Фильтры ультрафильтрации воды

За последние годы технологии водоподготовки в России и других странах мира сделали значительный шаг вперед. Развитие методов фильтрации позволило создавать новые системы очистки, которые значительно улучшают качество воды. Если раньше для удаления патогенных микроорганизмов требовались ультрафиолетовые установки или химическая дезинфекция с использованием хлора, то теперь это стало возможным осуществлять механическим путем. Современные системы водоподготовки способны даже удалять коллоидные частицы без использования специальных реагентов и коагулянтов, что открывает новые возможности для безопасной и экологически чистой обработки воды.

Инновационные очистные решения

Сейчас на рынке представлены различные системы, использующие принцип механической очистки, в том числе мембранные. Одной из самых перспективных технологий является ультрафильтрация. Этот метод основан на прохождении воды через мембрану с микроскопическими порами, что позволяет эффективно удалять из нее различные примеси, микроорганизмы и даже некоторые химические элементы. Хотя процесс ультрафильтрации имеет схожие принципы с обратным осмосом, он обладает и своими уникальными особенностями, которые делают его незаменимым в ряде случаев.

Что такое ультрафильтрация

Ультрафильтрация представляет собой один из типов баромембранной технологии, где вода под давлением проходит через полупроницаемую мембрану. Мембрана, являющаяся основным фильтрующим элементом, имеет форму полой трубки, рамы или рулона, изготовленных из особого материала. При прохождении воды через нее все примеси, будь то химические, органические или другие, оседают на ее поверхности и затем удаляются в дренаж. Молекулы Н₂О, а также некоторые другие безопасные частицы проходят через поры и поступают в систему водоснабжения.

Уникальные характеристики мембраны

Мембрана, используемая в системах ультрафильтрации, имеет очень маленькие поры — от 0,002 до 0,1 мкм. Это позволяет пропускать через нее только самые мелкие ионы и микромолекулы, тогда как более крупные частицы задерживаются. Особенностью этой технологии является то, что со временем на поверхности мембраны формируется дополнительный фильтрующий слой из отфильтрованных примесей, который способствует увеличению ее рабочего сопротивления. В результате фильтрующий элемент требует периодической очистки, чтобы система продолжала эффективно выполнять свои функции. Одним из ключевых преимуществ ультрафильтрации является ее способность эффективно удалять примеси без использования реагентов. Это делает метод не только экологически безопасным, но и более экономичным, так как исключает необходимость закупки химических веществ.

Схема работы системы ультрафильтрации

1. Подача исходной воды. Загрязненная вода поступает в предварительный фильтр, известный как «грязевик», который удаляет относительно крупные частицы. Это важно, чтобы предотвратить засорение мембраны и продлить ее срок службы.
2. Прохождение через мембрану. Вода проходит через основной модуль системы. В случае, если ее исходное качество недостаточно высокое, в нее может быть добавлен коагулянт или другой реагент, например, гипохлорит натрия, для защиты мембраны от загрязнения.
3. Завершение очистки. Очищенная вода направляется в накопительный бак и резервуар для обратной промывки. Из первой емкости она подается в водопроводную систему. На этом этапе процесс фильтрации заканчивается.
4. Промывка. Со временем поры мембраны забиваются, что требует ее очистки. Промывка проходит в несколько стадий: сначала прямая промывка, затем обратная и снова прямая. Весь цикл занимает около трех минут. Периодичность промывок задается при установке системы и зависит от уровня загрязнения воды.

Защита мембраны

Для предотвращения повреждения мембраны предусмотрены автоматические системы, запускающие аварийную промывку при повышении трансмембранного давления до определенного уровня (обычно — до 1 бар). В некоторых случаях для более эффективной очистки используется химическая промывка, включающая технологию CIP-мойки с использованием специальных растворов и насосов.

Комплектация установки ультрафильтрации

Система включает следующие основные компоненты:

• Мембранные модули. Основной фильтрующий элемент системы. Обычно это мембраны с различной селективностью.
• Система очистки. Состоит из узлов прямых и обратных промывок, оснащена насосом дозатором реагентов для химической обработки мембраны.
• CIP-мойка. Система для проведения химических промывок высокого качества, включающая в себя картриджные фильтры, насосы и емкости для растворов.
• Компрессор. Используется для нагнетания воздуха, необходимого для управления системой.
• Вентили и контроллеры. Необходимы для коммутации потоков воды, а также управления процессом очистки.
• Измерительные приборы. К ним относятся манометры и флоуметры, предназначенные для контроля давления и расхода воды.

Дополнительное оборудование

В зависимости от конкретных задач и условий эксплуатации в комплект систем ультрафильтрации могут включаться дополнительные устройства, такие как pH-метры, измерители концентрации хлора, блоки автоматизации, регуляторы давления и другие компоненты, обеспечивающие эффективную, надежную и безопасную работу оборудования.

Для чего нужна ультрафильтрация

Ультрафильтрация используется для удаления из воды мелких частиц, размер которых превышает 0,01 мкм. Это могут быть бактерии, вирусы, коллоидные примеси, органические молекулы, а также элементы металлов, таких как железо и магний. Благодаря высокой селективности метода ультрафильтрация решает широкий спектр задач, включая:

• Осветление воды. Ультрафильтрация эффективно удаляет взвешенные частицы, которые придают воде мутность.
• Дезинфекция. Система задерживает до 99 % бактерий, вирусов, грибков, паразитов, делая воду безопасной для питья и использования в пищевой промышленности.
• Обезжелезивание. Ультрафильтрация удаляет до 97 % железа из воды, что улучшает ее качество и предотвращает проблемы, связанные с избыточным содержанием данного металла (поломки оборудования, пятна ржавчины на сантехнике и пр.).
• Предварительная или финишная очистка. В многоступенчатых системах водоподготовки ультрафильтрация может использоваться на разных этапах обработки.
• Водоподготовка в городских сетях. Установки ультрафильтрации активно применяют в сфере ЖКХ для очистки воды как из поверхностных, так и подземных источников.

Ультрафильтрация и обратный осмос: сравнение технологий

Ультрафильтрация и обратный осмос — это два схожих метода очистки воды, оба которых основаны на прохождении воды через полупроницаемую мембрану. Однако они имеют существенные различия:

• Размер пор мембраны. В установках ультрафильтрации он составляет от 1 нм до 0,05 мкм, что позволяет задерживать крупные частицы, бактерии и вирусы. В обратном осмосе поры значительно меньше (около 0,3 нм), что позволяет задерживать даже растворенные соли и металлы.
• Качество очищенной воды. Ультрафильтрация сохраняет минеральные вещества, но не удаляет растворенные соли жесткости, то есть происходит очистка без умягчения. Обратный осмос, напротив, удаляет практически все примеси, включая минералы, из-за чего вода становится практически дистиллированной.
• Расход воды. Ультрафильтрация очищает всю поступающую воду, тогда как в системе обратного осмоса значительная ее часть уходит в дренаж.
• Экологичность. Ультрафильтрация является более дружелюбной к окружающей среде, так как не требует больших объемов воды и химических реагентов.
• Области применения. Технологии ультрафильтрации и обратного осмоса используются как в бытовых, так и промышленных системах. При этом они несколько отличаются по специализации. Ультрафильтрация чаще применяется для очистки воды в бытовых условиях, пищевой промышленности и на предприятиях, где важно сохранить минеральный состав воды. Обратный осмос подходит для задач, где требуется максимально чистая вода, например, в фармацевтике и микроэлектронике;
• Давление и производительность. Ультрафильтрационное оборудование демонстрирует хорошую производительность при давлении от 2,5 бар. Для обратного осмоса требуются существенно большие значения — 6–12 бар.

Преимущества и недостатки ультрафильтрации

Плюсы ультрафильтрации:

• Отсутствие химических реагентов. В ультрафильтрационных системах не используются химические вещества, что делает процесс экологически безопасным и снижает эксплуатационные расходы.
• Экономичность. Мембраны для ультрафильтрации стоят дешевле других фильтрующих материалов, отличаются низким расходом воды, а также имеют долгий срок службы.
• Удаление множества примесей. Ультрафильтрация эффективно справляется с органическими частицами, железом и магнием, патогенными микроорганизмами, взвешенными веществами.
• Высокая производительность. Системы способны очищать большие объемы воды за короткое время при относительно низком давлении.
• Устойчивость мембран. Они характеризуются стойкостью к воздействию агрессивных химических веществ и сред.
• Простота обслуживания. Работа ультрафильтрационных систем автоматизирована и требует минимального вмешательства пользователя.
• Сохранение полезных минералов. После ультрафильтрации в воде остаются необходимые для здоровья микроэлементы и вещества.
• Универсальность. Технология подходит для очистки как питьевой, так и технической воды, в том числе загрязненных стоков, что делает ее подходящей для различных целей и масштабов.

Есть у установок ультрафильтрации и определенные недостатки. Во-первых, они не удаляют соли жесткости, что может требовать дополнительной обработки воды с помощью других систем, например, ионообменных фильтров. Во-вторых, оборудование требует регулярной промывки мембран. В-третьих, для обеспечения безопасной и качественной очистки необходимо соблюдать определенные условия, включая диапазон температур и давление воды.

Сферы применения ультрафильтрации

• Пищевая промышленность. Технология подходит для водоподготовки при производстве продуктов питания, где требуется высокая степень очистки и сохранение полезных свойств воды.
• Питьевое водоснабжение. Ультрафильтрационные системы широко применяются как на предприятиях, так и в жилых домах для обеспечения питьевой водой высокого качества.
• Текстильная, кожевенная, металлургическая промышленности, целлюлозно-бумажная промышленность. В этих отраслях ультрафильтрация используется для предварительной очистки воды, которая затем используется в технологических процессах.
• Очистные сооружения. С помощью ультрафильтрации очищаются сточные воды на промышленных
• Химическая промышленность и фармацевтика. Технология применяется для очистки воды, необходимой для приготовления растворов, лекарственных препаратов и других соединений.

Типы мембран

Мембраны, используемые в ультрафильтрации, могут различаться по конструкции и материалам. Они делятся на несколько типов:

• Трубчатые. Включают половолоконные мембраны, в которых трубка заполнена полыми волокнами с разными диаметрами. Они хорошо справляются с удалением взвешенных частиц при мутности не более 35–40 мг/л.
• Пластинчатые (плоскорамные). Изготавливаются из различных микропористых материалов, чаще органических, и обеспечивают высокую степень очистки при относительно низком давлении.
• Рулонные. Эти мембраны представляют собой гибкие материалы, скрученные в многослойные рулоны. Они подходят для фильтров доочистки при мутности воды до 0,5 мг/л.
• Половолоконные модульные блоки. Позволяют проводить многократные промывки, что увеличивает их срок службы.

Мембраны для ультрафильтрационных установок изготавливаются из различных полимерных материалов, включая поливинилхлорид, полиэфирсульфон, полиамид, композитные фторполимеры, поливинилиденфторид, полиакрилонитрил, полисульфон и восстановленный ацетат целлюлозы. Выбор материала зависит от конкретных требований к очистке и условий эксплуатации системы.

Заключение

Ультрафильтрация является эффективным, экологичным и экономически выгодным методом водоочистки, который обеспечивает высокое качество воды и долговечность работы фильтрующего оборудования. Теперь вы знаете, как работает ультрафильтрационная система и какие компоненты входят в ее состав. Полученная информация поможет сделать осознанный выбор подходящего оборудования для своих нужд.