Una guia del procés d'ultrafiltració en el tractament d'aigua

Tractament d'aigua per ultrafiltració és d'alta tecnologia membranamètode basat en la filtració d'aigua que elimina bacteris, virus, sòlids flotants i contaminants macromoleculars. Aquest mètode de filtració a pressió utilitza membranes semipermeables amb porus d'entre 0.002 i 0.1 micròmetres d'amplada. Aquestes membranes poden eliminar fins al 99.999% dels bacteris i, alhora, conservar minerals importants. Aquesta tecnologia s'utilitza cada cop més en les indústries farmacèutica, alimentària, electrònica i d'instal·lacions públiques d'aigua per complir amb estàndards estrictes de qualitat de l'aigua i millorar l'eficiència operativa a llarg termini.

Comprensió dels fonaments de la tecnologia de filtració per membrana

La membrana d'ultrafiltració no utilitza processos químics per funcionar; en canvi, utilitza la separació física. Els forats petits permeten que les molècules d'aigua i els ions que s'han dissolt passin fàcilment, però els trossos més grans s'hi enganxen. Aquesta barrera selectiva funciona sense utilitzar molta energia ni afegir productes químics, per la qual cosa és segura per a la terra.

Es fan servir diferents materials de membrana per a diferents finalitats. Les membranes de PVDF (fluorur de polivinilidè) i PAN (poliacrilonitril) són molt resistents als productes químics i funcionen bé en rangs de pH de 2 a 12. Aquests materials sintètics poden suportar entorns industrials difícils, com ara la manipulació d'aigües residuals de petroli i la reutilització d'aigua d'esbandida de galvanoplàstia. Les pantalles d'acetat de cel·lulosa funcionen millor en rangs de pH més petits (de 4 a 6) i són adequades per a situacions que requereixen una cura suau.

Perquè el procés de filtratge funcioni millor, l'aigua que hi entra ha de complir certes condicions. La temperatura de l'aigua d'alimentació té un gran efecte sobre la permeabilitat de la membrana. A 25 graus Celsius, la membrana és més permeable. Quan els nivells de terbolesa són inferiors a 5 NTU, les membranes no es bloquegen massa aviat i els temps de reparació s'allarguen. Per evitar que la membrana es trenqui, els sòlids en suspensió i alguns col·loides carregats s'han de tractar primer canviant el pH o mitjançant la coagulació.

L'estructura de la membrana mou l'aigua a través d'ella amb pressions d'entre 0.1 i 0.5 MPa. En comparació amb els sistemes d'osmosi inversa, que normalment funcionen entre 15 i 70 bar, destaca aquesta demanda de pressió relativament baixa. La menor demanda d'energia condueix directament a costos operatius més baixos i a una petjada de carboni més petita, ambdues coses molt importants per a grans instal·lacions i propietaris que volen estalviar diners.

Com l'ultrafiltració elimina els contaminants i preserva la qualitat de l'aigua

L'ultrafiltració és diferent de les tecnologies de neteja més profundes perquè pot eliminar contaminants i retenir els minerals a l'aigua. La membrana filtra les partícules alhora que deixa passar el calci, el magnesi i els minerals menors. S'utilitza per tractar aigües superficials amb algues, bacteris i terbolesa. Aquesta permeabilitat selectiva fa que l'aigua sigui potable i segura per als microbis, sense el gust pla que té l'aigua desmineralitzada.

Els sistemes d'ultrafiltració redueixen la terbolesa de l'aigua a les plantes municipals de 0.5 NTU a 0.05 NTU. Això és deu vegades millor que la filtració de sorra normal, que normalment es manté estable al voltant d'1 NTU. Les aigües residuals, molt clares, no necessiten gaire neteja després de ser fabricades, de manera que es necessita menys clor i menys desinfectant.Productes estàn fets.

La taxa d'eliminació de bacteris és sempre superior al 99.99%, i la taxa d'eliminació de virus és del 99.999%. Aquests valors de disminució lineal compleixen uns estàndards estrictes per a la fabricació de medicaments i van més enllà del que recomana l'Organització Mundial de la Salut per a l'aigua potable. Per a la diàlisi, els hospitals utilitzen unitats d'ultrafiltració de grau mèdic perquè fins i tot petites quantitats d'endotoxines bacterianes poden ser molt perilloses per als pacients.

S'eliminen entre el 60% i el 80% de les molècules orgàniques moleculars grans, com ara proteïnes, carbohidrats i àcids húmics. Tot i que una part del carboni orgànic dissolt travessa la barrera, eliminar les proteïnes que causen el color i l'olor fa que l'aigua tingui un aspecte i una olor molt millors. Aquesta qualitat és molt important per als fabricants de begudes, ja que evita que apareguin sabors estranys sense eliminar cap dels minerals que són bons per als productes.

El procés de separació per membrana genera un corrent concentrat que conté contaminants rebutjats. Depenent del disseny del sistema i la taxa de recuperació, aquest concentrat representa normalment entre el 5% i el 15% del volum d'aigua d'alimentació. Els mètodes d'eliminació varien segons el tipus de contaminant i les regulacions locals, des de l'abocament de clavegueram fins a l'evaporació o un tractament addicional per a la recuperació de recursos, totes consideracions integrals en tractament d'aigua per ultrafiltració aplicacions.

Aplicacions industrials en diversos sectors

Els dispositius de neteja d'aigua són importants per als fabricants d'aliments i begudes per assegurar-se que els seus productes siguin segurs i consistents. Les unitats d'ultrafiltració s'utilitzen com a primer pas en la producció d'aigua embotellada. Eliminen els perills bacterians alhora que mantenen els perfils minerals naturals que agraden als clients preocupats per la salut. La filtració per membrana s'utilitza en les operacions làcties per estandarditzar l'aigua de procés i els ingredients i obtenir proporcions exactes de proteïnes sense danyar les proteïnes a través de la calor.

A les plantes farmacèutiques i de recerca es necessita aigua que compleixi els estàndards de la Farmacopea dels EUA i les normes de bones pràctiques de fabricació. Les unitats d'ultrafiltració netegen l'aigua abans que passi pels sistemes d'osmosi inversa i electrodesionització. Eviten que els equips posteriors s'obstrueixin i redueixen la quantitat de càrrega bioquímica. Entre les cicles de producció, els processos de neteja in situ mantenen les coses netes, cosa que garanteix que es compleixin les normes de validació i que el producte encara sigui segur d'utilitzar.

Per fabricar semiconductors i cèl·lules solars, els fabricants d'electrònica necessiten aigua ultrapura. Les micropartícules poden danyar els circuits i causar pèrdues de sortida, de manera que els processos de neteja de xips poden gestionar una contaminació zero per partícules. Els sistemes de membrana integrats que utilitzen ultrafiltració, osmosi inversa i electrodesionització poden obtenir valors de resistència superiors a 18 megaohms-centímetres, complint els requisits més estrictes de puresa.

Les plantes de galvanoplàstia han de seguir normes més estrictes per a l'alliberament de metalls pesants i productes químics de procés. La tecnologia d'ultrafiltració en sistemes de tractament d'aigua permet reciclar l'aigua d'esbandida, cosa que redueix la necessitat d'aigua dolça entre un 70% i un 90%. La recuperació de metalls es fa en corrents concentrats, cosa que converteix el cost d'eliminar les escombraries en un reciclatge de materials rendibles.

Per als sistemes d'alimentació de calderes, les centrals elèctriques utilitzen equips que produeixen aigua ultrapura. Quan es forma incrustació a les superfícies de transferència de calor, redueix l'eficiència de la transferència de calor i provoca avaries catastròfiques als tubs. Les resines d'intercanvi iònic, més endavant, es mantenen netes mitjançant sistemes de filtració de membrana. Això augmenta la vida útil de les resines i redueix la quantitat de productes químics de renovació necessaris. Les centrals nuclears utilitzen dos conjunts de trens de neteja per assegurar-se que sempre tenen accés a aigua freda.

L'ultrafiltració s'utilitza cada cop més com a pretractament per a membranes d'osmosi inversa en projectes que dessalinitzen aigua de mar. Per fer front a la manca contínua d'aigua dolça, les ciutats costaneres i els països insulars inverteixen en instal·lacions de filtració a gran escala. L'ultrafiltració elimina les algues, els trossos de medusa i els sòlids dissolts que, d'altra manera, danyarien els elements d'osmosi inversa, que són cars. Això protegeix les inversions de capital i garanteix que el sistema funcioni correctament.

A les zones seques, les granges tracten les aigües subterrànies salades per poder-les utilitzar per al reg. L'ús de processos de membrana per reduir els nivells de sal permet cultivar en llocs que abans no eren adequats. Les unitats d'ultrafiltració s'utilitzen en llocs de maricultura per netejar els sistemes d'aigua que flueixen. Això manté els gèrmens sota control i la química de l'aigua al nivell adequat per a la salut de les espècies marines.

Avantatges operatius que impulsen l'adopció de tecnologia

Comparar quanta energia utilitzen diferents coses mostra forts efectes econòmics. Normalment, per fer coagulació-sedimentació-filtració, es necessita més d'una etapa de bombament, mescladors motoritzats i temps de retenció més llargs. Tractament d'aigua per ultrafiltració funciona igual o millor que els mètodes tradicionals, utilitzant només entre el 30% i el 50% de l'energia. Després d'instal·lar sistemes de membrana, els costos energètics anuals en una planta d'aigua local que dóna servei a 100,000 persones van disminuir un 40%, cosa que demostra un ràpid retorn de la inversió.

L'automatització redueix els errors humans i la quantitat de treball que cal fer. Els controls lògics integrats a les unitats d'ultrafiltració modernes controlen la pressió transmembrana, els cabals, la terbolesa i el temps del cicle de neteja. Les eines de seguiment remot permeten als enginyers controlar moltes instal·lacions des d'un sol lloc, cosa que facilita la gestió de diversos llocs. Els programes de manteniment predictiu analitzen els patrons de rendiment per planificar quan cal canviar les peces abans que es trenquin.

Els dissenys amb petites dimensions funcionen bé en instal·lacions amb espai limitat i plans de creixement flexibles. Les instal·lacions de bastidors de membrana verticals utilitzen un terç de l'espai que els clarificadors i els llits filtrants normals. Aquesta eficàcia espacial és especialment útil per a plantes de tractament d'aigua a les ciutats envoltades de línies de propietat i per a fàbriques que treballen en zones on els béns immobles són cars. Els sistemes muntats sobre patins ja vénen muntats i provats, cosa que redueix el temps que es triga a col·locar-los al camp de mesos a setmanes.

En comparació amb el tractament tradicional, s'utilitza molta menys substància química. Substàncies químiques com ara coagulants, floculants i ajustadors de pH s'utilitzen regularment i afegeixen sòlids dissolts a l'aigua final. El tractament químic no és necessari en absolut o es redueix considerablement en els sistemes de filtre de membrana perquè funcionen amb la idea de la separació física. Aquesta simplicitat facilita la gestió dels subministraments i redueix els riscos de tractar amb materials perillosos.

Tot i que l'aigua d'alimentació canvia, l'estabilitat de la qualitat de l'aigua es manté igual. Les floracions d'algues estacionals, els pics de terbolesa causats per les tempestes i el canvi de l'aigua de font poden dificultar el funcionament dels mètodes de neteja tradicionals. Sovint, els operadors han d'intervenir i fer canvis en el procés. Les membranes d'ultrafiltració bloquegen completament les toxines particulades, fins i tot si el percentatge canvia. Això manté la qualitat de l'escolament estable sense necessitat d'atenció constant de l'usuari.

Abordar els reptes operatius i els requisits de manteniment

L'incrustació de la membrana és el principal problema pràctic que afecta l'eficiència i el cost del sistema. A mesura que s'acumula matèria orgànica, es produeix una incrustació artificial i els éssers vius creixen; alenteixen el flux d'aigua a través dels forats de la membrana. L'incrustació que no es neteja fa que la pressió transmembrana augmenti i el cabal disminueixi entre un 30% i un 50% durant les primeres hores de funcionament, cosa que significa que s'ha de netejar.

Els diferents tipus d'aigua tenen processos d'incrustació diferents. L'obstrucció orgànica es produeix principalment en aigües superficials que contenen plantes i matèria orgànica natural. El carbonat de calci i el sulfat de calci precipiten en aigües subterrànies que són molt dures. Això provoca incrustacions artificials. El biofilm creix quan fa calor i l'aigua està plena de nutrients. Aquí és on grups de bacteris colonitzen les superfícies de les membranes i alliberen substàncies polimèriques extracel·lulars.

En les rutines de neteja s'utilitzen tant mètodes físics com químics. El rentat hidràulic a contracorrent inverteix el flux per eliminar les partícules acumulades a les superfícies de la membrana. La neteja per aire introdueix bombolles, creant turbulències i forces de cisallament que ajuden a desallotjar les partícules. La neteja química utilitza solucions alcalines per a l'acumulació orgànica, solucions àcides per a l'incrustació i agents oxidants per a la incrustació biològica. Depenent de la qualitat de l'aigua d'alimentació, el rentat a contracorrent pot produir-se diàriament, mentre que la neteja química pot ser necessària mensualment. tractament d'aigua per ultrafiltració configuracions.

En condicions de treball normals i procediments de reparació, una membrana pot durar de cinc a set anys. Els agents de neteja agressius, les grans diferències de pressió i el contacte amb clor acceleren la degradació de les membranes. Els operadors equilibren la neteja de les membranes amb la seva durada, i ho fan mitjançant el seguiment de la recuperació del flux i les proves d'integritat per trobar els millors mètodes.

La inversió inicial en efectiu és entre un 20% i un 40% més alta que el cost d'un sistema de tractament normal. Els mòduls de membrana, els dipòsits de pressió, els sensors i els sistemes de control costen molts diners per avançat. Tanmateix, els estudis de costos de vida útil que inclouen aspectes com ara menors necessitats de mà d'obra, àrees més petites, menys consum d'energia i menys productes químics utilitzats sovint mostren valors nets actuals positius. Quan analitzen diferents opcions de neteja d'aigua, els responsables de la presa de decisions donen més pes al cost total de propietat que al preu de compra original.

Comparació de l'ultrafiltració amb les tecnologies de tractament alternatives

La microfiltració té porus que fan entre 0.1 i 10 micròmetres d'amplada, de manera que separa les coses de manera menys clara que l'ultrafiltració. Aquest filtre més gruixut elimina els bacteris però deixa passar els virus, de manera que només es pot utilitzar abans del tractament o en processos on no cal eliminar els virus. Els sistemes d'ultrafiltració tenen taxes de funcionament i necessitats energètiques similars, de manera que no ofereixen un gran benefici econòmic, tot i que no poden separar les coses tan bé.

En separar les molècules a nivell molecular, l'osmosi inversa elimina les sals dissoltes, els metalls i les petites molècules orgàniques. Les barreres semipermeables bloquegen partícules tan petites com 0.0001 micròmetres, produint aigua desmineralitzada que es pot utilitzar en situacions ultrapures. Però l'osmosi inversa funciona a temperatures molt més altes i necessita de tres a cinc vegades més energia que la ultrafiltració. L'ús òptim de la tecnologia és quan l'eliminació dels sòlids dissolts justifica els costos més elevats.

Un filtre de sorra convencional és una manera econòmica de reduir la terbolesa, però no bloqueja completament els contaminants bacterians. La canalització del llit filtrant, la degradació del medi i els esdeveniments de trencament poden canviar la qualitat de les aigües residuals de maneres impredictibles. Tot i que la tecnologia encara es pot utilitzar en situacions en què petits canvis de qualitat són acceptables, els sistemes de membrana són cada cop més populars a mesura que els estàndards reguladors es tornen més estrictes.

L'adsorció de carbó activat és molt bona per eliminar productes químics orgànics com pesticides, medicaments i compostos que canvien el gust i l'olor de les coses. La tecnologia funciona amb el filtratge de membrana en lloc de contra ell, i sovint s'utilitza com a pas de neteja en els trens de tractament. L'adsorció de carbó no elimina els microbis i s'ha de substituir de tant en tant perquè els llocs d'adsorció s'omplen, cosa que crea fluxos de residus.

Els microorganismes són eliminats per la neteja ultraviolada perquè danya el seu ADN sense afegir cap producte químic. La tecnologia funciona bé com a desinfectant final, però no elimina les partícules, els compostos orgànics dissolts ni la boira. Les plantes de tractament sovint utilitzen sistemes d'ultrafiltració i ultraviolats junts, aprofitant al màxim les millors parts de cadascun per garantir que la qualitat de l'aigua sigui completament segura.

Conclusió

El tractament d'aigua per ultrafiltració ofereix un rendiment provat en diverses aplicacions industrials, municipals i comercials. La capacitat de la tecnologia per eliminar contaminants microbiològics i sòlids en suspensió alhora que preserva els minerals beneficiosos la posiciona com una solució òptima per a operacions conscients de la qualitat. L'eficiència energètica, les capacitats d'automatització i el disseny compacte proporcionen avantatges econòmics convincents respecte als mètodes de tractament convencionals. La comprensió dels requisits operatius, els protocols de manteniment i les consideracions específiques de l'aplicació permet una selecció informada de la tecnologia. A mesura que les regulacions sobre la qualitat de l'aigua s'endureixen i les prioritats de sostenibilitat s'intensifiquen, els sistemes de purificació basats en membranes continuen guanyant adopció als mercats globals.

Associa't amb Morui per a solucions avançades de tractament d'aigua per ultrafiltració

Selecció d'un experimentat tractament d'aigua per ultrafiltració El fabricant garanteix el rendiment, la fiabilitat i el suport a llarg termini del sistema. Guangdong Morui Environmental Technology Co., Ltd. ofereix solucions integrals de purificació d'aigua amb el suport de 14 sucursals, 500 empleats dedicats i 20 enginyers especialitzats. Les nostres capacitats integrades abasten la fabricació de membranes, la fabricació d'equips, la instal·lació, la posada en marxa i el manteniment continu. Suport tècnicDissenyem sistemes personalitzats que aborden els reptes de les aigües residuals industrials, les necessitats municipals d'aigua potable, els projectes de dessalinització d'aigua de mar i aplicacions especialitzades en els sectors farmacèutic, alimentari, electrònic i energètic. Poseu-vos en contacte amb el nostre equip tècnic a benson@guangdongmorui.com per discutir els vostres objectius de qualitat de l'aigua i rebre assessorament expert sobre el disseny òptim del sistema.

referències

1. Crittenden, JC, Trussell, RR, Hand, DW, Howe, KJ i Tchobanoglous, G. «Tractament d'aigua de MWH: principis i disseny, tercera edició». John Wiley & Sons, 2012.

2. Mulder, M. «Principis bàsics de la tecnologia de membranes, segona edició». Kluwer Academic Publishers, 1996.

3. Strathmann, H. «Introducció a la ciència i la tecnologia de les membranes». Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2011.

4. Singh, R. «Tecnologia i enginyeria de membranes per a la purificació d'aigua: aplicació, disseny de sistemes i funcionament, segona edició». Butterworth-Heinemann, 2015.

5. Baker, RW «Tecnologia i aplicacions de membranes, tercera edició». John Wiley & Sons, 2012.

6. Associació Americana de Treballs d'Aigua. «Membranes de microfiltració i ultrafiltració per a aigua potable (M53): Manual de pràctiques de subministrament d'aigua de l'AWWA». Associació Americana de Treballs d'Aigua, 2005.