ULTRAFILTRACJA (UF)
Technologie membranowe to dość szeroki termin, obejmujący różne procesy, zróżnicowane pod względem zastosowania i jakości uzyskanej wody. Poniżej przedstawiono zakresy zastosowań i wielkości usuwanych cząstek przy poszczególnych technologiach.
Zastosowanie ultrafiltracji do uzdatniania wody pozwala na usunięcie zawiesin, związków koloidalnych, wszelkich substancji powodujących mętność i barwę oraz mikroorganizmów, w tym również wirusów. W wyniku ultrafiltracji nie są natomiast zatrzymywane związki typu jonowego. Proces ultrafiltracji oparty jest na efekcie sita molekularnego o średnicy porów 0,01 – 0,1 µm i polega na fizycznym odsiewaniu związków o odpowiednio dużej masie cząsteczkowej. Ze względu na rozmiar porów membrany i brak charakteru dyfuzyjnego procesu, ciśnienie robocze może być dużo niższe niż w procesie odwróconej osmozy i wynosi 0,7 – 7 bar.
Stosowane są dwa rodzaje membran: cylindryczne i kapilarne. Do uzdatniania wody powierzchniowej używane są głównie membrany organiczne wykonane z polieterosulfonu.
Najczęstszym trybem pracy urządzeń do ultrafiltracji jest tzw. zasada „dead-end-flow“ (podobna do filtracji na filtrze żwirowym). Oznacza to, że cała woda zasilająca przepływa przez membranę, stając się po przejściu przez membranę, permeatem ultrafiltracji. Zanieczyszczenia osadzają się na powierzchni membrany i są usuwane poprzez okresowe płukanie wsteczne.
Filtracja: przepływ przez membranę
Płukanie wsteczne: ok. 250 l/m2/h
Płukanie wsteczne odbywa się w określonych odstępach czasu – najczęściej trwa 30 sekund i odbywa się co pół godziny. Membrany są płukane wstecznie permeatem gromadzonym w zbiorniku pośrednim – permeat podawany jest na membrany za pomocą pompy płuczącej. Płukanie wsteczne może być dodatkowo wspomagane powietrzem.
Oprócz płukania wstecznego wymagane jest również okresowe czyszczenie chemiczne membran w połaczeniu z ich dezynfekcją. Dezynfekcję przeprowadza się najczęściej przy użyciu NaOCl o stężeniu 50 – 200 mg/l. Środek dezynfekujący podawany jest automatycznie w określonych odstępach czasu do wody płuczącej za pomocą pompy dozującej tak, aby płukany blok poddany został działaniu środka przez ok. 2 – 15 min. Po upływie tego czasu woda płucząca wraz ze środkiem dezynfekującym zostaje odprowadzona z instalacji. Czyszczenie chemiczne odbywa się na tej samej zasadzie przy użyciu HCl lub NaOH albo obydwu związków w określonej sekwencji (np. czyszczenie HCl raz na dobę, czyszczenie NaOH raz na tydzień).
Czasami, w przypadkach gdy woda surowa ma wysoką mętność oraz zawiera duże ilości zawiesin, stosowana jest filtracja „cross-flow“. Przy tego typu filtracji znaczna część koncentratu jest zawracana do strumienia zasilającego tak, aby zapewnić stały przepływ przez membrany. Pozostała część koncentratu jest odprowadzana do kanalizacji w sposób ciągły.
Skuteczność usuwania zanieczyszczeń w procesie ultrafiltracji ogranicza się do cząstek o wielkości 10 nm (ok. 20 000 Dalton) – usunięte zostają wszystkie wszystkie zawiesiny, koloidy oraz wielkocząsteczkowe molekuły organiczne. Jednak ogólna redukcja TOC w procesie ultrafiltracji przy naturalnych źródłach wody jest raczej niska (10 – 50%).