Ультрафильтрация не является панацеей. 70%-80% случаев засорения систем ультрафильтрации связано с неудачной предварительной очисткой. Многие проекты рассматривают ультрафильтрацию как «последнее средство», упрощая предварительную очистку и сокращая ее. Независимо от того, используются ли половолоконные, плоские, трубчатые или керамические мембраны, произойдет быстрое увеличение перепада давления, частая химическая очистка и существенное сокращение срока службы мембраны.
Обычные основные процессы предварительной обработки ультрафильтрацией включают: коагуляционное осаждение, мульти-фильтрацию с использованием сред, фильтрацию с активированным углем, дисковые фильтры, само-фильтры, пред-микрофильтрацию, пред-микрофильтрацию, озон-биологический активированный уголь и предварительную умягчающую обработку. Комбинация предварительной обработки сильно варьируется в зависимости от качества поступающей воды (шахтные воды, отходы углепереработки, городские вторичные сточные воды, поверхностные воды).
I. Детальное сравнение процессов предварительной обработки.
1. Коагуляция-Седиментация (коагуляционное осветление)
Принцип процесса: добавление PAC/PAM вызывает флокуляцию коллоидов, взвешенных твердых частиц, некоторого количества фосфора и крупных органических молекул, обеспечивая разделение твердых-жидких веществ посредством седиментации.
Преимущества: Превосходное удаление взвесей, коллоидов и мути; удаляет часть гидрофобных органических веществ; зрелая операция, подходящая для крупномасштабных-проектов; относительно контролируемые инвестиции.
Недостатки: Высокие требования к контролю дозировки реагентов; избыток реагентов может привести к попаданию остаточных солей алюминия и полимерных флокулянтов, что непосредственно приводит к необратимому засорению системы ультрафильтрации; большой сброс шлама; большая площадь занимаемой площади; Эффект флокуляции ухудшается в условиях низких-температур.
Типичная совместимость с притоками: поверхностные воды, шахтные воды, промышленные сточные воды с высокой-мутностью.
Сочетание с ультрафильтрацией: наиболее часто используемый этап предварительной-обработки для ультрафильтрации с полыми волокнами под внешним давлением; чрезмерное добавление ПАМ строго запрещено, поскольку остаточный ПАМ губителен для ультрафильтрации.
Точки проектирования и эксплуатации: Контроль мутности сточных вод Менее или равна 5 NTU; строго контролировать дозировку ПАМ, минимизировать использование анионного ПАМ; соответствующим образом продлить время флокуляции зимой при низких температурах.
2. Мульти-фильтрация (кварцевый песок + антрацит)
Принцип процесса: Гравитационная фильтрация под давлением, основанная на слое фильтрующего материала для улавливания мелких взвешенных твердых частиц и коллоидов.
Преимущества: Удаляет мелкие частицы, оставшиеся после осаждения; стабильная работа; знаком обслуживающему персоналу; подходит для больших объемов воды; можно промывать и регенерировать.
Недостатки: Плохая устойчивость к ударным нагрузкам; большие колебания мутности приточной воды, склонные к стоку среды; слеживание среды и мелкие частицы песка, попадающие в систему ультрафильтрации после слеживания, царапают волокна мембраны; почти нулевая способность удаления растворенных органических веществ.
Типичная совместимость сточных вод: Сточные воды после коагуляции и осаждения; шахтная вода, городская оборотная вода.
Совместимость с ультрафильтрацией: стандартный блок предварительной-фильтрации для напорной ультрафильтрации с внешним давлением-типа; не может использоваться в качестве единственной предварительной обработки перед ультрафильтрацией.
Рекомендации по проектированию и техническому обслуживанию: Регулярно проверяйте фильтрующий материал, чтобы предотвратить утечку; обеспечить разумную интенсивность обратной промывки; немедленно исследуйте любое внезапное увеличение мутности сточных вод, чтобы предотвратить попадание песка в корпус ультрафильтрационной мембраны.
3. Фильтрация активированным углем (гранулированный активированный уголь GAC)
Принцип процесса: Адсорбция удаляет некоторое количество гуминовой кислоты, цвета и некоторое количество гидрофобных органических веществ.
Преимущества: Снижает органическую нагрузку, уменьшает органическое загрязнение системы ультрафильтрации; удаляет часть остаточного хлора.
Недостатки: Невозможно удалить взвешенные вещества; склонны к росту микробов на более поздних стадиях эксплуатации, при этом сточные воды содержат большое количество бактерий и биологических остатков, что приводит к серьезному биообрастанию в системе ультрафильтрации; активированный уголь требует регулярной регенерации или замены; маслянистый приток может легко вызвать порчу и слеживание активированного угля.
Типичная совместимость с притоками: Поверхностные воды, некоторые химические сточные воды, вода с высоким содержанием органических веществ.
Использование с ультрафильтрацией: Ультрафильтрацию под внешним давлением можно улучшить путем предварительной обработки; не рекомендуется для сточных вод с высоким содержанием масла или SS.
Рекомендации по проектированию и техническому обслуживанию: Регулярная обратная промывка; контролировать время контакта с пустой кроватью; будьте внимательны к вспышкам микробов в резервуаре с активированным углем; немедленно заменяйте активированный уголь, когда он становится неэффективным.
4. Самоочищающийся-фильтр.
Принцип процесса: металлическая сетка фильтра, автоматическая онлайн-фильтрация щеткой/всасыванием, обычно с точностью 50-200 мкм.
Преимущества: Полностью автоматическая непрерывная работа; небольшая занимаемая площадь; отсутствие необходимости замены фильтрующего материала; подходит для высоких скоростей потока; низкая трудоемкость обслуживания.
Недостатки: Задерживает только крупные твердые примеси, совершенно неэффективен против коллоидов и мелких взвешенных веществ; не может уменьшить мутность; поврежденная сетка фильтра позволяет примесям напрямую попадать в последующий процесс.
Типичная совместимость воды на входе: Защищает оборудование, расположенное ниже по потоку; пред-фильтрация в целях безопасности.
Сочетание с ультрафильтрацией: только для защиты, а не в качестве основной предварительной-обработки перед ультрафильтрацией; обычно размещается после мульти-фильтров и перед защитным фильтром ультрафильтрации.
Особенности проектирования и обслуживания: При выборе модели учитывайте запас по потоку; регулярно проверяйте сетку фильтра на целостность.
5. Дисковый фильтр (пакетный дисковый фильтр)
Принцип процесса: компрессионная фильтрация с пластиковым диском, точность 5-100 мкм, автоматическая обратная промывка.
Преимущества: более высокая точность фильтрации, чем у обычных самоочищающихся фильтров; быстрая обратная промывка; небольшая занимаемая площадь; высокая степень автоматизации.
Недостатки: Неэффективен против коллоидов и растворенной органики; маслянистая вода может легко вызвать прилипание и засорение диска; частая обратная промывка в условиях высоких SS.
Типичная совместимость с подаваемой водой: очищенная вода, шахтная вода после предварительной-седиментационной фильтрации.
Совместимость с ультрафильтрацией: часто используется в качестве фильтра предварительной-в внешних системах ультрафильтрации под давлением, заменяя некоторые мульти-фильтры; не может использоваться отдельно для воды на входе с высокой мутностью.
Рекомендации по проектированию и техническому обслуживанию: Используйте с осторожностью для нефтесодержащих сточных вод; регулярно разбирайте и проверяйте прилегание фильтрующего диска.
6. Защитный фильтр (микрофильтрация, фильтрующий элемент 5–10 мкм)
Принцип процесса: Фильтрующий элемент задерживает твердые частицы и мусор из протекшего фильтрующего материала, защищая мембранный элемент ультрафильтрации.
Преимущества: Задерживает песок и твердые примеси, попадающие в протекающую среду, защищая волокна мембраны от физических царапин.
Недостатки: Не удаляет коллоиды и органические вещества; фильтрующий элемент является расходным материалом; фильтрующий элемент подлежит замене при повышении перепада давления; поврежденный фильтрующий элемент приведет к прямому попаданию примесей в систему ультрафильтрации.
Типичная совместимость воды на входе: необходима для всех систем ультрафильтрации-напорного типа.
Совместимость с ультрафильтрацией: требуется для систем ультрафильтрации под давлением-внешнего и внутреннего типа; обычно не требуется для погружных MBR, трубчатых систем и керамических мембран.
Рекомендации по проектированию и техническому обслуживанию: Установите сигнал тревоги по перепаду давления; строго запрещать работу, когда перепад давления превышает предел; никогда не используйте поврежденные или некачественные фильтрующие элементы.
7. Озон-Биологический активированный уголь (O₃-BAC)
Принцип процесса: Озон окисляет крупные органические молекулы, после чего происходит разложение некоторых органических веществ биологическим активированным углем.
Преимущества: Значительно снижает попадание органических веществ, существенно снижает органическое и биологическое загрязнение ультрафильтрационной мембраны; убирает цвет.
Недостатки: Высокие инвестиции; высокий расход химикатов в процессе эксплуатации; чрезмерная доза озона может повредить органическую ультрафильтрационную мембрану из ПВДФ; комплексное управление процессом; высокие требования к эксплуатации и управлению.
Типичная совместимость с приточной водой: Поверхностные воды, городская очищенная вода с высоким содержанием органических веществ.
Совместимость с ультрафильтрацией: глубокая предварительная обработка ультрафильтрацией под внешним давлением; Необходимо контролировать остаточный озон, поскольку остаточный озон, попадающий в мембрану, окисляет волокна мембраны из ПВДФ.
Рекомендации по проектированию и техническому обслуживанию: После обработки озоном необходимо обеспечить достаточную дегазацию, чтобы гарантировать, что остаточный озон не попадет в систему ультрафильтрации.
8. Предварительная смягчающая обработка (смягчение смолы/известки-карбонатом натрия)
Принцип процесса: Удаляет кальциевую и магниевую жесткость и кремний, уменьшая склонность к образованию накипи.
Преимущества: Уменьшает неорганические отложения на поверхности ультрафильтрационной мембраны, одновременно защищая последующую систему обратного осмоса.
Недостатки: Сложная система; высокий расход реагентов; смола требует регенерации; повышенная соленость пермеата.
Типичная совместимость с притоками: шахтная вода высокой-жесткости, промышленная очищенная вода высокой-жесткости.
Сочетание с ультрафильтрацией. Предварительную очистку можно выбрать перед ультрафильтрацией, которая обычно используется для воды с высокой-жесткостью; не универсальная конфигурация.
II. Рекомендуемые комбинации предварительной обработки для различных источников сырой воды
1. Муниципальные вторичные биологические сточные воды (очищенная вода)
Рекомендуется: Коагуляционное осаждение → Мульти-фильтрация → Защитный фильтр → Ультрафильтрация под внешним давлением.
Ключевые точки контроля: Взвешенные вещества и микроорганизмы в биологических сточных водах; чрезмерный PAM строго запрещен.
2. Шахтная вода (высокое содержание взвешенных веществ, высокая жесткость).
Рекомендуется: Коагуляционное осветление → Мульти-фильтрация → Дисковый фильтр → Защитный фильтр → Ультрафильтрация под внешним давлением.
Ключевые точки предотвращения и контроля: Утечка фильтрующего материала в корпус мембраны; Для обеспечения высокой твердости можно добавить блок умягчения.
3. Поверхностные воды (пластовые воды с высоким содержанием гуминовых кислот и органических веществ).
Рекомендуется: Коагуляция и седиментация → Мульти-среды → Фильтрация с активированным углем → Защитный фильтр → Ультрафильтрация под внешним давлением; При очень высоком содержании органических веществ можно добавить озон-BAC.
4. Сточные воды с высоким содержанием нефти и твердых частиц (трубопроводная ультрафильтрация/T-MBR)
Рекомендуется: сепарация нефти-Флотация → Коагуляция и осаждение → Трубопроводная ультрафильтрация; Мембраны трубопроводов обладают высокой устойчивостью к загрязнению и могут устранить необходимость в многоступенчатой тонкой фильтрации, однако отделение масла и флотация имеют важное значение.
5. Муниципальные сточные воды, поступающие непосредственно в погружной МБР.
Сам резервуар биологической очистки MBR представляет собой процесс предварительной очистки, передняя часть которого в основном состоит из сетки и первичного отстойника; песчаная фильтрация и активированный уголь не требуются.
III. Часто используемые заблуждения при реализации проекта
1. Самоочищающиеся фильтры-и дисковые фильтры являются единственной предварительной обработкой для ультрафильтрации, без коагуляции и седиментации или использования нескольких-сред, позволяющих коллоидам напрямую проникать в мембрану, что приводит к скачку перепада давления.
2. Чрезмерное добавление ПАМ в коагуляционную систему может быть незаметным невооруженным глазом, но оно вызывает необратимое органическое засорение ультрафильтрационной мембраны, и первоначальный перепад давления не может быть восстановлен, сколько бы ни проводилась химическая очистка.
3. Слеживание и утечка многослойного фильтрующего материала позволяют частицам песка проникать в корпус мембраны и повреждать волокна мембраны, что приводит к аномальному SDI в пермеате.
4. Длительное-отсутствие обратной промывки резервуара с активированным углем приводит к росту большого количества микроорганизмов, вызывающих постоянное биообрастание ультрафильтрационной мембраны.
5. В озоновом-процессе BAC остаточный озон не удаляется полностью, окисляя мембрану из ПВДФ и ослабляя прочность мембранного волокна.
6. Добавление песчаных фильтров и активированного угля в систему MBR является ненужной инвестицией и увеличивает риск засорения.
Цель предварительной очистки состоит не в том, чтобы привести воду в соответствие со стандартом ультрафильтрации, а в том, чтобы последовательно и стабильно ему соответствовать. Время от времени согласие бессмысленно; Ценность предварительной очистки заключается в ее способности противостоять колебаниям качества воды. Ультрафильтрация может выдерживать определенное количество загрязнений, но не может противостоять периодическим сбоям предварительной обработки.
Предварительная обработка — это первая линия защиты в системе ультрафильтрации. Различные ультрафильтрационные мембраны имеют разную степень устойчивости: трубчатые и керамические мембраны наиболее устойчивы к ударам; Следующими идут половолоконные мембраны с внешним давлением; Мембраны из полых волокон с внутренним давлением являются наиболее уязвимыми.
При выборе мембраны вам следует сначала определить комбинацию предварительной очистки на основе качества сырой воды, а затем выбрать конфигурацию ультрафильтрационной мембраны, а не просто выбирать ультрафильтрационную мембрану и затем добавлять систему предварительной очистки.