Мембранная микроультрафильтрация для очистки природных вод.
Ультрафильтрация – мембранный процесс, занимающий по своим селективным характеристикам промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют размер пор от 0,005 до 0,1 мкм и эффективно извлекают из воды тонкодисперсные и коллоидные примеси, высокомолекулярные вещества, водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы. Но при этом они практически не задерживают растворенные в воде соли, что позволяет сохранить естественный солевой состав природной воды. Особенность мембранной технологии ультрафильтрации заключается в том, что задержанные на поверхности мембраны загрязнения удаляются с помощью гидравлических промывок «обратным током» – очищенная вода проходит через мембрану «снизу вверх», размывает осадок и уносит загрязнения. Высокий уровень очистки, достигаемый с помощью ультрафильтрации, позволяет рассматривать этот метод как альтернативу традиционным процессам осветления, фильтрования и обеззараживания.
Применение ультрафильтрации может позволить отказаться от таких технологических процессов, как отстаивание и фильтрование. Используя ультрафильтрационную технологию, можно добиться улучшения степени осветления воды без увеличения дозы коагулянта, а в ряде случаев – достичь снижения мутности, цветности и окисляемости без использования реагентов.
Первое направление использования ультрафильтрации – в качестве альтернативы традиционным методам обеззараживания: обычные ультрафильтрационные мембраны с размером пор 0,01–0,05 мкм служат надежным барьером для патогенных микроорганизмов и вирусов. Они позволяют достичь 99,99%-ного удаления вирусов и цист патогенных микроорганизмов, в том числе Гардии и Криптоспоридиум, и практически 100%-ного задержания бактерий и простейших.
Такие системы ультрафильтрационной очистки главным образом служат для обработки воды из подземных источников неглубокого залегания, их задачей является безреагентное обеззараживание и осветление воды при периодических повышениях мутности и микробиологической загрязненности воды, происходящих после дождей и весеннего снеготаяния.
Второе направление связано с предочисткой перед обратным осмосом в схемах умягчения, опреснения и обессоливании поверхностных вод для нужд питьевого водоснабжения, промышленности и энергетики (см. гл. 31).
Используя ультрафильтрацию вместо традиционной схемы водоподготовки, включающей коагуляцию, отстаивание и многоступенчатое фильтрование, можно получить воду с очень низким содержанием взвешенных и коллоидных веществ и в результате повысить производительность и продолжительность службы обратноосмотических мембран, сократить частоту их химических промывок.
Наибольший интерес представляет третье направление развития ультрафильтрации – использование ее как альтернативного высокотехнологичного процесса в схемах очистки и кондиционирования природной воды. Главное достоинство данной области применения мембранной технологии заключается в возможности получения высоких эффектов очистки без использования дополнительных стадий обработки воды и реагентов.
Развитие технологии изготовления мембран и мембранных элементов, увеличение удельной производительности и долговечности мембран, возможность создания на их основе полностью автоматизированных установок делает мембранные методы очистки воды все более конкурентоспособными по сравнению с традиционными схемами обработки подземных и поверхностных вод, основанных на использовании коагуляции, отстаивания, фильтрования и хлорирования.
Ультрафильтрационные мембраны обеспечивают более тонкую очистку воды от взвешенных и коллоидных веществ, чем скорые фильтры, и вместе с тем позволяют обрабатывать воду с высокой мутностью без ухудшения качества фильтрата. Это обеспечивается благодаря появлению особых конструкций мембранных аппаратов и разработке эффективных методик регулирования параметров работы мембранной установки очистки воды.
Большинство ультрафильтрационных мембран работает при давлениях 0,5–3,0 атм, поэтому в отличие от других мембранных методов – нанофильтрации и обратного осмоса, где требуются относительно высокие рабочие давления, для ультрафильтрации нет необходимости использовать специальные высоконапорные гидравлические системы и особые напорные корпуса, что позволяет удешевить саму конструкцию установок и снизить ее энергопотребление.
Вопросы получение полимерных мембран, конструирования мембранных аппаратов и установок, основные закономерности мембранного переноса представлены в гл. 31.
12.2. Теоретические основы процесса ультрафильтрации
12.3. Конструирование и расчет мембранных установок ультрафильтрации