Cos'è l'ultrafiltrazione dell'acqua?

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Un modo efficace per purificare l'acqua è forzarla attraverso membrane semipermeabili. I processi di filtrazione sono classificati in base alla dimensione delle particelle da separare:

• microfiltrazione attraverso membrane con dimensioni dei pori da 0,05 a 10 micron;
• ultrafiltrazione - pori da 0,001 µm a 0,05 µm;
• Osmosi inversa e nanofiltrazione - pori 1 nm e inferiori.

L'ultrafiltrazione dell'acqua è progettata per rimuovere i microrganismi e le inclusioni macroscopiche che non passano attraverso i pori della membrana.

Il tradizionale meccanismo dei filtri di riempimento si basa sulla pulizia per gravità. L'ultrafiltrazione è simile al setaccio attraverso un setaccio poroso, dove vengono separate tutte le particelle di diametro maggiore.

Tipi di membrana

Gli elementi filtranti sono fogli piatti o fibre con capillari. Attraverso i primi viene effettuata principalmente l'ultrafiltrazione delle acque reflue e le seconde sono destinatetrattamento delle acque.

Le fibre sono realizzate principalmente monocanale, con un diametro interno di circa 0,8 mm. Sono soggetti a frequenti sollecitazioni e possono essere distrutti dal controlavaggio. Le fibre multicanale contengono più capillari e sono significativamente più forti.

Le membrane sono realizzate con polimeri come il poliesteresulfone. I suoi parametri possono essere modificati aggiungendo altri materiali sintetici. L'ampio range di pH dei liquidi in lavorazione permette di pulire efficacemente gli elementi filtranti.

Le membrane polimeriche devono essere periodicamente decontaminate, poiché i microbi amano mangiare la materia organica e formare colonie su di essa.

Membrana ceramica a lunga tenuta, ben lavata con detersivi. Il suo prezzo è più alto, ma la vita di servizio raggiunge i 10 anni.

Metodi di filtraggio

Il sistema dell'acqua ad ultrafiltrazione è costituito da moduli riempiti con fibre cave porose. Il liquido iniziale entra nei capillari, dopodiché la filtrazione avviene attraverso le pareti laterali. È possibile anche l'avanzamento inverso.

Il lavaggio viene effettuato dal filtrato con la sua erogazione nella direzione opposta. La distribuzione uniforme del liquido all'esterno delle fibre assicura la rimozione dei depositi dai capillari. Qui è importante scegliere la giusta modalità di lavaggio in modo che lo strato contaminante sia più facile da rimuovere.

I filtri funzionano in due modalità, di cui una a pressione: l'acqua viene fornita all'involucro del dispositivo sotto pressione. Il metodo di immersione viene eseguito utilizzando membrane calate in un contenitore aperto. Viene creato un vuoto sul lato di uscita e il liquido viene aspirato attraverso il materiale del filtro.

I moduli sono disposti verticalmente. L'acqua vi entra da un'estremità e viene scaricata dall' altra. Il numero di moduli in un filtro di solito non supera le due unità. A causa di ciò, sono necessarie meno guarnizioni, il che riduce la probabilità di perdite. I moduli verticali sono convenienti da mantenere e testare. Sono facili da installare e rimuovere.

Modalità filtro

Quando viene eseguita l'ultrafiltrazione dell'acqua, i filtri possono funzionare in modalità senza uscita e tangenziale. Nel primo caso, tutta l'acqua fornita viene depurata. I depositi dalla membrana vengono periodicamente rimossi durante il processo di lavaggio o con il flusso di scarico. La membrana si sporca rapidamente e la caduta di pressione attraverso di essa deve essere mantenuta bassa, il che riduce le prestazioni dell'apparato. Il metodo viene utilizzato per il trattamento dell'acqua, con una bassa concentrazione di sospensioni.

Nel modo tangenziale, il mezzo filtrato circola lungo la superficie della membrana e su di essa si formano piccoli depositi. La turbolenza del flusso nel canale di alimentazione consente di depurare acque ad alta concentrazione di sostanze sospese. Gli svantaggi di questo metodo sono l'aumento dei costi energetici per creare una portata elevata e la necessità di installare tubazioni aggiuntive.

Parametri di ultrafiltrazione

I parametri principali dell'ultrafiltrazione sono:

1. Selettività - il rapporto tra le concentrazioni di impurità inacqua contaminata (C_in.) e nel filtrato (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100%. Per un processo di ultrafiltrazione, è grande, il che consente di intrappolare le particelle più piccole, inclusi batteri e virus.}
2. Consumo filtrato - la quantità di acqua purificata per unità di tempo.
3. Consumo specifico di filtrato - la quantità di prodotto che passa attraverso 1 m2 dell'area della membrana. Dipende dalle caratteristiche dell'elemento filtrante e dalla purezza dell'acqua sorgente.
4. Perdita di carico della membrana - la differenza tra la pressione sul lato di alimentazione e sul lato del filtrato.
5. La permeabilità è il rapporto tra la portata specifica del filtrato e la caduta di pressione attraverso la membrana.
6. Rendimento idraulico - il rapporto tra la portata del filtrato e l'acqua di sorgente fornita.

Ultrafiltrazione per la disinfezione dell'acqua

I metodi tradizionali per la rimozione dei microrganismi includono tecnologie che utilizzano reagenti. L'ultrafiltrazione dell'acqua consiste nella separazione fisica di microrganismi e colloidi da essa a causa delle ridotte dimensioni dei pori della membrana. Il vantaggio del metodo è la rimozione dei cadaveri di microrganismi, alghe, materia organica e particelle meccaniche. Allo stesso tempo, non è necessario un trattamento speciale dell'acqua, obbligatorio in altri casi. Tutto quello che devi fare è farlo passare attraverso un filtro meccanico da 30 micron.

Al momento dell'acquisto di filtri, è necessario determinare la dimensione dei pori delle membrane. Per rimuovere completamente i virus, i diametri dei fori dovrebbero essere al livello di 0,005 µm. Per grandi dimensioni dei pori, la funzione di disinfezionenon verrà eseguito.

Inoltre, la tecnologia di ultrafiltrazione fornisce chiarificazione dell'acqua. Tutti i solidi sospesi vengono completamente rimossi.

L'installazione dell'acqua di ultrafiltrazione contiene dispositivi collegati in parallelo, che forniscono le prestazioni necessarie del processo e la possibilità di sostituirli durante il funzionamento.

Purificazione dell'acqua prima dei filtri a scambio ionico

La resina è efficace nel trattenere particelle colloidali di 0,1-1,0 µm, ma intasano rapidamente i granuli. Il lavaggio e la rigenerazione sono di scarso aiuto qui. È particolarmente difficile rimuovere le particelle di SiO_{2, che sono particolarmente abbondanti nei pozzi e nell'acqua dei fiumi. Dopo l'intasamento, la resina inizia a crescere microrganismi in luoghi non lavati con soluzioni detergenti.}

Anche gli scambiatori di ioni sono attivamente ostruiti da oli emulsionati che non possono essere rimossi. Il blocco è così grave che è più facile cambiare il filtro che separare l'olio da esso.

I granuli di resina filtranti sono attivamente ostruiti da composti ad alto peso molecolare. Il carbone attivo li rimuove bene, ma ha una breve durata.

Le resine a scambio ionico sono efficaci insieme all'ultrafiltrazione rimuovendo oltre il 95% dei colloidi.

Trattamento dell'acqua - ultrafiltrazione prima dell'osmosi inversa

I costi operativi sono ridotti dall'installazione graduale dei filtri con una successiva riduzione della dimensione delle particelle trattenute. Se viene installata una pulizia più grossolana prima del modulo di ultrafiltrazione, aumenta l'efficienza dei sistemi di osmosi inversa. Questi ultimi sono sensibili ai flocculanti anionici e non ionici se la coagulazione dei contaminanti viene eseguita nella fase preliminare.

La grande materia organica molecolare ostruisce rapidamente i pori delle membrane ad osmosi inversa. Sono rapidamente ricoperti di microrganismi. La prefiltrazione dell'acqua risolve tutti i problemi ed è conveniente se utilizzata con l'osmosi inversa.

Trattamento delle acque reflue

Il trattamento delle acque reflue con ultrafiltrazione ne consente il riutilizzo nell'industria. Sono adatti per l'uso in ingegneria e il carico tecnologico sui corpi idrici aperti per scopi potabili è ridotto.

Le tecnologie a membrana vengono utilizzate per il trattamento delle acque reflue dalla produzione galvanica e tessile, nell'industria alimentare, nei sistemi di rimozione del ferro, durante la rimozione di urea, elettroliti, composti di metalli pesanti, prodotti petroliferi, ecc.. Ciò aumenta l'efficienza di trattamento e semplifica la tecnologia.

Con impurità a basso peso molecolare, l'ultrafiltrazione può produrre concentrati di prodotti puri.

Particolarmente importante è il problema della separazione degli oli emulsionati dall'acqua. Il vantaggio della tecnologia a membrana è la semplicità del processo, il basso consumo energetico e l'assenza di sostanze chimiche.

Trattamento delle acque superficiali

Precipitazione e filtrazione sono stati in precedenza metodi efficaci per purificare l'acqua. Qui vengono effettivamente rimosse le impurità di origine naturale, ma ora sono comparsi inquinanti tecnogenici, per la cui rimozionesono necessari altri metodi di pulizia. Soprattutto molti problemi sono creati dalla clorazione primaria dell'acqua, che forma composti organoclorurati. L'uso di ulteriori stadi di purificazione con carbone attivo e ozonizzazione aumenta il costo dell'acqua.

L'ultrafiltrazione consente di ottenere acqua potabile direttamente da fonti superficiali: da essa vengono rimossi alghe, microrganismi, particelle sospese e altri composti. Il metodo è efficace con la coagulazione preliminare. Allo stesso tempo non è necessaria una lunga decantazione, poiché non è necessaria la formazione di grosse scaglie.

L'installazione dell'ultrafiltrazione dell'acqua (foto sotto) consente di ottenere una qualità dell'acqua purificata costantemente buona senza l'uso di apparecchiature e reagenti complessi.

L'uso dei metodi di coagulazione sta diventando inefficace perché molti composti organici nell'acqua non vengono rilevati dal tradizionale metodo di ossidazione del permanganato di potassio. Inoltre, il contenuto organico varia ampiamente, rendendo difficile selezionare la concentrazione richiesta di reagenti.

Conclusione

L'ultrafiltrazione dell'acqua attraverso le membrane consente di raggiungere la purezza richiesta con un consumo minimo di reagenti. Le acque reflue dopo il trattamento possono essere utilizzate per scopi industriali.

L'ultrafiltrazione non è sempre efficace. Il metodo non consente di rimuovere alcune sostanze, ad esempio i composti organoclorurati e alcuni acidi umici. In questi casi viene applicata la pulizia a più stadi.