Мембранные технологии для очистки сточных вод: Специфика очистки сточных вод с применением мембран

Удаление биогенных элементов в мембранном биореакторе

Мембранные биологические реакторы (МБР) получили признание в мире, поскольку позволяют достигать стабильно высокое качество очистки, в том числе и от биогенных элементов, с одновременным сокращением объемов существующих сооружений. Мировой опыт эксплуатации МБР в промышленных масштабах в течение длительного времени (на ряде очистных сооружений – более 10 лет без замены мембран) показывает высокую надежность как оборудования, так и самой технологии. Мембранные технологии рассматриваются как одно из наиболее перспективных направлений развития биологической очистки городских сточных вод.

Оценка эффективности применения МБР для биологического удаления биогенных элементов проведена специалистами Инженерно-технологического центра АО “Мосводоканал” в ходе полупромышленных испытаний на установке производительностью до 5 м³

Применение мембранной технологии позволяло эффективно реализовать процесс биологического удаления азота и фосфора для низкоконцентрированных городских сточных вод с сокращением объема сооружений на 30%. Поскольку вынос взвешенных веществ благодаря использованию мембраны отсутствует, использование технологии МБР позволяет поддерживать оптимальный возраст активного ила для обеспечения достаточно высокой активности гетеротрофных бактерий и нитрификаторов. В связи с этим технологии на основе MBR-реакторов обеспечивают гарантированное качество очистки не только от взвешенных и органических веществ, но и аммонийного азота.

Промышленная реализация мембранной технологии в АО «Мосводоканал» была произведена в 2015 году на реконструированных очистных сооружениях производительностью 500 куб.м/сут в поселке Минзаг (рис.2). Мембранные технологии позволили повысить эффективность очистки за счет повышения концентрации активного ила и исключения двух технологических этапов – отстаивание воды на вторичных отстойниках и прохождение её через фильтры доочистки.

Мембранная фильтрация на стадии доочистки коммунальных сточных вод

Взвешенные вещества являются показателем, по которому существующие нормативы требуют высокого качества очистки сточных вод. Гравитационное илоразделение во вторичных отстойниках позволяет добиваться требуемого качества очистки по взвешенным веществам. Однако при возникновении нештатных ситуаций, например, при колебаниях дозы ила в аэротенках, залповых сбросах токсикантов происходит ухудшение илоразделения и повышение концентрации взвешенных веществ в очищенной воде. Это не только приводит к несоответствию нормативным требованиям очистки, но и ухудшает работу систем ультрафиолетового обеззараживания.

Применение стадии доочистки (третичной очистки) от взвешенных веществ решает эту проблему. Наиболее современным методом является мембранная микро- и ультрафильтрация.

Испытания технологии ультрафильтрации для доочистки биологически очищенных сточных вод проведены Инженерно-технологическим центром АО «Мосводоканал» на опытной установке, работающей по принципу «тупиковой» фильтрации с периодической обратной промывкой (рис.3). Использование ультрафильтрации существенно улучшило показатели качества биологически очищенной воды: концентрация взвешенных веществ в воде, прошедшей третичную очистку, не превышала 1 мг/л. Применение этого метода на стадии доочистки позволит достигать стабильного соблюдения нормативов ПДК

Применение мембран на стадии доочистки в АО «Мосводоканал» в промышленном масштабе произведено в 2017 году на реконструированных очистных сооружениях производительностью 2000 куб.м/сут в поселке Щапово (рис.4).

Биологическая очистка на сооружениях осуществляется в двух линиях аэротенков, где предусмотрены зоны для прохождения процессов нитрификации и денитрификации, осуществляющих очистку от соединений азота. Удаление фосфора фосфатов происходит реагентным способом путем дозирования треххлористого железа в трубопровод возвратного активного ила. Для разделения иловая смесь из аэротенков направляется во вторичные отстойники.

Биологически очищенная сточная вода поступает в буферный резервуар и далее на блок доочистки. Микрофильтрационные мембранные модули со сменными трубчатыми мембранами, расположенными вертикально, размещены в резервуарах. Фильтрация в мембранных трубках происходит по принципу снаружи-внутрь. Мембранная фильтрация обеспечивает глубокую доочистку от мелкодисперсных взвешенных веществ, бактерий, вирусов, коллоидных веществ и стабильное качество очищенных сточных вод, соответствующее нормативам на сброс в водоем рыбохозяйственного назначения. Содержание взвешенных веществ в очищенной воде, выходящей из мембранных резервуаров, не превышает 3 мг/л.

Поделиться:

Мембранная система очистки воды – самый современный способ фильтрации воды

Главная > Статьи > О технологиях фильтрации > Мембранная система очистки воды – самый современный способ фильтрации воды

Статьи

27. 08.2020

Мембранная система очистки воды – один из самых популярных современных методов фильтрации. Окружающая природная среда в настоящие время находится в таком состоянии, что никто не уверен, что на самом деле он пьет или использует в пищу. 

Водопользование во всем мире достигло такого уровня, при котором восстанавливаться самостоятельно водные источники попросту не успевают. Уровень загрязненности природных и сточных вод постоянно растет. 

Решения BWT для промышленной и бытовой очистки воды:

Фильтры механической очистки

Фильтр с активированным углем

Фильтры под мойку

Получить консультацию

Традиционные технологии водоочистки не могут обеспечить необходимую эффективную очистку воды. Освобождение от всех существующих видов загрязнения требует применения фильтрующих технологий, которые сами были бы экологически чистыми. Это заставляет постоянно усовершенствовать новые технологии, которые позволят быстро, эффективно и экономически выгодно очистить природные и сточные воды.

Мембранная система очистки воды является на сегодняшний день самой передовой технологией. В основе таких систем лежат полупроницаемые пористые мембраны, через которые проходит водный поток и очищает его от примесей. Мембранные системы задерживают загрязнения и действуют как тончайшие сита. Ненужные удержанные вещества концентрируются в потоке (концентрат), который не накапливается, а выводится из системы. Очищенная вода проходит через мембрану в виде фильтрата (пермеата). Чем меньше поры мембран, тем выше степень очистки, но и тем большее давление необходимо применить для фильтрации. Мембранные системы очистки воды в зависимости от создаваемого внутри них давления делятся на системы низкого, среднего и высокого давления. Фильтры, работающие с давлением до 6 атмосфер чаще всего применяют для очистки пресной воды от всякого рода примесей.

Принцип работы традиционных систем водоочистки воды основан на прохождении воды через фильтрующую среду, в которой, в конечном итоге, накапливаются загрязнения. Это приводит к необходимости регенерации и дезинфекции среды особыми растворами или вообще к ее замене. Еще в 18 веке было открыто явление самопроизвольного прохождения растворителя через пленку. Если взять два раствора — менее концентрированный и более концентрированный, и разделить их пленкой, то растворитель из менее концентрированного раствора будет переходить в более концентрированный. 

Явление назвали осмосом, а пленку мембраной. В шестидесятые годы открыли, что при увеличении давления в концентрированном растворе (выше осмотического), будет протекать обратный процесс – молекулы растворителя начинают переходить из концентрированного раствора в разбавленный. Таким образом, явление обратного осмоса стали применять для очистки и опреснения воды в подводных лодках. Степень очистки можно регулировать, применяя мембранные фильтры с порами разного диаметра. Ультрафильтрационные мембраны убирают микроорганизмы, органические соединения и коллоидные частицы, обратноосмотические – до 97-99% всех примесей, пропуская, теоретически, только молекулы воды.

Мембранные системы очистки активно применяются в производстве продуктов питания, лекарственных средств, электронике и т. д. Современные разработки позволяют значительно уменьшать их стоимость, благодаря этому появилась возможность употреблять их в быту для фильтрации питьевой воды. Построил особняк с баней и бассейном – не жалей денег на очистку воды для них. Голубая вода для собственной бани не окажет вредного влияния на кожу, а огромный бассейн будет выглядеть притягательно.

Мембранная система очистки воды имеет ряд преимуществ: загрязнения не скапливаются, экологическая чистота, простота эксплуатации и малогабаритность и высокая степень автоматизации.

Поможем правильно выбрать место для установки бассейна на даче

Уменьшение напора воды зачастую связано с накоплением грязи в фильтре, расположенном на общей водопр…

Все статьи

База знаний

Дополнительная информация

Мы используем файлы “cookie”, чтобы обеспечить максимальное удобство пользователям. Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cookie. Согласен

Вход на сайт

Восстановить пароль

Введите код авторизации из письма, после чего Вы будете перенаправлены в «Личный кабинет» для изменения пароля.

Регистрация

Получать новости об акциях и скидках

Сообщить о поступлении

Получить консультацию по товару, снятому с производства

Получите предложение по аренде диспенсеров

Купить товар у дилера

Заказать оптом

Получить консультацию

Получите предложение

Сообщить о поступлении

Нажимая на кнопку «Отправить», вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Спасибо!

Ошибка!

–>

Что такое мембранная технология очистки воды и почему мы на ней специализируемся?

Мембранная очистка воды — это процесс удаления нежелательных компонентов из воды. Мембрана представляет собой барьер, который пропускает одни вещества и блокирует другие. В водоочистных сооружениях используются различные типы мембран и процессов для очистки поверхностных, грунтовых и сточных вод с целью производства воды для промышленности и питья.

Фильтрация воды — это многомиллиардная отрасль, которая развивается в результате растущей озабоченности по поводу загрязняющих веществ в воде и снижения количества безопасных, чистых и легкодоступных существующих источников воды.

Блог по теме: Солоноватая вода и морская вода: приготовление питьевой воды с помощью системы мембранной очистки желаемое конечными пользователями качество воды. Различные типы мембран описаны ниже.

Мембранная фильтрация — микрофильтрация и ультрафильтрация

Мембранная фильтрация использует мембраны для удаления частиц из воды. Этот процесс подобен обычным песочным или фильтрующим средам в том смысле, что взвешенные твердые частицы удаляются, но, как правило, растворенные твердые частицы не удаляются. Процессы мембранной фильтрации могут работать под давлением или под вакуумом. Мембранная фильтрация обычно используется для очистки сточных вод от бактерий и некоторых вирусов.

Обратный осмос — нанофильтрация/мембранное умягчение

Осмос — это естественная тенденция двух растворов разной солености к нейтрализации. Обратный осмос использует давление, чтобы преодолеть естественную тенденцию и протолкнуть чистую воду через полупроницаемую мембрану, концентрируя при этом соли и другие растворенные твердые вещества на входной стороне мембраны.

Обычно используется для получения чистой питьевой воды из солоноватых грунтовых вод. Нанофильтрация (также называемая мембранным умягчением) работает так же, как и обратный осмос, однако полупроницаемая мембрана «более рыхлая» и пропускает некоторые соли, отбрасывая более крупные растворенные молекулы, такие как жесткость, органические вещества и цвет.

Опреснение морской воды осуществляется с помощью обратного осмоса с использованием особо «плотных» мембран, которые отталкивают практически всю соль в питательной воде. Опреснение морской воды идеально подходит для районов с очень небольшим количеством поверхностных или грунтовых вод, а также для пострадавших от засухи районов, таких как Калифорния. Продолжительная засуха в Калифорнии привела к строительству завода по опреснению морской воды стоимостью 1 миллиард долларов в Сан-Диего, который сейчас является крупнейшим заводом в Западном полушарии.

Постоянно растущие экологические федеральные нормы побуждают муниципалитеты и предприятия обращаться к мембранной очистке для технологических решений.

Агентство по охране окружающей среды (EPA) отвечает за выявление загрязнителей воды и регулирование питьевой воды в Соединенных Штатах. Категории регулируемых загрязнителей с примерами включают:

• микроорганизмы (лямблии, бактерии, водоросли, вирусы)
• дезинфицирующие средства (хлор и аммиак)
• побочные продукты дезинфекции (броматы, общие тригалометаны)
• неорганические химические вещества (кальций, магний, сульфаты, асбест, медь, цианид, фторид, свинец)
• органические химические вещества (акриламид, глифосат, стирол, винилхлорид)
• радионуклиды (валовые альфа-частицы, радий, уран)

Глубокие исследования

Вы можете узнать больше о решениях для водных мембран, став членом Американской ассоциации мембранных технологий (AMTA). Организация выпускает информационные бюллетени, которые охватывают широкий круг вопросов, включая экономику эксплуатации объектов, промышленное применение, проекты повторного использования воды, процессы предварительной обработки, методы утилизации и различные другие вопросы безопасности воды. Кроме того, не стесняйтесь обращаться к знающим инженерам-технологам Harn R/O Systems для получения дополнительной информации о мембранной обработке, которая может помочь удовлетворить ваши технологические потребности.

Темы: мембранная фильтрация, система очистки мембран, обратный осмос, опреснение, чистая питьевая вода

Мембраны для очистки воды и их процессы

Два мембранных процесса — ультрафильтрация и обратный осмос — используются для очистки илистых рек на объекте Central Puerto в Буэнос-Айресе, Аргентина.

Фильтрация загрязняющих веществ даже в наномасштабе. Мембраны являются основой очистки воды и сточных вод.

При очистке воды мембраны представляют собой барьеры, которые пропускают воду, но препятствуют прохождению вместе с ней нежелательных веществ. Работая так же, как клеточные стенки в нашем организме, технические мембраны отфильтровывают соли, примеси, вирусы и другие частицы из воды.

Мембранный процесс – это любой метод, основанный на использовании мембранного барьера для фильтрации или удаления частиц из воды. Жидкость проходит через мембрану из-за разницы давлений между одной и другой сторонами мембраны. Загрязнения остаются с одной стороны. Хотя для очистки воды используются многие типы фильтрующих материалов, например глина, ил и песок, одним из свойств, отличающих мембраны, является их способность отделять из жидкости более мелкие вещества, такие как соли и ионы.

Мембраны были впервые применены в процессах очистки воды в 1960-х годах, но в следующем десятилетии они стали все чаще использоваться для опреснения. Теперь список мембранных процессов, используемых при очистке воды, расширился и теперь включает:

• Прямой осмос
• Обратный осмос
• Микрофильтрация
• Ультрафильтрация
• Нанофильтрация как сито или отделение воды от примесей на молекулярном уровне. Мембраны изготавливаются из пленок на полимерной основе, керамики и других материалов. Ведутся исследования блочных полимеров, оксида алюминия, графена и других наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки. Мембраны имеют разную степень проницаемости: мембраны MF имеют самый большой размер пор от 0,1 до 10 микрон, за ними следуют UF с размером 0,1-0,01 микрона, NF с размером 0,01-0,035 микрона и мембраны обратного осмоса, которые фактически не являются пористыми с размером пор 0,0001 микрона. .

  Типы и конфигурации мембран

  Мембраны обычно классифицируются как изотропные или анизотропные. Изотропные мембраны имеют однородный состав и физическую структуру в поперечном сечении, в то время как анизотропные мембраны неоднородны в поперечном сечении. Как правило, они состоят из слоев различной структуры и различных материалов.

  Типы мембран общего назначения включают трубчатые, половолоконные и плоские листы. Эти типы применяются в различных конфигурациях, например, внутри рамы, как плоские мембраны, используемые в решении Fluence Smart Packaged NIROBOX™, или спирально намотанные, например, используемые в технологиях мембранных аэрируемых биопленочных реакторов (MABR), таких как Aspiral™ от Fluence. Умные комплексные очистные сооружения.

  Идеальные свойства конфигураций мембран для очистки воды:

  • Компактность
  • Низкое сопротивление тангенциальному потоку
  • Равномерное распределение скорости без мертвых зон
  • Высокая турбулентность на стороне ретентата для минимизации загрязнения и облегчения массопереноса
  • Простота обслуживания и очистки
  • Низкая удельная стоимость

  Дэвид С. Саммон объясняет возможности мембран в своей статье Мембранные процессы :

  Как правило, мембранные процессы позволяют отделять воду от различных типов растворенных веществ и разделять растворенные вещества либо по размеру, либо потому, что одни из них ионизированы, а другие нет. В дополнение к этим случаям, когда достигается высокая степень разделения, во многих случаях изменяется состав растворенного материала. Одним из примеров является обратный осмос, где пермеат имеет значительно сниженное содержание солей.

  Прямой и обратный осмос

  designua/123RF

  При очистке воды мембраны используются в процессах осмоса и обратного осмоса, а также в других процессах.

  Прямой осмос или просто осмос — это физический процесс, при котором растворитель движется через полупроницаемую мембрану. Он наиболее известен как процесс, используемый ячейками для транспортировки воды. Вода присутствует по обе стороны мембраны с разным содержанием растворенных минералов на обеих сторонах. Вода с большей концентрацией растворенных веществ естественным образом становится разбавленной. Жан-Антуан Нолле, французский ученый и священнослужитель, впервые наблюдал осмос в 1748 году и ввел термин, основанный на греческих словах 9. 0103 эндоосмос и экзосмоз .

  Обратный осмос (RO), напротив, зависит от давления, которое проталкивает воду через мембрану, таким образом отделяя воду от примесей. По результатам опроса специалистов отрасли, проведенного в 2018 г. по эффективности технологий повторного использования воды, технология обратного осмоса заняла первое место. Хотя обратный осмос часто используется для опреснения, он также используется для очистки сточных вод и повторного использования воды, а также для удаления следов фосфатов, кальция, тяжелых металлов и других веществ.

  Микрофильтрация и ультрафильтрация

  В мембранных технологиях, основанных на блокировании частиц, включая микрофильтрацию и ультрафильтрацию, важен размер пор, поскольку он определяет размер частиц и микроорганизмов, которые могут пройти через барьер. Мелкопористые мембраны, используемые в ультрафильтрации, блокируют белки, жирные кислоты, макромолекулы, бактерии, простейшие, вирусы и взвешенные вещества.

  Проблемы мембранного процесса

  Эффективность обработки мембраны часто зависит от состояния мембраны. Например, для эффективной работы технологий обратного осмоса мембрана должна содержаться в безупречном состоянии, в противном случае она может быть загрязнена накипью или биопленками, что является постоянной проблемой. Загрязнение может снизить эффективность и увеличить потребление энергии. Многие исследования посвящены инженерным мембранам, чтобы противостоять загрязнению за счет специальных покрытий или других обработок, таких как изменение заряда материала мембраны.

  В середине 2010-х годов исследователи в Израиле разработали важный не содержащий химикатов процесс предотвращения загрязнения мембран при опреснении обратного осмоса. Этот процесс предотвращает загрязнение мембраны, снижает затраты на химикаты и делает опреснение более экологичным. Предварительная обработка с помощью двухступенчатого гранулированного быстрого биофлокуляционного фильтра (RBF), биофлокулятора первой ступени (BF) и фильтра со смешанной загрузкой (MBF) предотвращает попадание загрязняющих веществ на мембрану.

  Это и другие усовершенствования обратного осмоса морской воды (SWRO) сделали процесс намного более экономичным, что, в свою очередь, привело к взрывному глобальному росту SWRO.

  Использование свойств биопленок

  Мембраны, используемые для очистки и повторного использования сточных вод, также подвержены загрязнению биопленками. Образование биопленки на фильтрационных мембранах и связанное с этим закупоривание пор (биообрастание) является одной из самых сложных проблем, с которыми сталкиваются подобные операции.

  В некоторых случаях санитарная обработка мембран при температуре 85ºC используется для обслуживания без использования химикатов. Однако в мембранном аэрируемом биопленочном реакторе (MABR) биопленка фактически используется для выполнения тяжелой работы в процессе очистки. Мембраны, используемые в MABR, биологической очистке, являются полупроницаемыми на молекулярном уровне, что способствует аэрации без пузырьков, что обеспечивает устойчивый рост полезных микроорганизмов.

  Вертикальная спирально навитая аэрирующая мембрана просто периодически промывается снизу пузырьками, что достаточно для предотвращения засорения биопленкой без механического перемешивания.

  Комбинированная обработка

  Мембранные процессы часто комбинируются с другими процессами для получения комплексных решений по очистке воды. Например, на заводе Central Puerto в Буэнос-Айресе, Аргентина, необходимо было очистить речную воду перед ее использованием в промышленном оборудовании. Ультрафильтрация использовалась в сочетании с обратным осмосом для получения деминерализованной воды для котла высокого давления завода. Процесс ультрафильтрации помог решить проблемы загрязнения мембраны.

  Очистка шахтных вод является еще одним примером комбинированных процессов. Как правило, сточные воды горнодобывающих предприятий имеют чрезвычайно высокое содержание взвешенных твердых частиц и коллоидов. Ультрафильтрация может удалить эти частицы, чтобы подготовить его к обработке обратным осмосом.