Мембраны осветления имеют поры, видимые в электронный микроскоп. Под действием конвекции вода перемещается внутри пор, увлекая за собой растворенные вещества и частицы, размеры которых меньше размеров пор.

 

Все органические мембраны ультрафильтрации относятся к асимметричному типу, тогда как минеральные мембраны ультрафильтрации имеют композитную структуру. Они свободно пропускают соли и задерживают лишь наиболее крупные растворенные формы (макромолекулы) и некоторые специфические частицы, такие как вирусы, бактерии, коллоиды и др.

 

Мембраны ультрафильтрации обычно характеризуются порогом отсечения – размером молекул наименьшей молярной массы, задерживаемых (отсекаемых) мембраной более чем на 90%.

 

Мембраны ультрафильтрации при использовании в технологических процессах химической, фармацевтической и молочной промышленности позволяют извлекать макромолекулы ценных продуктов (ферменты, белки, антибиотики и т. п.).

 

В обработке вод наиболее часто применяется оборудование водоочистки с более крупнопористыми мембранами размеры пор 0,01-0,03 мкм, задерживающим лишь немногие макромолекулы. Их роль в первую очередь заключается в устранении всех взвешенных в воде веществ. В данном случае возникает эффект забивания мембраны, и именно это становится определяющим для ее работы. При постоянных концентрации и давлении этот эффект проявляется в постепенном уменьшении потока фильтрата (вплоть до полного блокирования мембраны) по мере увеличения продолжительности работы.

 

Забивание является результатом образования осадка коллоидных частиц на поверхности мембраны, а также связано с адсорбцией в порах мембраны различных растворенных форм. Первый из этих процессов полностью обратим с помощью обратной промывки – операции, состоящей в реверсировании давления для направления обработанной воды через мембрану в целях удаления скопившегося осадка. Но, поскольку адсорбционные примеси часто нечувствительны ни к обратной промывки, ни к увеличению скорости промывки, очистить мембрану можно лишь путем специальной обратной химической обработки.

 

Торговый Дом «Оборудование водоочистки» производит и поставляет мембранные технологии для очистки и доочистки сточных вод, а также оборудование водоочистки для питьевых нужд.

Причины и механизмы необратимого забивания мембран

Для описания и возможного моделирования процесса забивания мембраны проводились и проводятся многочисленные исследования. Это явление может иметь, как минимум, две первопричины:

• Механическое блокирование пор (наиболее вероятно при микрофильтрации). Поры закупориваются коллоидными частицами, размер которых близок к размеру пор, такие частицы лишь с небольшой вероятностью будут удалены в процессе обратной промывки;
• Адсорбция органических веществ на поверхности мембраны; эти вещества могут проникать также вглубь мембраны в результате диффузии через поры в толщу полимера. Вероятность адсорбции существенным образом зависит от природы материала и органических веществ, находящихся в исходной воде, а также от их взаимного сродства.

Среди легкоадсорбируемых веществ, способных блокировать мембраны практически любого типа, можно встретить некоторые полимерные флокулянты, остаточное содержание которых даже на уровне долей миллиграмма на литр может быть достаточным для постепенного необратимого забивания мембраны.

Практическое применение оборудования водоочистки

При обработке воды, содержащей значительные количества взвешенных веществ и коллоидных частиц, для ограничения слишком быстрого формирования осадка на мембране целесообразно поддерживать повышенную скорость движения воды вдоль всей длины мембраны, минимизируя таким образом толщину граничного слоя. На этом принципе основано функционирование так называемых систем с касательным фильтрованием, в которых рециркуляционный насос позволяет поддерживать скорость до 5 м/с на трубчатых керамических мембранах и до 0,5-1,0 м/с на полимерных волокнах. Нагнетающий насос поддерживает трансмембранное давление, компенсирую потери, возникающие при прохождении воды через мембрану.

 

Подобные системы рекомендуются для мембран с внутренней пленкой при обработке воды, содержащей более 20 мг/л взвешенных частиц, и их применение становится необходимым для поддержания потока фильтрата при увеличении их содержании свыше 40 мг/л.

 

Основным недостатком систем с касательным фильтрованием является повышенная мощность, потребляемая контуром рециркуляции при скорости 0,6-0,8 м/с.

 

Частоту промывки можно регулировать; обычно ее продолжительность составляет от 30 с до 1 мин. каждые 30-120 мин.

 

В случае применения модулей с мембранами, имеющими внешнюю пленку, возникают аналогичные проблемы, однако, в связи с невозможностью использования истинно касательного потока обрабатываемой воды в данном случае применяют воздух для создания турбулентности мембран. Частота введения воздуха меняется в зависимости от содержания взвешенных частиц в воде. Эта операция также является важным потребителем энергии.

 

Для борьбы с необратимым забиванием периодически следует применять более интенсивную промывку, например, химическую. Процедура заключается в обработке мембраны подходящими для данного случая растворами. Как правило, такая чистка осуществляется благодаря действию:

• Кислот и/или комплексообразователей; лимонной или щавелевой кислот, удаляющих отложения гидроксидов и оксидов металлов: Fe, Al, Mn, способных более или менее глубоко проникать в мембрану, причем Fe и Mn зачастую могут даже загрязнять поверхность мембраны, обращенную к пермеату. Особенно это касается воды, содержащей растворенные Fe и Mn, ионы которых проходят через мембрану. Если же в целях предотвращения повторного заселения мембраны бактериями (биообрастания) к фильтрату добавляют окислитель, имеющий стерилизующее действие (Cl₂, ClO₂, H₂O₂), то этот реагент окисляет Fe и Mn, переводя их в нерастворимую форму, так что при обратной промывке соответствующие оксиды забивают «чистую» поверхность мембраны. Подобный эффект наблюдается при концентрации растворимых форм Fe и Mn менее 0,05 мг/л;
• Моющих средств, имеющих щелочное значение рН, которые отслаивают и диспергируют осадки преимущественно органического состава;
• Окислителей (Cl₂, ClO₂), если они совместимы с материалом мембраны, осуществляющих окисление-десорбцию органических молекул, адсорбированных на мембране или внутри нее, и, разумеется, обеззараживание мембраны.

Все эти процессы замедлены и требуют определенного времени контакта и длительных операций последующей промывки, что влечет за собой остановку производства не менее чем на 4 часа, а иногда и до 24 часов. Подобные перерывы следует по возможности сокращать; оптимальной частотой является одна промывка в год, но, в любом случае, не более 12 промывок в год. Между тем, определенный интерес может представлять гораздо более кратковременная (около 1ч), но и более частая (1 раз в неделю) обработка мембраны замачиванием в растворе лимонной кислоты или хлорной воды в целях увеличения периода между двумя полными химическими чистками, которые, тем не менее, все равно остаются необходимыми.

С использованием материала из «Технического справочника по обработке воды» (Дегремон)