Ultrafiltrarea nu este un panaceu. 70%-80% din înfundarea sistemului de ultrafiltrare provine din pretratarea eșuată. Multe proiecte tratează ultrafiltrarea ca pe o „ultimă soluție”, simplificând și tăind colțuri în pretratare. Indiferent dacă se utilizează fibre goale, foi plate, tubulare sau membrane ceramice, se vor produce creșteri rapide ale diferențelor de presiune, curățare chimică frecventă și durata de viață a membranei redusă semnificativ.
Procesele obișnuite de pretratare prin ultrafiltrare includ: sedimentarea prin coagulare, filtrarea multi-medii, filtrarea cu cărbune activ, filtre cu discuri, filtre cu auto-curățare, pre-microfiltrare cu ultrafiltrare, cărbune activ biologic cu ozon-și pretratare de înmuiere. Combinația de pretratare variază foarte mult în funcție de calitatea apei influente (apa de mină, sterilul chimic de cărbune, efluentul secundar municipal, apa de suprafață).
I. Compararea detaliată a proceselor de pretratare
1. Coagulare-Sedimentare (clarificarea coagulării)
Principiul procesului: Adăugarea de PAC/PAM provoacă flocularea coloizilor, a solidelor în suspensie, a unora de fosfor și a moleculelor organice mari, realizând separarea solid-lichidelor prin sedimentare.
Avantaje: îndepărtarea excelentă a solidelor în suspensie, coloizii și turbiditatea; elimină unele materii organice hidrofobe; operațiune matură, potrivită pentru proiecte-la scară largă; investiție relativ controlabilă.
Dezavantaje: Cerințe ridicate pentru controlul dozării reactivului; reactivii excesivi pot introduce saruri de aluminiu reziduale si floculanti polimerici, determinand direct colmatarea ireversibila a sistemului de ultrafiltrare; evacuare mare de nămol; amprenta mare la sol; efectul de floculare se deteriorează în medii cu temperatură scăzută{0}.
Compatibilitate tipică cu influenți: apă de suprafață, apă de mină, ape uzate industriale cu{0}}turbiditate ridicată.
Potrivire cu ultrafiltrare: cel mai frecvent utilizat pas de pre-tratare pentru ultrafiltrarea cu fibre goale sub presiune externă; adăugarea excesivă de PAM este strict interzisă, deoarece PAM rezidual este un ucigaș pentru ultrafiltrare.
Puncte de proiectare și operare: controlați turbiditatea efluentului Mai puțin sau egal cu 5 NTU; controlați strict doza de PAM, minimizați utilizarea PAM anionic; extinde în mod corespunzător timpul de floculare iarna la temperaturi scăzute.
2. Filtrare multi-media (nisip de cuarț + antracit)
Principiul procesului: Filtrare prin presiune gravitațională, bazându-se pe stratul media de filtrare pentru a capta solidele fine în suspensie și coloizii.
Avantaje: Îndepărtează particulele fine rămase după sedimentare; funcționare stabilă; familiar personalului de întreținere; potrivit pentru cantități mari de apă; poate fi spălat și regenerat.
Dezavantaje: Rezistență slabă la sarcini de șoc; fluctuații mari ale turbidității influentului, predispuse la scurgerea mediilor; aglomerare media și particule fine de nisip care intră în sistemul de ultrafiltrare după aglomerare, zgâriind fibrele membranei; capacitatea de îndepărtare aproape nulă a materiei organice dizolvate.
Compatibilitate tipică cu influent: Efluent după coagulare și sedimentare; apă de mină, apă municipală recuperată.
Compatibilitate cu ultrafiltrare: unitate standard de pre-filtru pentru ultrafiltrare cu presiune-de tip presiune externă; nu poate fi folosit ca unic pretratament pentru ultrafiltrare.
Considerații de proiectare și întreținere: Verificați în mod regulat mediul de filtrare pentru a preveni scurgerea; asigurați o intensitate rezonabilă a spălării inverse; investigați imediat orice creștere bruscă a turbidității efluentului pentru a preveni intrarea nisipului în carcasa membranei de ultrafiltrare.
3. Filtrare cu cărbune activat (CAB granular activat)
Principiul procesului: Adsorbția elimină o parte din acidul humic, culoarea și o parte din materie organică hidrofobă.
Avantaje: Reduce încărcarea organică, diminuează murdăria organică a sistemului de ultrafiltrare; elimină o parte de clor rezidual.
Dezavantaje: Nu se pot îndepărta solidele în suspensie; predispus la creșterea microbiană în etapele ulterioare de funcționare, cu efluent purtând cantități mari de bacterii și resturi biologice, provocând biofouling sever în sistemul de ultrafiltrare; cărbunele activ necesită regenerare sau înlocuire regulată; Influentul uleios poate provoca cu ușurință deteriorarea și aglomerarea cărbunelui activ.
Compatibilitate tipică cu influenți: apă de suprafață, unele ape uzate chimice, apă cu conținut organic ridicat.
Utilizare cu ultrafiltrare: ultrafiltrarea sub presiune externă poate fi îmbunătățită cu pretratare; nu este recomandat pentru uleiuri mari sau ape reziduale cu conținut ridicat de SS.
Considerații de proiectare și întreținere: spălare regulată în contra-spalare; controlează timpul de contact cu patul gol; fiți atenți la focarele microbiene în rezervorul de cărbune activ; înlocuiți imediat cărbunele activ atunci când acesta devine ineficient.
4. Filtru de auto-curățare
Principiul procesului: Sită cu filtru metalic, filtrare automată online cu perie/aspirație, în general cu o precizie de 50-200μm.
Avantaje: Funcționare continuă complet automată; amprentă mică; nu este nevoie să înlocuiți mediile de filtrare; potrivit pentru debite mari; volum de lucru redus de întreținere.
Dezavantaje: Interceptează doar impuritățile cu particule mari, complet ineficiente împotriva coloizilor și a solidelor fine în suspensie; nu poate reduce turbiditatea; sita de filtru deteriorată permite impurităților să intre direct în procesul din aval.
Compatibilitate tipică cu apa de intrare: Protejează echipamentele din aval; pre-filtrare din motive de siguranță.
Potrivire cu ultrafiltrare: numai pentru protecție, nu ca principal pre{0}}tratament pentru ultrafiltrare; plasat în general după filtrele multi-media și înaintea filtrului de securitate pentru ultrafiltrare.
Puncte de proiectare și întreținere: permiteți o marjă de debit atunci când selectați un model; verificați în mod regulat integritatea filtrului.
5. Filtru de disc (filtru de disc stivuit)
Principiul procesului: Filtrare prin compresie pe disc din plastic, precizie 5-100μm, spălare automată în contrasens.
Avantaje: precizie de filtrare mai mare decât filtrele obișnuite cu auto{0}}curățare; spălare rapidă din contra; amprentă mică; grad ridicat de automatizare.
Dezavantaje: Ineficient împotriva coloizilor și a materiei organice dizolvate; apa uleioasă poate provoca cu ușurință aderența discului și înfundarea; spalarea frecventa in contra-spalare in conditii de SS ridicat.
Compatibilitate tipică cu apa de intrare: apă regenerată, apă de mină, după filtrarea pre-sedimentării.
Potrivire cu ultrafiltrare: folosit adesea ca pre-filtru în sistemele de ultrafiltrare sub presiune externă, înlocuind unele filtre multi-media; nu poate fi folosit singur pentru apa de intrare cu turbiditate mare.
Considerații de proiectare și întreținere: Utilizați cu precauție pentru apele uzate uleioase; dezasamblați regulat și verificați aderența discului de filtru.
6. Filtru de securitate (Microfiltrare, element filtrant 5-10μm)
Principiul procesului: Elementul de filtrare interceptează particulele dure și resturile de medii filtrante scurse, protejând elementul membranei de ultrafiltrare.
Avantaje: Interceptează nisipul și impuritățile dure aduse de scurgerile de mediu, protejând fibrele membranei de zgârieturile fizice.
Dezavantaje: Nu tratează coloizii sau materia organică; elementul filtrant este un consumabil; elementul filtrant trebuie înlocuit când presiunea diferențială crește; elementul de filtrare deteriorat va permite direct impurităților să pătrundă în sistemul de ultrafiltrare.
Compatibilitate tipică cu apa de intrare: esențială pentru toate sistemele de ultrafiltrare de tip-presiune.
Compatibilitate cu ultrafiltrare: necesară pentru sistemele de ultrafiltrare cu presiune externă și internă de tip presiune-; în general, nu este necesar pentru MBR-urile scufundate, sistemele tubulare și membranele ceramice.
Considerații de proiectare și întreținere: Setați o alarmă de presiune diferențială; interziceți cu strictețe funcționarea când presiunea diferențială depășește limita; nu utilizați niciodată elemente de filtrare deteriorate sau substandard.
7. Ozon-Carbon activ biologic (O₃-BAC)
Principiul procesului: Ozonul oxidează moleculele organice mari, urmată de degradarea unor materii organice de către cărbune activ biologic.
Avantaje: Reduce semnificativ materia organică influentă, reduce semnificativ murdăria organică și biologică a membranei de ultrafiltrare; îndepărtează culoarea.
Dezavantaje: Investiție mare; consum ridicat de substanțe chimice în timpul funcționării; dozarea excesivă a ozonului poate deteriora membrana de ultrafiltrare organică din PVDF; controlul proceselor complexe; cerințe ridicate pentru funcționare și management.
Compatibilitate tipică cu apa influentă: apă de suprafață, apă municipală recuperată cu conținut ridicat de materie organică.
Compatibilitate cu ultrafiltrare: pretratare profundă cu ultrafiltrare sub presiune externă; ozonul rezidual trebuie controlat, deoarece ozonul rezidual care intră în membrană va oxida fibrele membranei PVDF.
Considerații de proiectare și întreținere: După tratarea cu ozon, trebuie implementată o degazare suficientă pentru a se asigura că nu intră ozon rezidual în sistemul de ultrafiltrare.
8. Pretratare de înmuiere (înmuiere cu rășină/var-carbonat de sodiu)
Principiul procesului: Îndepărtează duritatea calciului și magneziului și siliciul, reducând tendința de detartrare.
Avantaje: Reduce detartrarea anorganică pe suprafața membranei de ultrafiltrare, protejând în același timp sistemul RO ulterior.
Dezavantaje: Sistem complex; consum mare de reactiv; rășina necesită regenerare; salinitate crescută în permeat.
Compatibilitate tipică cu influenți: apă de mină cu duritate mare-, apă regenerată industrială cu duritate ridicată.
Potrivire cu ultrafiltrare: pretratarea poate fi selectată în amonte de ultrafiltrare, utilizată în principal pentru apă cu duritate mare-; nu o configurație universală.
II. Combinații de pretratare recomandate pentru diferite surse de apă brută
1. Efluent biologic secundar municipal (apă regenerată)
Recomandat: Sedimentare prin coagulare → Filtrare multi-medii → Filtru de securitate → Ultrafiltrare sub presiune externă
Puncte cheie de control: Solide în suspensie și microorganisme în efluentul biologic; PAM excesiv este strict interzis.
2. Apă de mină (solide în suspensie ridicate, duritate mare)
Recomandat: clarificarea coagularii → Filtrare multi-medii → Filtru cu disc → Filtru de securitate → Ultrafiltrare sub presiune externă
Puncte cheie de prevenire și control: scurgerea mediului de filtrare în carcasa membranei; Unitatea de înmuiere poate fi adăugată pentru duritate mare.
3. Apă de suprafață (apă de rezervor, bogată în acid humic și materie organică)
Recomandat: Coagulare și Sedimentare → Multi-media → Filtrare cu cărbune activat → Filtru de securitate → Ultrafiltrare cu presiune externă; Pentru un conținut foarte mare de materie organică, se poate adăuga ozon-BAC.
4. Nivel ridicat de petrol și ape uzate solide (ultrafiltrare în conducte/T-MBR)
Recomandat: Separarea uleiului-Flotație → Coagulare și sedimentare → Ultrafiltrare în conducte; Membranele pentru conducte sunt foarte rezistente la murdărie și pot elimina necesitatea unei filtrari fine în mai multe-etape, dar separarea uleiului și flotarea sunt esențiale.
5. Ape uzate municipale care intră direct în MBR scufundat
Rezervorul de tratare biologică MBR în sine este un proces de pretratare, partea frontală constând în principal dintr-un sită și un rezervor de sedimentare primară; filtrarea cu nisip și cărbunele activ nu sunt necesare.
III. Concepții greșite utilizate frecvent în timpul implementării proiectului
1. Tratarea filtrelor cu auto-curățare și a filtrelor cu disc ca unic pretratament pentru ultrafiltrare, fără coagulare și sedimentare sau medii multi-, permițând coloizilor să intre direct în membrană, ceea ce duce la o creștere a diferențelor de presiune.
2. Adăugarea excesivă de PAM la sistemul de coagulare poate să nu fie vizibilă cu ochiul liber, dar provoacă murdărirea organică ireversibilă a membranei de ultrafiltrare, iar diferența de presiune inițială nu poate fi restabilită indiferent de cât de multă curățare chimică se efectuează.
3. Mediile de filtrare multi-aglomerarea și scurgerea permit particulelor de nisip să pătrundă în carcasa membranei și să deterioreze fibrele membranei, ducând la SDI anormale în permeat.
4. Lipsa-pe termen lung a spălării din contra a rezervorului de carbon activat duce la creșterea unui număr mare de microorganisme, provocând încrustarea continuă a membranei de ultrafiltrare.
5. În procesul cu ozon-BAC, ozonul rezidual nu este complet îndepărtat, oxidând membrana PVDF și slăbind rezistența fibrei membranei.
6. Adăugarea de filtre cu nisip și cărbune activ la sistemul MBR este o investiție inutilă și crește riscul de colmatare.
Scopul pretratării nu este de a trata apa pentru a îndeplini standardul de ultrafiltrare, ci de a-l îndeplini în mod constant și stabil. Conformitatea ocazională este lipsită de sens; Valoarea pretratării constă în capacitatea sa de a rezista la fluctuațiile calității apei. Ultrafiltrarea poate tolera o anumită cantitate de contaminanți, dar nu poate rezista eșecului periodic al pretratării.
Pretratarea este prima linie de apărare într-un sistem de ultrafiltrare. Diferite membrane de ultrafiltrare au niveluri diferite de rezistență: membranele tubulare și ceramice sunt cele mai rezistente la șocuri; Urmează membranele din fibră goală sub presiune externă; iar membranele din fibre goale sub presiune sunt cele mai vulnerabile.
Atunci când selectați o membrană, trebuie mai întâi să determinați combinația de pretratare pe baza calității apei brute și apoi să alegeți configurația membranei de ultrafiltrare, mai degrabă decât să selectați pur și simplu o membrană de ultrafiltrare și apoi să adăugați un sistem de pretratare.