Què és la ultrafiltració de l'aigua?

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

Una manera eficaç de purificar l'aigua és forçar-la a través de membranes semipermeables. Els processos de filtració es classifiquen segons la mida de les partícules a separar:

• microfiltració a través de membranes amb mides de porus de 0,05 a 10 micres;
• ultrafiltració: porus de 0,001 µm a 0,05 µm;
• osmosi inversa i nanofiltració: porus d'1 nm i per sota.

La ultrafiltració de l'aigua està dissenyada per eliminar-ne els microorganismes i les inclusions macroscòpiques que no passen pels porus de la membrana.

El mecanisme tradicional dels filtres de rebliment es basa en la neteja per gravetat. La ultrafiltració és semblant a tamisar a través d'un tamís porós, on es separen totes les partícules de més gran diàmetre.

Tipus de membranes

Els elements filtrants són làmines planes o fibres amb capil·lars. Mitjançant els primers es realitza principalment ultrafiltració d'aigües residuals, i els segons estan destinatstractament d'aigua.

Les fibres es fan principalment d'un sol canal, amb un diàmetre interior d'uns 0,8 mm. Estan sotmesos a un estrès freqüent i es poden destruir per rentat a contracor. Les fibres multicanal contenen diversos capil·lars i són significativament més fortes.

Les membranes estan fetes de polímers com la polièstersulfona. Els seus paràmetres es poden modificar afegint altres materials sintètics. L'ampli rang de pH dels líquids que s'estan processant permet netejar eficaçment els elements del filtre.

Les membranes de polímer s'han de descontaminar periòdicament, ja que als microbis els encanta menjar matèria orgànica i formar-hi colònies.

Membrana ceràmica de llarga durada, ben rentada amb detergents. El seu preu és més elevat, però la vida útil arriba als 10 anys.

Mètodes de filtrat

El sistema d'aigua d'ultrafiltració consta de mòduls farcits de fibres poroses buides. El líquid inicial entra als capil·lars, després de la qual cosa es produeix la filtració a través de les parets laterals. També és possible l'alimentació inversa.

El rentat es realitza pel filtrat amb el seu subministrament en sentit contrari. La distribució uniforme del líquid fora de les fibres garanteix l'eliminació dels dipòsits dels capil·lars. Aquí és important triar el mode de rentat adequat perquè la capa contaminant sigui més fàcil d'eliminar.

Els filtres funcionen en dos modes, un dels quals és a pressió: l'aigua es subministra a la carcassa del dispositiu a pressió. El mètode d'immersió es realitza mitjançant membranes baixades en un recipient obert. Es crea un buit al costat de sortida i el líquid s'aspira a través del material del filtre.

Els mòduls estan disposats verticalment. L'aigua hi entra per un extrem, i es descarrega per l' altre. El nombre de mòduls en un filtre normalment no supera les dues unitats. A causa d'això, es necessiten menys juntes, la qual cosa redueix la probabilitat de fuites. Els mòduls verticals són còmodes de mantenir i provar. Són fàcils d'instal·lar i treure.

Modes de filtre

Quan es realitza una ultrafiltració d'aigua, els filtres poden funcionar en modes sense sortida i tangencial. En el primer cas, es depura tota l'aigua subministrada. Els dipòsits de la membrana s'eliminen periòdicament durant el procés de rentat o amb el corrent de drenatge. La membrana s'enfonsa ràpidament i la caiguda de pressió a través d'ella s'ha de mantenir baixa, la qual cosa redueix el rendiment de l'aparell. El mètode s'utilitza per al tractament d'aigües, amb una concentració baixa de suspensions.

En el mode tangencial, el medi filtrat circula per la superfície de la membrana i s'hi formen petits dipòsits. La turbulència del cabal al canal de subministrament permet depurar l'aigua amb una alta concentració de matèria en suspensió. Els desavantatges d'aquest mètode són l'augment dels costos energètics per crear un cabal elevat i la necessitat d'instal·lar canonades addicionals.

Paràmetres d'ultrafiltració

Els paràmetres principals de la ultrafiltració són:

1. Selectivitat: la proporció de concentracions d'impureses aaigua contaminada (C_in.) i al filtrat (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Per a un procés d'ultrafiltració, és gran, cosa que us permet atrapar les partícules més petites, inclosos els bacteris i els virus.}
2. Consum de filtrat: la quantitat d'aigua purificada per unitat de temps.
3. Consum de filtrat específic: la quantitat de producte que passa per 1 m2 de l'àrea de la membrana. Depèn de les característiques de l'element filtrant i de la puresa de l'aigua de la font.
4. Caiguda de pressió de la membrana: la diferència entre la pressió del costat de subministrament i del costat del filtrat.
5. La permeabilitat és la relació entre el cabal específic del filtrat i la caiguda de pressió a través de la membrana.
6. Eficiència hidràulica: la relació entre el cabal del filtrat i la font d'aigua subministrada.

Ultrafiltració per a la desinfecció de l'aigua

Els mètodes tradicionals per a l'eliminació de microorganismes inclouen tecnologies que utilitzen reactius. La ultrafiltració de l'aigua consisteix en la separació física dels microorganismes i col·loides d'ella a causa de la petita mida dels porus de la membrana. L'avantatge del mètode és l'eliminació dels cadàvers de microorganismes, algues, matèria orgànica i partícules mecàniques. Al mateix temps, no cal un tractament especial de l'aigua, que és obligatori en altres casos. Tot el que heu de fer és passar-lo a través d'un filtre mecànic de 30 micres.

Quan compreu filtres, heu de determinar la mida dels porus de les membranes. Per eliminar completament els virus, els diàmetres dels forats han d'estar al nivell de 0,005 µm. Per a grans mides de porus, la funció de desinfeccióno s'executarà.

A més, la tecnologia d'ultrafiltració proporciona clarificació de l'aigua. Tots els sòlids en suspensió s'eliminen completament.

La instal·lació d'aigua d'ultrafiltració conté dispositius connectats en paral·lel, que permeten el rendiment necessari del procés i la possibilitat de substituir-los durant el funcionament.

Depuració de l'aigua abans dels filtres d'intercanvi iònic

La resina és eficaç per retenir partícules col·loïdals de 0,1 a 1,0 µm, però obstrueixen ràpidament els grànuls. El rentat i la regeneració són de poca ajuda aquí. És especialment difícil eliminar les partícules de SiO_{2, que són especialment abundants als pous i l'aigua dels rius. Després de l'obstrucció, la resina comença a créixer microorganismes en llocs no rentats amb solucions de neteja.}

Els intercanviadors d'ions també estan activament obstruïts amb olis emulsionats que no es poden eliminar. L'obstrucció és tan greu que és més fàcil canviar el filtre que separar-ne l'oli.

Els grànuls filtrants de resines estan obstruïts activament amb compostos d' alta molècula. El carbó actiu els elimina bé, però té una vida útil curta.

Les resines d'intercanvi iònic són efectives juntament amb l'ultrafiltració eliminant més del 95% dels col·loides.

Tratament de l'aigua - ultrafiltració abans de l'osmosi inversa

Els costos operatius es redueixen mitjançant la instal·lació gradual de filtres amb una reducció successiva de la mida de les partícules retingudes. Si s'instal·la una neteja més gruixuda abans del mòdul d'ultrafiltració, augmenta l'eficiència dels sistemes d'osmosi inversa. Aquests últims són sensibles als floculants aniònics i no iònics si la coagulació dels contaminants es realitza en l'etapa preliminar.

La gran matèria orgànica molecular obstrueix ràpidament els porus de les membranes d'osmosi inversa. Es creixen ràpidament amb microorganismes. L'aigua prèviament filtrada resol tots els problemes i és rendible quan s'utilitza amb osmosi inversa.

Tratament d'aigües residuals

El tractament d'aigües residuals per ultrafiltració permet reutilitzar-les a la indústria. Són aptes per al seu ús en enginyeria i es redueix la càrrega tecnogènica a les masses d'aigua obertes per a beure.

Les tecnologies de membrana s'utilitzen per tractar les aigües residuals de la producció galvànica i tèxtil, a la indústria alimentària, sistemes d'eliminació de ferro, en l'eliminació d'urea, electròlits, compostos de metalls pesants, productes petroliers, etc. de les solucions. Això augmenta l'eficiència de tractament i simplifica la tecnologia.

Amb impureses de baix pes molecular, la ultrafiltració pot produir concentrats de productes purs.

Especialment important és el problema de separar els olis emulsionats de l'aigua. L'avantatge de la tecnologia de membrana és la senzillesa del procés, el baix consum d'energia i la no necessitat de productes químics.

Tratament d'aigües superficials

La precipitació i la filtració han estat anteriorment maneres efectives de purificar l'aigua. Aquí s'eliminen de manera efectiva les impureses d'origen natural, però ara han aparegut contaminants tecnogènics, per a l'eliminació dels qualscalen altres mètodes de neteja. Especialment molts problemes es creen per la cloració primària de l'aigua, que forma compostos organoclorats. L'ús d'etapes de purificació addicionals amb carbó actiu i ozonització augmenta el cost de l'aigua.

La ultrafiltració permet obtenir aigua potable directament de fonts superficials: se n'eliminen algues, microorganismes, partícules en suspensió i altres compostos. El mètode és efectiu amb la coagulació preliminar. Al mateix temps, no cal una sedimentació llarga, ja que no és necessària la formació de grans escates.

La instal·lació d'ultrafiltració d'aigua (foto a continuació) us permet aconseguir una qualitat constant d'aigua purificada sense l'ús d'equips i reactius complexos.

L'ús de mètodes de coagulació s'està tornant ineficaç perquè molts compostos orgànics de l'aigua no es detecten pel mètode tradicional d'oxidació de permanganat de potassi. A més, el contingut orgànic varia molt, cosa que dificulta la selecció de la concentració requerida de reactius.

Conclusió

La ultrafiltració de l'aigua a través de membranes permet aconseguir la puresa requerida amb un consum mínim de reactius. Les aigües residuals després del tractament es poden utilitzar amb finalitats industrials.

La ultrafiltració no sempre és efectiva. El mètode no permet eliminar algunes substàncies, per exemple, compostos organoclorats i alguns àcids húmics. En aquests casos, s'aplica una neteja en diverses etapes.