Ръководство за процеса на ултрафилтрация при пречистване на вода

Ултрафилтрационна обработка на вода е високотехнологично мембрана-базиран метод за пречистване на вода, който премахва бактерии, вируси, плаващи твърди частици и макромолекулни замърсители. Този метод на филтриране, задвижван от налягане, използва полупропускливи мембрани с пори с ширина между 0.002 и 0.1 микрометра. Тези мембрани могат да премахнат до 99.999% от бактериите, като същевременно запазят важни минерали. Тази технология се използва все повече във фармацевтичната, хранително-вкусовата, електронната и обществените водоснабдителни индустрии, за да отговаря на строги стандарти за качество на водата и да подобрява дългосрочната оперативна ефективност.

Разбиране на основите на технологията за мембранна филтрация

Ултрафилтрационната мембрана не използва химични процеси, за да работи; вместо това, тя използва физическо разделяне. Малките отвори позволяват на водните молекули и разтворените йони да преминават лесно, но по-големите частици се забиват. Тази селективна бариера работи без използване на много енергия или добавяне на химикали, така че е безопасна за земята.

Различни мембранни материали се използват за различни цели. PVDF (поливинилиден флуорид) и PAN (полиакрилонитрил) мембраните са много устойчиви на химикали и работят добре в диапазони на pH от 2 до 12. Тези изкуствени материали могат да се справят с тежки промишлени условия, като например обработка на отпадъчни води от нефтени продукти и повторно използване на вода за промиване при галванично покритие. Целулозно-ацетатните екрани работят най-добре в по-малки диапазони на pH (от 4 до 6) и са подходящи за ситуации, които изискват нежна грижа.

За да работи най-добре процесът на филтриране, водата, която постъпва в него, трябва да отговаря на определени условия. Температурата на захранващата вода има голямо влияние върху пропускливостта на мембраната. При 25 градуса по Целзий мембраната е най-пропусклива. Когато нивата на мътност са под 5 NTU, мембраните не се запушват твърде рано и времето за ремонт се удължава. За да се предотврати счупване на мембраната, суспендираните твърди вещества и някои заредени колоиди трябва първо да бъдат третирани чрез промяна на pH или чрез коагулация.

Мембранната структура премества водата през нея под налягане между 0.1 и 0.5 MPa. В сравнение със системите за обратна осмоза, които обикновено работят при 15 до 70 бара, това относително ниско изискване за налягане се откроява. По-ниското потребление на енергия води директно до по-ниски оперативни разходи и по-малък въглероден отпечатък, което е много важно за големи обекти и собственици, които искат да спестят пари.

Как ултрафилтрацията премахва замърсителите, като същевременно запазва качеството на водата

Ултрафилтрацията се различава от технологиите за по-дълбоко пречистване, защото може едновременно да премахва замърсителите и да задържа минералите във водата. Мембраната филтрира частиците, като същевременно пропуска калций, магнезий и второстепенни минерали. Използва се за пречистване на повърхностни води, които съдържат водорасли, бактерии и мътност. Тази селективна пропускливост прави питейната вода безопасна за микробите и няма плоския вкус, характерен за деминерализираната вода.

Ултрафилтрационните системи намаляват мътността на водата в общинските пречиствателни станции от 0.5 NTU на 0.05 NTU. Това е десет пъти по-добре от обикновената пясъчна филтрация, която обикновено се поддържа стабилна на около 1 NTU. Много чистите отпадъчни води не се нуждаят от много почистване след получаването им, така че е необходим по-малко хлор и по-малко дезинфектант.Продукти са направени.

Степента на отстраняване на бактерии винаги е по-висока от 99.99%, а степента на отстраняване на вируси е 99.999%. Тези линейни стойности на намаляване отговарят на строги стандарти за производство на лекарства и надхвърлят препоръчаното от Световната здравна организация за питейна вода. За диализа болниците използват ултрафилтрационни устройства с медицински клас, тъй като дори малки количества бактериални ендотоксини могат да бъдат много опасни за пациентите.

Отстраняват се 60% до 80% от големите молекулярни органични молекули, като протеини, въглехидрати и хуминови киселини. Въпреки че част от разтворения органичен въглерод преминава през бариерата, премахването на протеините, които причиняват цвят и мирис, прави водата да изглежда и да мирише много по-добре. Това качество е много важно за производителите на напитки, защото предотвратява появата на странични вкусове, без да отнема нито един от минералите, които са полезни за продуктите.

Процесът на мембранно разделяне генерира концентриран поток, съдържащ отхвърлени замърсители. В зависимост от дизайна на системата и степента на възстановяване, този концентрат обикновено представлява от 5% до 15% от обема на захранващата вода. Методите за обезвреждане варират в зависимост от вида на замърсителя и местните разпоредби, вариращи от изхвърляне в канализацията до изпаряване или допълнително третиране за оползотворяване на ресурсите, като всички те са неразделни съображения. ултрафилтрационно пречистване на вода приложения.

Индустриални приложения в различни сектори

Устройствата за пречистване на вода са важни за производителите на храни и напитки, за да гарантират безопасността и консистентността на продуктите си. Ултрафилтрационните устройства се използват като първа стъпка в производството на бутилирана вода. Те премахват бактериалните опасности, като същевременно запазват естествените минерални профили, които клиентите, загрижени за здравето, харесват. Мембранната филтрация се използва в млечните предприятия за стандартизиране на технологичната вода и съставките и получаване на точни съотношения на протеини, без да се увреждат протеините чрез топлина.

Вода, която отговаря на стандартите на Американската фармакопея и правилата за добра производствена практика, е необходима във фармацевтичните и изследователските заводи. Ултрафилтрационните устройства пречистват водата, преди да премине през системи за обратна осмоза и електродейонизация. Те предотвратяват запушването на оборудването след производството и намаляват количеството биологично натоварване. Между производствените цикли, процесите на почистване на място поддържат нещата чисти, което гарантира спазването на правилата за валидиране и безопасността на продукта за употреба.

За производството на полупроводници и слънчеви клетки, производителите на електроника се нуждаят от ултрачиста вода. Микрочастиците могат да повредят електрическите вериги и да причинят загуби на мощност, така че процесите на почистване на чипове могат да се справят с нулево замърсяване с частици. Интегрираните мембранни системи, които използват ултрафилтрация, обратна осмоза и електродейонизация, могат да постигнат стойности на съпротивление по-високи от 18 мегаома-сантиметра, отговаряйки на най-строгите изисквания за чистота.

Галванопластиковите заводи трябва да спазват по-строги правила за отделяне на тежки метали и технологични химикали. Технологията за ултрафилтрация в системите за пречистване на вода позволява рециклиране на водата за изплакване, което намалява нуждата от прясна вода със 70% до 90%. Извличането на метали се извършва от концентрирани потоци, което превръща разходите за изхвърляне на боклука в печелившо рециклиране на материали.

За системите за захранване на котли, електроцентралите използват оборудване, което произвежда ултрачиста вода. Когато котлен камък се образува по повърхностите за топлопренос, това намалява ефективността на топлопреноса и води до катастрофални повреди на тръбите. Йонообменните смоли, по-нататък по линията, се поддържат чисти от мембранни филтрационни системи. Това увеличава живота на смолите и намалява количеството необходими химикали за обновяване. Атомните електроцентрали използват два комплекта почистващи влакове, за да гарантират, че винаги имат достъп до студена вода.

Ултрафилтрацията се използва все по-често като предварителна обработка на мембрани за обратна осмоза в проекти, които обезсоляват морска вода. За да се справят с продължаващата липса на прясна вода, крайбрежните градове и островните държави инвестират в мащабни филтрационни съоръжения. Ултрафилтрацията премахва водорасли, парчета медузи и разтворени твърди вещества, които иначе биха повредили скъпите елементи за обратна осмоза. Това защитава капиталовите инвестиции и гарантира, че системата работи правилно.

В сухите райони фермите пречистват солените подпочвени води, за да могат да се използват за поливане. Използването на мембранни процеси за понижаване на нивата на сол прави възможно отглеждането на култури на места, които преди не са били подходящи. Ултрафилтрационните агрегати се използват в местата за марикултури за почистване на течащите водни системи. Това държи микробите под контрол и химичния състав на водата на правилното ниво за здравето на морските видове.

Оперативни предимства, водещи до внедряване на технологии

Сравняването на това колко енергия използват различните неща показва силни икономически ефекти. Обикновено, за да се извърши коагулация-утаяване-филтрация, са необходими повече от един етап на изпомпване, моторизирани миксери и по-дълго време на задържане. Ултрафилтрационна обработка на вода работи също толкова добре или по-добре от традиционните методи, като използва само 30% до 50% от енергията. След инсталирането на мембранни системи, годишните разходи за енергия в местна водоснабдителна станция, която обслужва 100 000 души, намаляха с 40%, което показва бърза възвръщаемост на инвестицията.

Човешките грешки и количеството работа, което трябва да се свърши, се намаляват чрез автоматизация. Логическите контроли, вградени в съвременните ултрафилтрационни устройства, следят трансмембранното налягане, дебитите, мътността и времето на цикъла на почистване. Инструментите за дистанционно проследяване позволяват на инженерите да следят много съоръжения от едно място, което улеснява управлението на множество места. Програмите за прогнозна поддръжка разглеждат моделите в производителността, за да планират кога да сменят частите, преди да се повредят.

Дизайните с малки размери работят добре в системи с ограничено пространство и гъвкави планове за растеж. Вертикалните мембранни стелажни системи използват една трета по-малко пространство, отколкото обикновените пречистватели и филтърни легла. Тази пространствена ефективност е особено полезна за пречиствателни станции за вода в градове, заобиколени от граници на имоти, и за фабрики, които работят в райони, където недвижимите имоти са скъпи. Системите, монтирани на плъзгащи се платформи, се доставят вече сглобени и тествани, което съкращава времето за разполагането им на място от месеци на седмици.

В сравнение с традиционното третиране, се използва много по-малко химикали. Химикали като коагуланти, флокуланти и регулатори на pH се използват редовно и добавят разтворени твърди вещества към крайната вода. Химическото третиране изобщо не е необходимо или е значително намалено в мембранните филтърни системи, защото те работят на идеята за физическо разделяне. Тази простота улеснява управлението на доставките и намалява рисковете от работа с опасни материали.

Въпреки че захранващата вода се променя, стабилността на качеството на водата остава същата. Сезонният цъфтеж на водорасли, причинените от бури пикове на мътност и промяната на изходната вода могат да затруднят работата на традиционните методи за почистване. Често операторите трябва да се намесят и да направят промени в процеса. Ултрафилтрационните мембрани напълно блокират частиците токсини, дори ако процентът се промени. Това поддържа качеството на оттичащата се вода стабилно, без да е необходимо постоянно внимание от страна на потребителя.

Справяне с оперативните предизвикателства и изискванията за поддръжка

Замърсяването на мембраната е основният практически проблем, който влияе върху ефективността и цената на системата. С натрупването на органична материя се получава изкуствено образуване на котлен камък и живите организми растат; те забавят потока на вода през отворите на мембраната. Замърсяването, което не се отстранява, води до повишаване на трансмембранното налягане и спад на дебита с 30% до 50% през първите няколко часа работа, което означава, че трябва да се извърши почистване.

Различните видове вода имат различни процеси на замърсяване. Органичното замърсяване се случва най-вече в повърхностни води, които съдържат растения и естествени органични вещества. Калциевият карбонат и калциевият сулфат се утаяват в много твърди подземни води. Това причинява изкуствено образуване на котлен камък. Биофилмът расте, когато е топло и водата е пълна с хранителни вещества. Това е мястото, където групи бактерии колонизират мембранните повърхности и освобождават извънклетъчни полимерни вещества.

В процедурите за почистване се използват както физични, така и химични методи. Хидравличното обратно промиване обръща потока, за да отстрани частиците, натрупани по повърхностите на мембраните. Въздушното почистване въвежда мехурчета, създавайки турбулентност и сили на срязване, които спомагат за отделянето на частиците. Химическото почистване използва алкални разтвори за органични натрупвания, киселинни разтвори за котлен камък и окислители за биологични замърсявания. В зависимост от качеството на захранващата вода, обратното промиване може да се извършва ежедневно, докато химическото почистване може да се изисква месечно. ултрафилтрационно пречистване на вода настройки.

При нормални работни условия и процедури за ремонт, мембраната може да издържи от пет до седем години. Агресивните почистващи препарати, големите разлики в налягането и контактът с хлор ускоряват разрушаването на мембраните. Операторите балансират колко добре почистват мембраните с това колко дълго издържат, и правят това, като проследяват възстановяването на флюса и тестват целостта, за да намерят най-добрите методи.

Първоначалната парична инвестиция е с 20% до 40% по-висока от цената на обикновена система за пречистване. Мембранните модули, резервоарите под налягане, сензорите и системите за управление струват много пари първоначално. Въпреки това, проучванията на разходите за целия жизнен цикъл, които включват неща като по-ниски нужди от работна ръка, по-малки площи, по-малко потребление на енергия и по-малко използвани химикали, често показват положителни нетни текущи стойности. Когато разглеждат различни опции за пречистване на водата, вземащите решения отдават по-голямо значение на общата цена на притежание, отколкото на първоначалната покупна цена.

Сравняване на ултрафилтрацията с алтернативни технологии за третиране

Микрофилтрацията има пори с ширина между 0.1 и 10 микрометра, така че разделя нещата по-неясно от ултрафилтрацията. Този по-груб филтър премахва бактериите, но пропуска вирусите, така че може да се използва само преди третиране или в процеси, където не е необходимо премахване на вируси. Ултрафилтрационните системи имат сходни работни скорости и енергийни нужди, така че не предлагат голяма икономическа полза, въпреки че не могат да разделят нещата толкова добре.

Чрез разделяне на молекулите на молекулярно ниво, обратната осмоза премахва разтворени соли, метали и малки органични молекули. Полупропускливите бариери блокират частици с размер до 0.0001 микрометра, което прави деминерализираната вода подходяща за ултрачиста употреба. Но обратната осмоза работи при много по-високи температури и изисква три до пет пъти повече енергия от ултрафилтрацията. Оптималното приложение на технологията е, когато премахването на разтворени твърди вещества оправдава по-високите разходи.

Конвенционалният пясъчен филтър е евтин начин за намаляване на мътността, но не блокира напълно бактериалните замърсители. Канализирането на филтърното легло, разграждането на филтърната среда и инцидентите с повреда могат да променят качеството на отпадъчните води по непредсказуеми начини. Въпреки че технологията все още може да се използва в ситуации, където малки промени в качеството са приемливи, мембранните системи стават все по-популярни с по-строгите регулаторни стандарти.

Адсорбцията с активен въглен е много добра за премахване на органични химикали като пестициди, лекарства и съединения, които променят вкуса и миризмата на нещата. Технологията работи с мембранно филтриране, а не срещу него, и често се използва като стъпка за почистване в пречиствателни линии. Адсорбцията с активен въглен не премахва микробите и трябва да се подменя от време на време, защото местата за адсорбция се запълват, което създава потоци от отпадъци.

Микроорганизмите се унищожават чрез ултравиолетово почистване, защото то уврежда тяхната ДНК, без да се добавят никакви химикали. Технологията работи добре като краен дезинфектант, но не премахва частици, разтворени органични вещества или мъгла. Пречиствателните станции често използват едновременно ултрафилтрационни и ултравиолетови системи, като се възползват максимално от най-добрите страни на всяка от тях, за да гарантират, че качеството на водата е напълно безопасно.

Заключение

Ултрафилтрационното пречистване на вода осигурява доказана производителност в различни промишлени, общински и търговски приложения. Способността на технологията да премахва микробиологични замърсители и суспендирани твърди частици, като същевременно запазва полезните минерали, я позиционира като оптимално решение за операции, ориентирани към качеството. Енергийната ефективност, възможностите за автоматизация и компактният дизайн осигуряват убедителни икономически предимства пред конвенционалните методи за пречистване. Разбирането на оперативните изисквания, протоколите за поддръжка и специфичните за приложението съображения позволява информиран избор на технология. С затягането на разпоредбите за качеството на водата и засилването на приоритетите за устойчивост, мембранните системи за пречистване продължават да набират популярност на световните пазари.

Партнирайте с Morui за усъвършенствани решения за ултрафилтрационно пречистване на вода

Избор на опитен ултрафилтрационно пречистване на вода Производителят гарантира производителност, надеждност и дългосрочна поддръжка на системата. Guangdong Morui Environmental Technology Co., Ltd. предлага цялостни решения за пречистване на вода, подкрепени от 14 клона, 500 служители и 20 специализирани инженери. Нашите интегрирани възможности обхващат производство на мембрани, изработка на оборудване, монтаж, въвеждане в експлоатация и текущо Техническа поддръжкаНие разработваме персонализирани системи, насочени към предизвикателствата, свързани с промишлените отпадъчни води, нуждите от питейна вода на общините, проекти за обезсоляване на морска вода и специализирани приложения във фармацевтичния, хранително-вкусовата, електрониката и енергийния сектор. Свържете се с нашия технически екип на benson@guangdongmorui.com за да обсъдим вашите цели за качество на водата и да получим експертни насоки за оптимално проектиране на системата.

Източници

1. Критенден, Дж. К., Тръсъл, Р. Р., Ханд, Д. У., Хау, К. Дж. и Чобаноглус, Г. „Пречистване на вода на MWH: Принципи и дизайн, трето издание“. John Wiley & Sons, 2012 г.

2. Мълдър, М. „Основни принципи на мембранната технология, второ издание.“ Kluwer Academic Publishers, 1996.

3. Стратман, Х. „Въведение в мембранната наука и технологии“. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2011.

4. Сингх, Р. „Мембранна технология и инженерство за пречистване на вода: Приложение, проектиране и експлоатация на системи, второ издание.“ Butterworth-Heinemann, 2015.

5. Бейкър, Р. В. „Мембранна технология и приложения, трето издание“. John Wiley & Sons, 2012.

6. Американска асоциация на водоснабдителните предприятия. „Микрофилтрационни и ултрафилтрационни мембрани за питейна вода (M53): Ръководство на AWWA за практики във водоснабдяването.“ Американска асоциация на водоснабдителните предприятия, 2005 г.