Системы мембранной очистки воды уверенно вытесняют классические с сорбционными, ионообменными, напорно-осветлительными фильтрами. В связи с ухудшением экологии установки прошлых поколений не всегда справляются со своей задачей. Мембранные системы все активнее используются в домах и на производствах, обеспечивая стабильно высокое качество очистки воды из водоемов, водопроводов, скважин, промышленных стоков.
Принцип действия мембранных установок и виды фильтров
Основным элементом системы водоочистки является мелкопористая мембрана, через которую под давлением проходит поток. В отличие от обычного фильтра такой барьер задерживает мельчайшие соединения, но они не проникают внутрь и не накапливаются на поверхности. У мембран есть система самоочистки. В фильтрующем блоке вода поступает в двух направлениях:
- На мембрану, после прохождения которой образуется чистый фильтрат (пермеат).
- Вдоль мембраны. Поток смывает с нее примеси (ретентат, или концентрат) и уносит их из фильтрационной зоны. Ретентат через отдельный выход сбрасывается в дренаж или используется для дальнейшей обработки.
Мембраны могут быть полимерными, керамическими, металлокерамическими, стеклянными, графитовыми. Изготавливаются в различных формах:
- Дисковые (плоские, листовые). Применяются в плоскорамных модулях и аппаратах с вращающимися мембранами.
- Трубчатые. Изготавливаются из керамики, металлоткани. Выглядят как заключенный в корпус пучок трубок, отличающихся количеством внутренних каналов, их конфигурацией, размерами пор. Такие фильтры устойчивы к пересыханию, повреждению абразивами и агрессивными средами.
- Половолоконные. Представляют собой пучок трубочек диаметром 1 мм, согнутых пополам и помещенных в пластиковый корпус. Вода просачивается через их пористые стенки.
- Рулонные (спиральные). Являются наиболее распространенными, производительными, энергоэффективными и экономичными в эксплуатации. Выглядят как полая дренажная трубка, обернутая в фильтрующий слой. Последний состоит из мембраны, проложенной между дренажных прокладок.
Основная характеристика любой мембраны – процентное соотношение объемов выходящей и входящей воды (конверсия). Из-за расходов на промывку нормой считается 40-80%.
Конверсию можно регулировать в зависимости от задач. Скорость очистки зависит от площади мембраны, величины пор и силы давления воды.
Типы мембранных фильтров по степени очистки
В зависимости от движущей силы, заставляющей воду проходить сквозь мембрану, существует несколько типов систем. Баромембранные (барометрические), основаны на разнице давления до и после мембраны. Диффузионные – на разнице концентраций растворов. Термомембранные – на разнице температур. Электромембранные – на разности электрохимических потенциалов.
Наиболее распространены баромембранные установки. В них используется 4 типа фильтрующих элементов: микрофильтрационные, ультрафильтрационные, обратноосмотические, нанофильтрационные.
Микрофильтрационные
Средний размер пор мембраны – 0,1 мкм, минимальный – 0,05 мкм, максимальный – 5 мкм. Для работы достаточно давления 0,7 бар. Такие мембраны наименее требовательны к качеству входной воды. Они используются как фильтры тонкой механической очистки.
Микрофильтрационные мембранные системы очистки воды задерживают основную массу взвесей, ряд вирусов и бактерий, некоторые макромолекулы. Солевой состав воды при этом не меняется.
Ультрафильтрационные
Средний размер поры у такой мембраны – 0,01 мкм. Это в 10 раз меньше, чем у микрофильтрационной. Рабочее давление – 1-7 бар.
После прохождения через фильтр вода очищается от макромолекулярных сторонних примесей, коллоидов, пектинов, протеинов, эмульгированных масел, эмульсий. В фильтрате остается цветность, ионы, включения с низким молекулярным весом. Ультрафильтрационная мембранная очистка воды – оптимальный вариант обеззараживания от простейших, большинства вирусов и бактерий.
Нанофильтрация
Такие мембраны отличаются высокой степенью селективности, требовательны к качеству входной воды. Предварительно ее нужно очистить от растворенного железа и нейтрализовать окислители.
Средний размер поры – 0,001 мкм. Минимальный – 0,0008 мкм. Рабочее давление составляет 3,5-16 бар.
После прохождения через нанофильтр в воде остается только ряд растворимых солей и ионы металлов. В процессе очистки удаляются все вирусы, бактерии, пестициды, гербициды, кислоты, хлорорганика, цветность. Нанофильтрация частично сохраняет гидрокарбонаты и хлориды, благодаря чему вода на выходе мягкая.
Методика нанофильтрационной мембранной очистки воды оптимально подходит для пищевой и нефтяной промышленности. С ее помощью получают питьевую воду почти из любой, кроме морской и океанической.
Осмотические
Осмотические мембраны − самые сложные и эффективные. Прямой осмос применяют в основном для опреснения. В быту и производстве используется обратный. Вода на выходе близка к дистиллированной.
Осмотические мембраны не имеют пор как таковых. Они изготовлены из материала, который связывается только с молекулами воды и пропускает их подобно проводнику тока.
Осмотические мембраны, как и нанофильтрационные, требуют предварительной водоподготовки в виде очистки.
В заключение
Мембранные технологии позволяют получать воду с параметрами, четко соответствующими заданным характеристикам. Для оптимального результата важно правильно подобрать тип установки с соответствующим фильтром и производительностью.