Мембранные технологии в системах водоочистки

 

 

 

 

 

ЛИСТ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

ВВЕДЕНИЕ	4
1 ЧТО ТАКОЕ МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ	5
2 ВИДЫ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ	5
3 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ  МИКРОФИЛЬТРАЦИИ	7
3.1 Характеристика микрофильтрации  воды	8
3.2 Бытовые фильтры на основе  микрофильтрации	9
4 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ  УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ	10
4.1 Две большие группы аппаратов ультрафильтрации	13
5 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ  НАНОФИЛЬТРАЦИИ	13
6 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ  ОБРАТНОГО ОСМОСА	16
6.1 Состав системы обратного осмоса	17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДНИЕ

 

В последние несколько лет нанотехнология стала рассматриваться не только как одна из наиболее многообещающих ветвей высокой технологии, но и как системообразующий фактор экономики 21 века -экономики, основанной на знаниях, а не на использовании природных ресурсов или их переработке. Помимо того, что нанотехнология стимулирует развитие новой парадигмы всей производственной деятельности («снизу-вверх» - от отдельных атомов - к изделию, а не «сверху вниз», как традиционные технологии, в которых изделие получают путем отсечения излишнего материала от более массивной заготовки), она сама является источником новых подходов к повышению качества жизни и решению многих социальных проблем в постиндустриальном обществе. По мнению большинства экспертов в области научно-технической политики и инвестирования средств, начавшаяся нанотехнологическая революция охватит все жизненно важные сферы деятельности человека (от освоения космоса - до медицины, от национальной безопасности - до экологии и сельского хозяйства), а ее последствия будут обширнее и глубже, чем компьютерной революции последней трети 20 века. Все это ставит задачи и вопросы в научно-технической сфере.

 

 

 

 

 

1 ЧТО ТАКОЕ МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

Мембранные технологии применяются в системах водоочистки  для удаления: ионов, твердых взвешенных, органических соединений и микроорганизмов. Диапазон размеров пор мембран, выпускаемых  промышленностью, весьма широк: от размеров сравнимых с размерами коллоидных частиц до размеров ионов

Мембранная фильтрация — это разновидность фильтрации, когда фильтр представляет собой тонкую перегородку толщиной менее 0,1 мм и с высокой степенью пористости[1].

Принцип технологии мембранной очисткиводы состоит в том, что образуется разделительный барьер, в виде мембранного фильтра, между двумя фазами одной жидкости. При учете движущей силы которая возникает между двумя фазами одной жидкости[5].

 

 

 

 

2 ВИДЫ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

Мембраны, по сути своей, работают таге же, как традиционные фильтрующие материалы. Они пропускают сквозь себя воду, но задерживают растворённые в ней примеси. Принципиальное отличие из-за малых размеров пор мембраны способны очистить воду не только от микроорганизмов и крупных коллоидных частиц, но даже от чужеродных молекул! В зависимости от размера пор мембраны выделяют следующие типы процесса фильтрации:

- микрофильтрация;

- ультрафильтрация;

- нанофильтрация;

- обратный осмос.

Основные характеристики типов  процесса фильтрации через мембрану

[4].

 

 

 

 

 

3 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ МИКРОФИЛЬТРАЦИИ

 

Микрофильтрация воды — это первая технология из мембранных систем очистки воды, которую мы рассмотрим. 

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

Можно ориентировочно сказать, что  размеры частиц, которые отсеивает  макрофильтрация — это частицы крупнее 1 микрометра (если используется специальный одномикронный картридж). Тогда как размер частиц, которые удаляет микрофильтрация — это частицы от 1 микрона до 0,1 микрона. 

Вы можете задать интересный вопрос: "Но если удаляются частицы до 0,1 микрона, то разве частицы размером в 100 микрон не смогут быть задержаны с помощью микрофильтрации? Зачем писать "от 1 микрона до 0,1 микрона" — это же противоречие?" 

На самом деле особого  противоречия нет. Действительно, микрофильтрация  воды удалит как бактерий, так и  огромные куски песка. Но цель микрофильтрации  — это не удаление крупных кусков песка. Цель микрофильтрации — очистка воды как "удалить частицы в указанном диапазоне размеров". Тогда как большие частицы просто забьют очиститель и приведут к дополнительным затратам. 

 

3.1 Характеристика микрофильтрации воды

 

Поскольку при микрофильтрации  удаляются частицы размерами 0,1-1 микрон, то можно сказать, что 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:

• Мелкий песок,
• Крупная глина,
• Водоросли,
• Разнообразные паразиты,
• Одноклеточные,
• Бактерии.

То, насколько полно они  удаляются, зависит от диаметра пор  и действительного размера, скажем, бактерий. Так, если бактерия длинная, но тонкая, то она с лёгкостью  пролезет через поры микрофильтрационной  мембраны. А более толстая сферическая  бактерия останется на поверхности "сита". 

Чаще всего микрофильтрация  применяется в пищевой промышленности (для обезжиривания молока, концентрирования соков) и в медицине (для первичной подготовки лекарственного сырья). Также микрофильтрация используется в промышленной очистке питьевой воды — преимущественно в западных странах (например, в Париже). Хотя ходят слухи, что одна из водоочистных станций в Москве также использует технологию микрофильтрации. Возможно, это правда.но

 

 

3.2 Бытовые фильтры на основе микрофильтрации.

 

Наиболее распространённый пример — трековые микрофильтрационные мембраны. Трековые от слова "трек", то есть след, и это название связано с тем, как мембраны данного типа изготавливаются. Процедура очень проста:

1. Полимерная плёнка бомбардируется частицами, которые за счёт своей собственной большой энергии прожигают в плёнке следы — углубления примерно одинакового размера, поскольку частицы, которыми бомбардируется поверхность, имеют одинаковый размер. 
2. Затем эта полимерная плёнка протравливается в растворе, например, кислоты, чтобы следы от ударов частиц стали сквозными.
3. Ну а потом простая процедура сушки и фиксации полимерной плёнки на подложке — и всё, трековая микрофильтрационная мембрана готова!

В результате эти мембраны отличаются фиксированным диаметром  пор и незначительной пористостью  по сравнению с другими мембранными  системами очистки воды. И вывод: на данных мембранах будут удаляться  частицы только под определённый размер. 

Также существует более навороченый вариант микрофильтрационных бытовых мембран -микрофильтрационные мембраны с напылением из активированного угля. То есть, в перечисленные выше шаги входит ещё один шаг — нанесение тонкого слоя из активированного угля. На этих мембранах  удаляются не только бактерии и механические примеси, но и 

• Запах,
• Органические вещества,
• Хлор
• И т.д.

Нужно учитывать, что для  микрофильтрационных мембран есть опасность. Так, бактерии, которые не прошли через мембрану, начинают жить на этой мембране и выдавать продукты своей жизнедеятельности в очищенную воду. То есть, возникает вторичное отравление воды. Для того, чтобы избежать этого, необходимо следовать инструкциям производителя по регулярной дезинфекции мембран.

Вторая опасность —  это то, что бактерии начнут самостоятельно есть эти мембраны. И сделают в них огромные дырки, которые будут пропускать те вещества, которые мембрана должна задерживать. Чтобы этого не происходило, следует приобретать фильтры на основе устойчивого к бактериям вещества (например, керамические микрофильтрационные мембраны) или же быть готовым к частым заменам микрофильтрационных мембран.

Частая замена микрофильтрационных  мембран подстёгивается так же тем, что они не оборудованы механизмом промывок. И поры мембраны попросту забиваются грязью. Мембраны выходят из строя.

В принципе, про микрофильтрацию  всё. Микрофильтрация — достаточно качественный способ очистки воды. Однако, действительное назначение микрофильтрации  — не подготовка воды для питья (в  связи с опасностью бактериального загрязнения), а предварительная  подготовка воды перед следующими стадиями.

Этап микрофильтрации  снимает с последующих стадий водоочистки большую часть нагрузки.

 

 

 

 

4 МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ

 

Ультрафильтрация воды – это способ очистки воды, при котором вода под давлением продавливается сквозь мембрану с величиной пор 0,002…0,1 мкм. Широкое распространение получили ресурсосберегающие капиллярные ультрафильтрационные мембраны (половолоконные ультрафильтрационные мембраны), обладающие следующими параметрами:  

• эффективная фильтрация воды (ультратонкая фильтрация при рабочем давлении до 6 атм; 
• пониженное количество используемых реагентов; 
• простая автоматизация; 
• полное удаление взвешенных веществ; 
• дезинфекция (удаление 99,99% бактерий и вирусов); 
• осветление воды (снижение мутности и цветности воды); 
• высокая степень очистки воды от железа и марганца; 
• эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ; 
• ультратонкая очистка питьевой воды (степень фильтрации 0,01 микрон); 
• ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав природной воды [6].

Принцип технологии ультрафильтрации состоит в том, что через полупроницаемый  барьер под определённым давлением  продавливается вода. Отверстия в  барьере меньше по размерам, чем  вирусы и прочие нерастворимые примеси. Соответственно, всё, что больше вирусов, отсеивается. 

Поскольку больше вирусов и бактерии, и паразиты, и прочие микроорганизмы, то можно говорить про то, 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.

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. 

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.