МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ

В последние десятилетия в области водоподготовки достаточно широко применяются баромембранные методы, которые включают в себя микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию и обратный осмос. Все процессы мембранного разделения характеризуются наличием специального селективно проницаемого барьера между двумя фазами, которым является мембрана (рис. 3.18).

В простейшем представлении мембрана — это пористая перегородка, имеющая близкие по размерам поры. В процессе фильтро-

Схема мембранного процесса осветления воды вания происходит задержание частиц с размерами большими, чем размер пор, в то время как пермеат

Рис. 3.18. Схема мембранного процесса осветления воды вания происходит задержание частиц с размерами большими, чем размер пор, в то время как пермеат («чистая» вода), содержащий частицы меньшего размера, включая молекулы растворителя, способен проходить через поры.

Классификация мембранных методов представлена в табл. 3.1.

Таблица 3.7

Классификация мембранных методов очистки воды

Размер пор, мкм

Виды загрязнений

Молекулярная масса загрязнений

Метод

очистки

воды

1-100

Механические взвеси, окисленные загрязнения

Механическая очистка воды, макрофильтрация

0,1-1

Бактерии,

коллоиды,

взвеси

< 500 000

Микрофильтрация

0,002-0,1

Коллоиды, бактерии, вирусы

10 000-500 000

Ультрафильтрация

0,0001-0,002

Многозарядные ионы, молекулы, вирусы

300-10 000

Нанофильтрация

< 0,0001

Ионы

< 300

Обратный

осмос,

осмос

Микрофильтрация — механическое фильтрование тонкодисперсных и коллоидных примесей размером, как правило, более 0,1 мкм. Обычно элементы микрофильтрации устанавливаются в качестве подстраховки на последних ступенях очистки в комплексах водоподготовки. Микрофильтрация применяется в медицине, пищевой промышленности на предприятиях, производящих алкогольные и безалкогольные напитки, вино, пиво, растительное масло, другие продукты, для очистки воды в системах водоподготовки, фильтрования полуфабрикатов, ингредиентов, различных технологических сред, готового продукта перед розливом, очистки воздуха и газов и т.д.

Ультрафильтрация по рейтингу фильтрации воды занимает промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют размер пор от 20 до 1000 А (или 0,002-0,1 мкм) и позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы (нижний предел молекулярной массы составляет несколько тысяч г/моль), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии и вирусы ит.д.

Процесс ультрафильтрации протекает за счет разности давлений до и после мембраны. Вода под давлением «продавливается» сквозь мембрану (полупроницаемую перегородку). Размер пор составляет 0,03-0,1 мкм. Главное отличие мембранной фильтрации от обычного объемного фильтрования состоит в том, что большинство всех задерживаемых веществ накапливается на поверхности мембран, образуя дополнительный фильтрующий слой осадка, который обладает своим сопротивлением.

Ультрафильтрация в отличие от нанофильтрации и обратного осмоса позволяет сохранить природный солевой состав воды, что является важным обстоятельством сохранения ее физиологической полноценности, гарантированно удаляет бактерии и вирусы на стабильном уровне при высокой технологической и санитарной надежности. Таким образом, обеспечивается высокое качество питьевой воды, независимо от состояния водоисточника.

На рис. 3.19 представлена мембранная установка типовой конструкции.

Установки микро- и ультрафильтрации широко представлены на российском рынке. Их стоимость зависит от многих параметров, основным из которых является производительность.

Нанофильтрация применяется для получения особо чистой воды, очищенной от бактерий, вирусов, микроорганизмов, коллоидных частиц органических соединений (в том числе пестицидов), молекул солей тяжелых металлов, нитратов, нитритов и других вредных примесей. Большим преимуществом нанофильтрации перед обратным осмосом при производстве питьевой воды является сохранение жизненно необходимых для здоровья человека солей и микроэлементов.

Для деминерализации воды часто используется обратный осмос. Он применяется для производства сверхчистой воды, так как размеры пор в обратноосмостических мембранах сопоставимы с размером молекулы воды. Таким образом, происходит очистка воды от всех растворимых и нерастворимых примесей. В основе принципа работы установок обратного осмоса лежит одностороннее поступление воды через полупроницаемую мембрану. Она служит раздели-

Мембранная установка типовой конструкции

Рис. 3.19. Мембранная установка типовой конструкции

тел ем между растворами с разной концентрацией солей. Установка системы обратного осмоса производится на базе баромембранного процесса, принципа термодинамического равновесия. Вода искусственно перегоняется через мембрану от высококонцентрированного раствора к раствору с более низкой концентрацией. Этому процессу способствует давление, прилагаемое со стороны концентрированной воды. Чистая вода переходит на другую сторону мембраны, тем самым формируется поток фильтрата (рис. 3.20).

Схема процесса обратного осмоса (пунктирная линия — уровень очищаемой воды в начальный момент времени)

Рис. 3.20. Схема процесса обратного осмоса (пунктирная линия — уровень очищаемой воды в начальный момент времени)

К преимуществам обратного осмоса можно отнести малые энергозатраты, простоту конструкции аппаратов и установок, малые габариты установок, а также простоту их эксплуатации.

При применении мембранных технологий исходная вода разделяется на два потока — «чистую» воду — пермеат и «грязную» воду — концентрат, поэтому важной характеристикой мембраны является степень извлечения пермеата, или выход пермеата. Так как объем образующегося концентрата зависит от солесодержания очищаемой воды, для снижения объема рекомендуется подача воды на установку с низким солесодержанием. В некоторых случаях солесодержание в концентрате позволяет сбрасывать его в канализацию, но все-таки снижение расхода концентрата установок обратного осмоса до сих пор остается важной нерешенной проблемой.

Например, уменьшение расхода концентрата может быть достигнуто многократным концентрированием — увеличением выхода фильтрата. На рис. 3.21 показана технологическая схема очистки поверхностных вод с целью снижения мутности, цветности и окис- ляемости. Мембранная установка работает в циркуляционном режиме, благодаря чему выход фильтрата может составлять до 95%. Вода, содержащая осадок взвешенных веществ после гидравлической промывки мембранных аппаратов, собирается в специальный отстойник. Промывная вода после отстаивания смешивается с исходной водой. Осадок удаляется на обезвоживание, образующаяся при этом осветленная вода также может смешиваться с исходной водой. Очищенная вода в случае необходимости кондиционируется по отдельным технологическим показателям.

Технологическая схема подготовки питьевой воды из поверхностных источников с применением метода обратного осмоса

Рис. 3.21. Технологическая схема подготовки питьевой воды из поверхностных источников с применением метода обратного осмоса:

7 — мембранный аппарат; 2 — насос высокого давления; 3 — отстойник для сбора промывной воды; 4 — бак сбора воды; 5 — насос; 6 — вентиль; 7 — магнитный клапан; 8 — вентиль регулировки давления; 9 — камера кондиционирования

воды

Существуют также схемы, в которые заложено уменьшение объема концентрата за счет выпарных установок, но это достаточно энергозатратный и дорогой метод.

Наиболее перспективным, на наш взгляд, является реагентное умягчение воды, которое можно осуществлять, например, в вихревых реакторах.

На рис. 3.22 представлен вихревой реактор для реагентного умягчения воды конструкции НИИ ВОДГЕО. Он предназначен для умягчения природных вод с содержанием взвешенных веществ менее 10 мг/л, перманганатной окисляемостью менее 8 мг/л и цветностью менее 50°. Процесс умягчения осуществляется в присутствии специальной затравки, загружаемой в вихревой реактор.

Вихревой реактор конструкции НИИ ВОДГЕО 3.7. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ

Рис. 3.22. Вихревой реактор конструкции НИИ ВОДГЕО

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >