Ультрафильтрационные системы. Описание, принцип действия. Отличия от обратного осмоса

Ультрафильтрационные системы. Описание, принцип действия. Отличия от обратного осмоса

Ультрафильтрацию, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Например, для водных растворов принимают, что ультрафильтрация применима тогда, когда хотя бы один из компонентов системы имеет молекулярную массу от 500 и выше.

Ультрафильтрация заимствовала у обратного осмоса способы получения мембран, а также во многом подобна обратному осмосу и по аппаратному исполнению. Отличие заключается в гораздо более высоких требованиях к отводу концентрированного у мембранной поверхности вещества, способного формировать в случае ультрафильтрации гелеобразные слои и малорастворимые осадки.

Технологические возможности ультрафильтрации во многих случаях гораздо шире, чем у обратного осмоса. Так, при обратном осмосе, как правило, происходит общее задержание всех частиц. Однако на практике часто возникает задача селективного разделения компонентов раствора, т. е. фракционирования. Решение этой задачи является очень важным, поскольку при этом возможно отделение и концентрирование весьма ценных или редких веществ (белки, физиологически активные вещества, полисахариды, комплексы редких металлов и т. д.).

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды. Это свойство ультрафильтрационных мембран задействовано для бытовых систем очистки воды.

Ультрафильтрационные мембраны бывают различных типов – одноканальные и многоканальные. Их изготавливают в виде плоских листов или полых волокон. Для систем водоподготовки обычно применят мембраны с полыми волокнами. Для бытовых систем ультрафильтрации, устанавливаемых под мойку, применяют одноканальные волокна с внутренним диаметром 0,8 мм или меньше, для исходной воды с высоким содержанием твердых веществ используются волокна с б?льшим внутренним диаметром – до 1,5 мм.

Малый диаметр применяемых волокон обеспечивает высокую плотность мембраны, простоту обратной промывки, малую загрязняемость, уровень эксплуатационных затрат, высокую проницаемость и в то же время высокую механическую прочность, обеспечивает целостность мембраны.

Механическая целостность мембраны напрямую зависит от наличия поврежденных волокон. Вследствие их малых размеров, одноканальные волокна подвержены повреждениям из-за высоких нагрузок, особенно во время частых циклов обратных промывок.

Обычно исходная вода проникает внутрь капилляров волокон, а отфильтрованная отводится с их внешней стороны (режим «in-out») Однако подача исходной воды может осуществляться и снаружи мембран, при этом отфильтрованная выходит из капилляров.

При обратной промывке направления потоков меняются на противоположные (в отличие от режима фильтрации).

На внешней поверхности волокон во время обратной промывки достигается большая скорость потока. Это обеспечивает выравнивание распределения потока вдоль всей длины волокна, что повышает эффективность удаления загрязнений из капилляров. При конфигурации «in-out» объем использованной загрязненной воды оказывается очень маленьким, так как вода проникает внутрь волокон и заполняет внутренний объем, который существенно меньше наружного.

Экономически выгодно производить обратные промывки через короткие интервалы времени, предотвращая образование загрязняющего слоя. При этом офф-лайновые химические промывки мембран можно будет производить гораздо реже.

Давление, необходимое для промывки фильтра, составляет 1–3 атм. Слив удаленных загрязнений происходит в канализацию.