СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Мембранная технология очистки воды
2. Классификация мембранных процессов
3. Преимущества и недостатки использования мембраннойфильтрации
4. Универсальные мембранные системы очистки питьевой воды
Список используемой литературы
ВЕДЕНИЕ
Неконтролируемый сброспромышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов привел к значительномуухудшению качества воды, идущей на хозяйственно-питьевые нужды. В водепоявились такие токсичные вещества как пестициды, гербициды, фенолы, нитриты,тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец и др.). Применяемые на муниципальныхводоподготовительных предприятиях технологии не позволяют полностью удалить этизагрязнения при водоподготовке.
Около 40 лет назад началаразвиваться принципиально иная технология очистки воды — мембранная технология.Она основана на пропускании воды под давлением через полупроницаемую мембрану иразделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат(концентрированный раствор примесей). Мембранная фильтрация незаменима дляизбавления воды от микробов. Принцип метода мембранной фильтрации –концентрирование присутствующих в анализируемой пробе микроорганизмов наповерхности мембранного фильтра с размером пор 0,45-0,65 мкм путем пропусканияпробы через фильтр. После фильтрации пробы, фильтр с задержаннымимикроорганизмами помещают на питательную среду и инкубируют в соответствующихусловиях.
Мембранные фильтрыявляются фильтрами, удерживающими частицы на своей поверхности, что означаетотсутствие удерживания частиц на внутренней ткани фильтра. Благодаряравномерному и однородному распределению пор на поверхности легко определитьмаксимальный размер частиц, которые могут пройти через фильтр, так что можноговорить об абсолютном уровне фильтрования. Эти фильтры не меняют природуфильтрата и почти не адсорбируют жидкость внутри себя.
Следует помнить, что поэффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: она достигаетпрактически 100% по любому из видов загрязнений. Достаточно сказать, что толькоперечень удаляемых примесей занимает не одну страницу. Через мельчайшие порыполупроницаемой тонкопленочной мембраны, имеющие размер порядка 0,0001 микрона,способны просочиться под давлением только молекулы воды и кислорода, а всепримеси, остающиеся по другую сторону мембраны, сливаются в дренаж.
мембранныйфильтрация вода очистка
1. МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯОЧИСТКИ ВОДЫ
Если по разные стороныполупроницаемой мембраны находятся солесодержащие растворы с разнойконцентрацией, молекулы воды будут перемещаться через мембрану из слабоконцентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнемповышение уровня жидкости. Из за явления осмоса процесс проникновения водычерез мембрану наблюдается даже в том случае, когда оба раствора находятся пододинаковым внешним давлением. Было установлено, что процесс этот продолжаетсядо тех пор, пока между растворами не установится определенная разница вдавлении, так называемое осмотическое давление — сила, под действием которойвода проходит через мембрану. В 60-е годы ХХ в. было обнаружено, что еслиискусственно к концентрированному раствору приложить давление, большеосмотического, то будет протекать обратный процесс: молекулы воды будутпереходить из концентрированного раствора в разбавленный. Этот процессназывается «обратным осмосом». В процессе обратного осмоса вода и растворенныев ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной сторонымембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязненияостаются по другую ее сторону. Тогда ученые пришли к выводу, что явлениеобратного осмоса можно использовать для очистки воды от различных примесей, таккак обратный осмос обеспечивает гораздо более высокую степень очистки, чембольшинство традиционных методов фильтрации, основанных на фильтрациимеханических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.Кроме того, метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации посравнению с ионообменными системами. Первоначально обратный осмос применялсядля опреснения морской воды. Постепенно стали изготавливаться мембраны сразличным диаметром пор, соответственно обеспечивающие разную чистоту воды навыходе.
2.КЛАССИФИКАЦИЯМЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ
Мембранные процессы можноклассифицировать по размерам задерживаемых частиц на следующие типы:
микрофильтрационные(MF)
ультрафильтрационные(UF)
нанофильтрационные(NF)
обратноосмотические (RO).
При переходе отмикрофильтрации к обратному осмосу размер пор мембраны уменьшается и,следовательно, уменьшается минимальный размер задерживаемых частиц. При этом,чем меньше размер пор мембраны, тем большее сопротивление она оказывает потокуи тем большее давление требуется для процесса фильтрации.
Микрофильтрационныемембраны с размером пор 0,1-1,0 мкм задерживают мелкие взвеси и коллоидныечастицы, определяемые как мутность. Как правило, они используются, когда естьнеобходимость в грубой очистке воды или для предварительной подготовки водыперед более глубокой очисткой.
Ультрафильтрационныемембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы(молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, незадерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются впромышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки отвышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды.
Нанофильтрационныемембраны характеризуются размером пор от 0,001 до 0,01 мкм. Они задерживаюторганические соединения с молекулярной массой выше 300 и пропускают 15-90 %солей в зависимости от структуры мембраны.
Обратноосмотическиемембраны содержат самые узкие поры, и потому являются самыми селективными. Онизадерживают все бактерии и вирусы, бoльшую часть растворенных солей иорганических веществ (в том числе железо и гумусовые соединения, придающие водецветность и патогенные вещества), пропуская лишь молекулы воды небольшихорганических соединений и легких минеральных солей. В среднем RO мембранызадерживают 97-99 % всех растворенных веществ, пропуская лишь молекулы воды,растворенных газов и легких минеральных солей. Такие мембраны используются вомногих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении водывысокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольныхнапитков, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т.д.). Использование двухступенчатого обратного осмоса (вода дважды пропускаетсячерез обратноосмотические мембраны) позволяет получить дистиллированную идеминерализованную воду. Такие системы являются экономически выгоднойальтернативой дистилляторам-испарителям и используются на многих производствах(гальваника, электроника и т. д.). В последние годы начался новый бум вмембранной технологии. Мембранные установки стали все больше и большеиспользоваться в быту. Это стало возможным благодаря научным и технологическимдостижениям: мембранные аппараты стали дешевле, возросла удельнаяпроизводительность и снизилось рабочее давление. Системы обратного осмосапозволяют получить чистейшую воду, удовлетворяющую СанПиН «Питьевая вода» иевропейским стандартам качества для питьевого водопользования, а также всемтребованиям для использования в бытовой технике, системе отопления исантехнике.
3. ПРЕИМУЩЕСТВА ИНЕДОСТАТКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕМБРАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Метод мембраннойфильтрации обладает следующими преимуществами:
1) Количественноеопределение
2) Высокая точность
3) Исследование проббольших объемов
4) Исключение влиянияингибиторов роста
5) Экономия питательныхсред
6) Экономия времени
7) Документированиерезультата
Метод мембраннойфильтрации решает все недостатки очистки воды от микробов:
Если в исследуемомобразце воды ожидается низкое содержание микроорганизмов, можно взять большойобъем пробы. При фильтрации на мембране задержатся все микробы.
1. Чтобы исключитьвлияние естественных бактериостатиков, мембрану после фильтрации пробы можнопромыть физраствором или дистиллированной водой.
2. Процесс фильтрациизанимает немного времени (при использовании установки на 47 мм, и фильтре 0,45мкм – скорость фильтрации при 90% вакууме 400-600 мл/минуту в зависимости отпроисхождения фильтра).
3. Оборудованиекомпактно, не требует обширного рабочего места
Установка вакуумнойфильтрации для анализа жидких проб выполнена из нержавеющей стали, что делаетее долговечной, простой в использовании, позволяет проводить обработкупламенем.
Для работы такжепотребуются мембранные фильтры и питательные среды.
Питательные среды можноготовить самостоятельно, на что потребуется дополнительное время, персонал,оборудование.
Но удобнее и выгоднееиспользовать питательные картонные подложки (ПКП).
ПКП – это диск изсорбирующего материала, пропитанный селективной питательной средой, а затемвысушенный в специальных условиях и стерильно упакованный в пластиковую чашкуПетри. Активация питательной среды проводится непосредственно передиспользованием путем смачивания подложки стерильной водой. В комплекте сподложками поставляются стерильные мембранные фильтры.
Материал мембранныхфильтров – нитрат целлюлозы. Как показала многолетняя практика, этот материалобеспечивает оптимальные условия роста задержанных микроорганизмов, исключаяполучение ложного отрицательного результата.
Процесс изготовления ПКПстандартизован и сертифицирован по международным стандартам ISO и GMP. Этоозначает, что, используя ПКП, Вы застрахованы от влияния человеческого факторана результат анализа, когда при приготовлении питательной среды не выдержанастрого рецептура, что приводит с созданию неудовлетворительных условий дляроста микроорганизмов. Или когда в стерилизованную среду случайно вносится загрязнение,что обеспечивает ложный положительный результат.
Мембранный фильтр состоитиз нескольких слоев, которые соединены вместе и обмотаны вокруг пластиковойтрубки. Материал мембраны полупроницаем. Вода продавливается черезполупроницаемую мембрану, которая отторгает даже низкомолекулярныесоединения. Замена мембранного фильтра может потребоваться в случае, когдаустановка станет производить заметно меньше воды или измениться ее вкус. Обычносрок эксплуатации мембранного фильтра при правильной эксплуатации исвоевременной замене фильтров предварительной очистки — 2 — 3 года. Мембранныесистемы имеют и ряд других достоинств. Во-первых, загрязнения не накапливаютсявнутри мембраны, а постоянно сливаются в дренаж, что исключает вероятность ихпопадания в очищенную воду. Благодаря такой технологии даже при значительномухудшении параметров исходной воды качество очищенной воды остается стабильновысоким. Может лишь понизиться производительность, о чем потребитель узнает посчетчикам, встроенным в систему. В этом случае мембрану необходимо промытьспециальными реагентами. Такие промывки проводятся регулярно (примерно 4 раза вгод) специалистами сервисной службы. Одновременно производится контроль работыустановки. Другое преимущество — отсутствие химических сбросов и реагентов, чтообеспечивает экологическую безопасность. Мембранные системы компактны ипрекрасно вписываются в интерьер. Они просты в эксплуатации и не нуждаются вовнимании со стороны пользователя.
Однако мембранные системыочистки воды достаточно дорогостоящи. Но, учитывая то, что при использовании«накопительных» систем скорее всего понадобится несколько установок различногодействия, то общая их стоимость тоже обойдется недешево. А если говорить обэксплуатационных затратах, то для мембранных систем они значительно меньше.
Мембранная технологияактивно развивается. Установки постоянно совершенствуются. Современные системыпрактически полностью автоматизированы, оснащены системой блокировки в случаеперебоев в подаче электроэнергии и защитой от «сухого хода». Мембраннаяфильтрация получает все большую популярность в бытовом использовании благодарянадежности, компактности, удобству в эксплуатации и, конечно же, стабильновысокому качеству получаемой воды. Многие утверждают, что только благодаря обратномуосмосу узнали настоящий цвет чистой воды.
Наибольшее признаниеполучили обратноосмотические системы благодаря уникальному качеству воды,достигаемому после фильтрации. Явление прохождения воды через пленку измалоконцентрированного раствора в более концентрированный раствор было открытоеще в XVIII в. Это явление получило название осмоса, а пленка, пропускающаяводу, названа мембраной. Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всехживых организмов. Благодаря ему в каждую живую клетку поступают питательныевещества и, наоборот, выводятся шлаки. Явление осмоса наблюдается, когда двасоляных раствора с разными концентрациями разделены полупроницаемой мембраной.Эта мембрана пропускает молекулы и ионы определенного размера, но служитбарьером для веществ с молекулами большего размера. Таким образом, молекулыводы способны проникать через мембрану, а молекулы растворенных в воде солей —нет.
Такие мембраны эффективносправляются с низкомолекулярными гуминовыми соединениями, которые придают водежелтоватый оттенок и ухудшают ее вкусовые свойства, и которые очень трудноудалить другими методами. С использованием мембранных обратноосмотическихсистем можно получить чистейшую воду. Такая вода не только безопасна дляздоровья, но и сохраняет белоснежность дорогостоящей сантехники, не выводит изстроя бытовую технику и систему отопления, и просто радует глаз.
4. УНИВЕРСАЛЬНЫЕМЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Полупроницаемаяполимерная плёнка действует подобно стенкам клеток живых организмов, пропускаячерез мельчайшие поры лишь частицы, соизмеримые с молекулами воды. Композитнаяполиамидная обратноосмотическая мембрана задерживает практически всезагрязнения, в том числе бактерии и вирусы. Для того чтобы загрязнения неоседали на мембране и не закупоривали поры, вода течет с высокой скоростьювдоль поверхности мембраны, смывая загрязнения в канализацию. Система проста вобслуживании и легко монтируется под кухонной раковиной или рядом с ней иснабжена отдельным краном.
В базовую комплектациюсистемы входят:
1. Предварительныйфильтр механической очистки (5 мкм).
2. Предварительныйфильтр с гранулированным углем
3. Дополнительныйфильтр с прессованным углем.
4. Корпус собратноосмотической мембраной.
5. Финишный фильтр
6. Автоматическийклапан отключения воды.
7. Накопительный бакс краном.
8. Муфта подключенияк линии холодной воды.
9. Муфта подключенияк канализации.
10. Кран чистой воды.
Сменные компонентысистемы очистки питьевой воды.
1) Картриджи механическойочистки обеспечиваюточистку воды от механических примесей (песок, ржавчина и т.п.), что позволяетзащитить мембрану от повреждения и загрязнения. Минимальный размерзадерживаемых примесей – 5 мкм. Картриджи изготовлены из термически связанногополипропиленового микроволокна и имеют переменную плотность упаковки,увеличивающуюся от поверхности к центру, что значительно повышает грязеемкостькартриджей. Пропускная способность – 1100 л/ч (при потере давления 0,1 бар).Ресурс картриджа — до 6 месяцев (в зависимости от расхода и качества воды).
2) Картридж и спрессованным активированным углем обеспечивают эффективную очистку воды от хлора, органическихи хлорорганических соединений (фенолы, хлорфенолы, моющие вещества и т.п.).Картриджи состоят из прессованного активированного угля, покрытого полипропиленовойсеткой, защищающей уголь от механических загрязнений. В мембранной системеустанавливается до мембранного модуля для защиты мембраны от разрушающеговоздействия хлора. Эффективность очистки от хлора выше, чем у картриджей сгранулированным углем и составляет не менее 95% (при содержании хлора 2 мг/л ирасходе воды 170 л/час). Пропускная способность – 420 л/ч (при потере давления0,2 бар). Ресурс картриджей по хлору — до 6 месяцев (в зависимости от расхода икачества воды).
3) Картриджи с гранулированнымактивированным углем изготовлены из скорлупы кокосового ореха. Обеспечиваюточистку воды от хлора, хлорорганических и органических соединений (фенолы,хлорфенолы, моющие вещества и т.п.). В мембранной обратноосмотической системеустанавливается до мембранного модуля для защиты мембраны от разрушающеговоздействия хлора. Пропускная способность – 300 л/ч. Ресурс составляет до 6месяцев.
4) Финишный угольныйфильтр – используетсядля доочистки воды от низкомолекулярных органических соединений, которые могутпроникнуть через обратноосмотическую мембрану или попасть в чистую воду изрезиновой груши бачка и вызвать неприятный запах и вкус, устанавливается припомощи специальных креплений на корпус мембраны. Представляет собой неразборныйпластиковый корпус с активированным углем, который после выработки ресурсазаменяется полностью. Пропускная способность – 120 л/ч. Ресурс – 3500 / 5300литров.
Список литературы
2. Теоретические основы зашиты окружающейсреды: Учеб. пособие А.Г. Ветошкин-М.: Высш.шк., 2008.-397 с.: ил.