Ультрафильтрация воды: принципы и преимущества

Очистка воды важна как в быту, так и для промышленных предприятий. Эффективный метод — ультрафильтрация, способная устранять даже мельчайшие загрязнения и микроорганизмы.

Ультрафильтрационные мембраны с порами 0,01 микрона применяются в модулях очистки пурифайеров (проточных кулеров без бутылей). Эта технология обеспечивает высокий уровень очистки.

Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет от 75 до 115 микрон, что в десятки тысяч раз толще пор ультрафильтрационной мембраны. Такая высокая степень фильтрации позволяет удалять даже самые маленькие частицы.

Изображение от freepik

Принцип работы

При ультрафильтрации вода проходит через полупроницаемую мембрану с размерами пор от 0,01 до 0,1 микрона. За счет механизмов ситообразующего действия и электростатических сил удаляются загрязнители, включая:

• микроорганизмы;
• вирусы;
• бактерии;
• мелкие частицы загрязнений.

Ультрафильтрация воды: преимущества и недостатки технологии

Преимущества ультрафильтрации

1. Отсутствие необходимости в химикатах. В процессе ультрафильтрации не используются химические реагенты, что делает технологию экологичной и безопасной для здоровья.
2. Низкая стоимость мембранной очистки. Ультрафильтрационные установки дешевле в эксплуатации по сравнению с другими системами очистки воды.
3. Эффективное удаление различных загрязнений. Ультрафильтрация удаляет из воды множество загрязняющих веществ, включая органические частицы, железо, патогенные микроорганизмы, взвешенные примеси и магний.
4. Высокая производительность и скорость очистки. Процесс ультрафильтрации обеспечивает быстрые результаты при достаточно высокой производительности.
5. Устойчивость мембран. Мембраны ультрафильтрации обладают стойкостью к воздействию химических веществ и агрессивных сред, что увеличивает их срок службы.
6. Простота обслуживания. Оборудование для ультрафильтрации требует минимального вмешательства со стороны оператора, а все процессы обычно происходят в автоматическом режиме.
7. Сохранение полезных минералов и микроэлементов. Вода после очистки ультрафильтрацией сохраняет все необходимые для здоровья минералы.
8. Универсальность применения. Технология ультрафильтрации подходит для очистки различных типов воды, включая сточные воды, питьевую воду, техническую и промышленную.
9. Соответствие санитарным стандартам. Вода, очищенная с помощью ультрафильтрации, полностью соответствует всем стандартам качества питьевой воды, установленным СанПиН.
10. Долгий срок службы мембран. Это снижает потребность в частой замене элементов.
11. Минимальные потери воды. В процессе очистки используется почти весь объем воды, что значительно сокращает ее расход.
12. Осветление и обезжелезивание. Ультрафильтрация эффективно удаляет мутность, осветляя воду, а также обезжелезивает ее, улучшая качество жидкости.

Недостатки ультрафильтрации

• Ограниченная способность к удалению некоторых растворенных веществ. Ультрафильтрация не удаляет соли и другие мелкие растворенные вещества, что делает ее менее эффективной для таких типов загрязнений по сравнению с обратным осмосом.
• Необходимость в регулярной промывке мембран. Для поддержания эффективности работы системы необходимо периодически проводить промывку мембран, что может потребовать дополнительных затрат и времени.

Применение

Системы ультрафильтрации воды находят широкое применение в различных отраслях:

• Фильтрация воды в пищевой промышленности, включая процессы молочного производства, для удаления вредных веществ и обеспечения безопасности продукции.
• Подготовка питьевой воды высокого качества для использования как в бытовых условиях, так и на предприятиях.
• Обработка воды для нужд текстильной и кожевенной промышленности, где важна очистка воды перед ее использованием в производственных процессах.
• Очистка сточных вод, что способствует их безопасному сбросу или повторному использованию в промышленности.
• Подготовка воды для металлургических предприятий, где требуется высококачественная очистка для технологических нужд.
• Очистка воды для производства бумаги, для обеспечения чистоты и качества процесса производства.
• Фильтрация воды на химических предприятиях, где важна чистота жидкости для различных химических процессов.
• Очистка воды для фармацевтики, используемой в производстве активных веществ для лекарств и других медикаментов.

Системы ультрафильтрации подходят для очистки воды из различных источников, таких как скважины, колодцы, водопровод, водоемы и даже сточные воды, обеспечивая высокое качество очистки в любых условиях.

Изображение от freepik

Типы ультрафильтрационных мембран

Полиамидные мембраны популярны в ультрафильтрации благодаря своей высокой производительности и долговечности. Они отличаются водонепроницаемостью и имеют поры размером от 0,1 до 0,2 микрона. Они эффективно удаляют различные загрязнители, включая бактерии, вирусы, коллоидные частицы и органические вещества.

Применение:

• очистка питьевой воды;
• производство пищевых продуктов и напитков;
• фармацевтика.

Полисульфонные мембраны известны своей высокой устойчивостью к химическим веществам и термическому воздействию. Они имеют широкий диапазон пор, что позволяет эффективно удалять как крупные, так и мелкие загрязнения. Они пропускают молекулы воды, одновременно задерживая органические вещества, бактерии, вирусы и твердые частицы.

Применение:

• водоподготовка в домашних и промышленных системах очистки;
• переработка и рециклирование промышленных сточных вод;
• сепарация и очистка нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности.

Керамические мембраны характеризуются высокой прочностью и стабильностью в условиях агрессивных химических веществ. Они имеют мелкие поры, что позволяет задерживать вирусы и органические вещества. Они также отличаются долговечностью и высокой производительностью.

Применение:

• очистка промышленных сточных вод, в том числе отработанных нефтепродуктов;
• фильтрация молока, сока, пива и других продуктов в пищевой промышленности.

Полимерные мембраны отличаются хорошей проницаемостью для воды и высоким уровнем фильтрации. Они широко применяются в различных отраслях благодаря своей эффективности и доступности.

Применение:

• очистка питьевой воды в системах водоснабжения;
• очистка промышленных сточных вод;
• фильтрация газов.

Эффективность ультрафильтрации

Ультрафильтрация — эффективный метод очистки воды, который позволяет удалять частицы размером от 0,01 до 0,1 микрона. Это делает его особенно эффективным для удаления бактерий и вирусов, которые обычно имеют размеры в пределах от 0,02 до 0,5 микрона.

Кроме того, ультрафильтрация активно устраняет органические загрязнители, такие как пестициды, гормоны, лекарственные препараты и тяжелые металлы.

Важным преимуществом ультрафильтрации является сохранение полезных минералов в воде. В отличие от химических методов очистки, она не изменяет содержание минералов, что сохраняет природные свойства и вкус воды.

Эффективность ультрафильтрации можно значительно улучшить, используя предварительную обработку воды. Применение префильтров, осадочных и обезжелезивающих аппаратов помогает повысить производительность системы и продлить срок службы мембран. Например, в наших пурифайерах перед мембраной устанавливаются полипропиленовый и угольный картриджи, которые эффективно очищают воду от загрязняющих веществ.

Изображение от freepik

Как работает система ультрафильтрации воды?

Процесс работы системы ультрафильтрации можно описать следующим образом:

1. Предварительная очистка. Исходная вода поступает в так называемый грязевик — первый элемент системы, оснащенный сетчатым фильтром с ячейками размером около 100 мкм. Эта стадия необходима для удаления крупных частиц, которые могут засорить мембрану и сократить ее срок службы. Давление воды на этом этапе варьируется от 1,5 до 4 бар.
2. Очистка через мембрану. После предварительной фильтрации вода поступает в модуль с полупроницаемой мембраной. Здесь вода проходит через тонкие поры мембраны, которые задерживают более крупные загрязняющие вещества, такие как микрочастицы, бактерии и коллоиды. Молекулы воды и небольшие частицы, безопасные для организма, проходят через мембрану и поступают в систему водоснабжения.
3. Удаление концентрата. После фильтрации остается концентрат — смесь загрязняющих веществ, которая отводится в дренажную систему. Этот процесс помогает предотвратить накопление примесей в фильтрующем элементе и обеспечивает стабильную работу установки.

Таким образом, ультрафильтрация представляет собой эффективную и экологически безопасную технологию очистки воды, которая не требует применения химических веществ и обеспечивает высокий уровень фильтрации даже самых мелких частиц.

Условия эффективной работы ультрафильтрационных систем

Важным этапом является предварительная подготовка воды и соблюдение определённых параметров.

• Подготовка воды. Перед ультрафильтрацией необходимо удалить крупные механические частицы. Для этого используются специализированные механические фильтры, чаще всего из полипропилена, которые задерживают крупные загрязнители. Также важно удалить хлор и органические вещества, что можно эффективно выполнить с помощью угольных картриджей.
• Параметры воды. Уровень pH воды должен быть в пределах от 6 до 8, чтобы избежать воздействия слишком кислых или щелочных растворов, которые могут повреждать мембраны. Важно контролировать концентрацию солей и минералов, поскольку их избыточное содержание может привести к образованию накипи. Если жесткость воды превышает допустимые нормы, необходимо использовать ионообменный фильтр или применять систему обратного осмоса.

Температурный режим воды тоже играет ключевую роль в процессе фильтрации. Оптимальная температура находится в пределах от 10 до 25 °С. Это помогает избежать перегрева или переохлаждения мембраны, что гарантирует её долгосрочную эксплуатацию и эффективность работы системы.

Комплектация установки ультрафильтрации

Стандартная комплектация установки ультрафильтрации включает в себя следующие компоненты:

1. Мембранные модули, как правило, полуволоконные, с различной отсекающей способностью (обычно около 100 кДа).
2. Система прямых и обратных промывок, состоящая из фильтра, насоса и автоматического дозатора реагентов для химической очистки мембраны.
3. Система дополнительной CIP-мойки, включающая две емкости (для маточного раствора и химического состава) и насосы для перекачивания раствора из одной емкости в другую, а также обеспечения циркуляции промывочной жидкости.
4. Компрессор для подачи управляющего воздуха.
5. Электромагнитные и мембранные вентили для переключения потоков.
6. Контроллер, обеспечивающий эффективное управление процессами очистки и промывки.
7. Манометр для контроля точного давления в системе ультрафильтрации.
8. Флоуметры — устройства для измерения расхода жидкости.

Дополнительные опции

В зависимости от потребностей в комплект могут быть добавлены дополнительные узлы и устройства:

• pH-метр для контроля химических промывок.
• Измеритель и набор реагентов для определения концентрации хлора.
• Блок для интеграции в автоматизированную систему управления.
• Регулятор рабочего давления для поддержания стабильных условий работы.
• Мутнометр — устройство для автоматического измерения мутности воды.

Многофункциональность ультрафильтрации

Высокая селективность ультрафильтрации (способность эффективно задерживать загрязняющие вещества) делает эту технологию универсальной. Она решает множество задач очистки воды, включая:

Мутность или посторонний цвет воды часто объясняется наличием органических веществ или взвешенных частиц. Ультрафильтрация позволяет значительно улучшить прозрачность воды, будь то питьевая, техническая или бутилированная минеральная вода.

Система ультрафильтрации позволяет эффективно удалять более 99 % вирусов, грибков, паразитов и бактерий, обеспечивая тем самым высокую безопасность воды. Очищенная жидкость становится безопасной для употребления и приготовления пищи. Ультрафильтрация основывается на физическом процессе удаления микроорганизмов, так как их размеры превышают диаметр пор мембраны, что делает удаление вирусов и бактерий максимально эффективным.

С помощью ультрафильтрации можно удалить до 97 % железа из воды. Этот процесс значительно улучшает качество жидкости, предотвращая различные проблемы, такие как поломки бытовой и промышленной техники, ухудшение здоровья, а также образование пятен на сантехнике и одежде.

Отличие ультрафильтрации от обратного осмоса

Ультрафильтрация и системы обратного осмоса используют принцип пропускания воды через полупроницаемую мембрану, но они существенно различаются по своей способности удалять различные виды примесей. Чтобы понять эти различия, нужно учитывать размеры пор мембран, которые являются основным фактором, определяющим степень очистки.

Все мембранные технологии очистки делятся на несколько видов в зависимости от размеров пор:

• Микрофильтрация. Поры мембраны имеют размеры от 0,05 мкм до 1 мкм. Эта технология используется в системах, предназначенных для удаления крупных частиц и загрязняющих веществ, таких как песок и большие органические частицы.
• Ультрафильтрация. Размер пор мембраны варьируется от 1 нм (0,001 мкм) до 0,05 мкм. Это промежуточная технология, которая находится между микрофильтрацией и обратным осмосом и позволяет эффективно удалять вирусы, бактерии, коллоидные частицы и органические молекулы.
• Обратный осмос. В этой системе мембраны имеют поры диаметром около 0,3 нм, что позволяет осуществлять наиболее тонкую очистку. Через мембрану проходят только молекулы воды, а все другие вещества — включая соли, металлы, вирусы и бактерии — задерживаются и удаляются.

Таким образом, ультрафильтрация представляет собой более легкий процесс очистки, который эффективно удаляет крупные и средние загрязнители, в то время как обратный осмос обеспечивает гораздо более глубокую очистку, удаляя практически все растворенные вещества.

Ультрафильтрация требует минимальных энергозатрат и применяется в различных отраслях. С учётом всех необходимых условий она продолжит играть важную роль и в дальнейшем в области обеспечения чистоты водных ресурсов и охраны окружающей среды.