран и блока кокосового угольного картриджа на фильтрате, то есть еще удаляет не только бактерии, вирусы, но и хлор, и ядовитые хлор-органические соединения.


Мембраны ультрафильтрации для питьевых систем могут быть керамическими и органическими. Керамические мембраны более долговечны. Однако, и у тех, и у других существует свой ресурс, после которого их нужно заменить. На показатель ресурса так же необходимо обращать внимание при выборе аппарата.

Керамические служат более 10 лет, а органические не более 1 года, так как хлор их просто съедает.


Вторая группа. Если говорить о промышленных ультрафильтрационных установках с большой производительностью — от 500 литров в час, то они предназначены для очистки воды на целый дом, коттедж, квартиру, ресторан, в бассейны, медицинские учреждения, производство, крупные распределители.


Промышленные установки могут собираться в кассеты, а кассеты в каскады производительностью до 150 м2/час и более. В любом из этих случаев используются одинаковые керамические мембранные модули.


Если мембрана не керамическая, а полимерная, или какая ни будь другая, то она нуждается в периодическом обеззараживании. Бактерии любят съедать материал, из которого сделана не керамическая мембрана. Поэтому сначала мембрана превращается в микрофильтрационную, а затем в обычный механический фильтр.


Чтобы этого не происходило, необходимо регулярное обеззараживание мембраны. Частоту обеззараживания мембраны рассчитывают специалисты на основе бактериального анализа воды. А керамическая мембрана может служить практически вечно, так как её не могут повредить бактерии, и она легко может отмываться простыми безвредными моющими средствами (горчичным порошком, содой, соляным или уксусным раствором. Так что, если есть возможность, лучше использовать керамические мембраны, конечно она будет стоить дороже, но служить она будет вам более 10 лет. Экономически вы выиграйте в любом случае.


Итак, почему ультрафильтрация?

  • большой выбор установок по производительности;
  • широкий диапазон давления в трубопроводе;
  • низкое потребление электроэнергии;
  • компактность оборудования;
  • отличные возможности для автоматизации процессов очистки воды и интеграции с другими узлами водоподготовки;
  • эффективная обратная промывка и очистка ультрафильтрационных мембран;
  • высокие показатели по очистке воды от тяжелых металлов, органических соединений, коллоидных частиц, большинства вирусов и бактерий;
  • ультрафильтрация сохраняет необходимые соли воде и позволяет получать физиологически полезную воду.

Выбирайте и покупайте керамические ультрафильтрационные мембраны у нас на сайте!


Если статья была полезной для Вас - поделитесь с друзьями и коллегами. Нам будет приятно, а другим читателям полезно и интересно. Спасибо.

Баромембранные процессы и спектр фильтрации

На рисунке ниже схематично показаны различные типы фильтрации и диапазон задерживаемых частиц.


Спектр фильтрации


Микрофильтрация воды— очистка воды на уровне крупных молекул (макромолекул), таких как частицы асбеста, краска, угольная пыль, цисты простейших, бактерии, ржавчина, песок, крупные частицы ила и т.д.

Микрофильтрация — это мембранная технология очистки воды, которая происходит на мембранах-ситах с диаметром ячеек-пор 0,1-1 микрон. То есть, на таких мембранах удаляются все вещества, которые больше 0,5-1 мкм.


Ультрафильтрация для обеззараживания воды— это относительно новый способ, который набирает всё большую популярность в сфере борьбы с микроорганизмами. Эффективный и комплексный метод обеззараживания воды, но на самом деле известен уже давно. Просто другой способ — реагентное обеззараживание воды являются более старым, но и менее совершенными — с некоторых точек зрения.


Нанофильтрация воды отличается от ультрафильтрации тем, что отверстия-поры в мембране нанофильтрации меньше в 10-50 раз, чем в мембране ультрафильтрации. Давление, требуемое для хорошей нанофильтрации выше в 2-3 раза (минимум 8 атм.), чем для ультрафильтрации (не говоря уже о микрофильтрации). Примерный спектр размеров удаляемых частиц можно узнать из таблицы.


Явление осмоса было открыто при изучении процесса обмена веществ на клеточном уровне у живых организмах, что обеспечивает им поступление питательных веществ внутрь клеток.


Осмос - по разные стороны мембраны находятся солесодержащие растворы с разной концентрацией (в организме это стенка живой клетки). Молекулы воды при таких условиях всегда будут перемещаться через мембрану из слабо концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости, при этом оба раствора находятся под одинаковым внешним давлением.


Разница в высоте уровней двух растворов разной концентрации пропорциональна силе, под действием которой вода проходит через мембрану. Эта сила называется "осмотическим давлением".


Обратный осмос будет наблюдаться, когда на раствор с большей концентрацией солей или примесей воздействовать давлением, превышающее осмотическое, тогда молекулы воды начнут двигаться через мембрану в обратном направлении, из концентрированного раствора в менее концентрированный. По этому принципу и работают все мембраны обратного осмоса.


В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически дистиллированная вода, а загрязнения остаются по другую сторону. Таким образом, обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки воды, чем большинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.


В системах обратного осмоса бытового назначения давление входной воды на мембрану соответствует давлению воды в трубопроводе. В случае, если давление возрастает, поток воды через мембрану также возрастает.


В процессе очищения воды концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может засориться и перестать работать. Для предотвращения этого вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий "рассол" в дренаж.


Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от ряда факторов. Давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды влияют на эффективность работы систем обратного осмоса.


Сравнительная характеристика баромембранных процессов в таблице


Характеристика

Микро-фильтрация

Ультра-фильтрация

Нано-фильтрация

Обратный осмос

Размер пор (микрон)

0,01 — 1

0,001 — 0,01

0,0001 — 0,001

< 0,0001

Размер удаляемых молекул (дальтон, г/моль)

> 100 000

2 000 — 100 000

300 — 1 000

100 — 300

Рабочее давление (бар)

< 2

1,5 — 7

3,5 — 20

15 — 70

Удаление взвешенных частиц

Да (очень мелкие частицы, крупные коллоиды, эмульсии)

Да (коллоиды)

да

да

Удаление растворенных органических веществ

нет

да, высокомолекулярных

да, высокомолекулярных

да

Удаление растворенных неорганических веществ

нет

нет

20 — 85%

95 — 99%

Удаление микроорганизмов

цисты простейших, большие бактерии, водоросли

цисты простейших, бактерии, водоросли, вирусы

все микроорганизмы

все микроорганизмы

Химический состав воды

не изменяется

не изменяется

изменяется

изменяется

Удаление тяжёлых металлов

нет

да, ионы поливалентных тяжелых металлов (свинец, ртуть, кадмий и т.п.)

в некоторых моделях

да

Удаление нитратов, нитритов

нет

нет

в некоторых моделях

да

Умягчение воды

нет

нет

частично

полностью


Структура рынка по способам фильтрации представлена на следующей диаграмме:


Структура рынка по способам мембранной фильтрации

Наиболее популярными являются системы очистки воды, основанные на процессах обратного осмоса, ультрафильтрации и нанофильтрации. Это объясняется селективностью мембран данных видов по сравнению с микрофильтрацией.


Если статья была полезной для Вас - поделитесь с друзьями и коллегами. Нам будет приятно, а другим читателям полезно и интересно. Спасибо.