Ультрафильтрация SUEZ ZeeWeed 700B

Технология ультрафильтрации

Метод ультрафильтрации воды основан на использовании полупроницаемой мембраны с размером пор от 0.1 до 0.01 микрон. Благодаря надежности и эффективности очистки воды от взвешенных веществ, патогенных микроорганизмов и вирусов, ультрафильтрационная мембранная технология стала широко применяться как для получения питьевой воды, так и для подготовки технологической воды. Наилучшим образом ультрафильтрация зарекомендовала себя в качестве ступени предочистки перед установками нанофильтрации и обратного осмоса.

Основным преимуществом ультрафильтрации по сравнению с традиционными методами водоподготовки является стабильно высокое качество очищенной воды вне зависимости от колебаний качества исходной воды:

• Полное удаление взвешенных веществ;
• Удаление бактерий >log 9 (99.9999999%);
• Удаление вирусов >log 5 (99.999%);
• Снижение мутности < 0.1 NTU;
• Снижение SDI < 3;
• Снижение TOC до 60%.

Виды удаляемых загрязнений в зависимости от метода фильтрации:

Более того, применение ультрафильтрационного оборудования позволяет в несколько раз уменьшить занимаемую площадь установки, сократить потребление химических реагентов и расход воды на собственные нужды. Процесс ультрафильтрации полностью автоматизирован и не требует постоянного участия со стороны оператора.

Области применения ультрафильтрационных мембран:

• Подготовка питьевой воды из поверхностных или подземных источников;
• Подготовка технологической воды в промышленности и энергетике;
• Предочистка воды перед системами обратного осмоса и ионного обмена;
• Первая ступень в комплексных водоподготовительных установках, разработанных с применением интегрированных мембранных технологий (ИМТ);
• Обработка промывных вод песчаных фильтров;
• Доочистка промышленных и бытовых сточных вод.

Прочность волокна SevenBore

Одним из наиболее важных условий успешности процесса ультрафильтрации является высокая прочность мембранного волокна, разрыв которого может повлечь вторичное микробиологическое загрязнение воды.

В отличие от однокапиллярной мембраны вероятность повреждения семикапиллярного волокна от превышения перепада давления ничтожно мала, т.к. каждое волокно состоит из прочной высокопористой матрицы с 7 капиллярами, имеющими внутренний диаметр 0.9 мм. Такая геометрия в 20 раз увеличивает механическую прочность волокна и гарантирует целостность мембраны как в режиме фильтрации, так и при обратных промывках, которые можно поводить при большем давлении и скорости потока.

• Давление на разрыв > 10 бар
• Прочность на растяжение 3 кг
• Удлинение при разрыве 38%
• Давление смятия 8 бар

Увеличенный диаметр капилляров до 0.9 мм обеспечивает возможность обработки воды с высоким содержанием взвешенных веществ при меньшем перепаде давления и улучшенном распределении исходной воды вдоль волокна.

Характеристики мембраны SUEZ ZeeWeed 700B

Материал мембраны – PESM (модифицированный полиэфирсульфон), обладающий высокой химической стойкостью к активному хлору и сохраняющий свои свойства в широком диапазоне рН от 1 до 13. Дополнительная модификация PES позволила улучшить его гидрофильные свойства и снизить склонность к адсорбции органических загрязнений на поверхности мембраны.

Режим фильтрации – «изнутри-наружу»: исходная вода подается внутрь волокна, загрязняющие вещества задерживаются на внутреннем фильтрующем слое мембраны, фильтрат проходит через стенки волокна и собирается в полости мембранного элемента. Загрязнения, задержанные мембраной, удаляются обратным током воды. Фильтрация может осуществляться как в тупиковом, так и в тангенциальном (cross-flow) режиме.

Существенными преимуществами режима фильтрации «изнутри-наружу» являются отсутствие застойных зон при отмывке, а также возможность организации прямых промывок и фильтрации в триггерном режиме.

Селективность – номинальный размер пор мембраны 0.01 – 0.015 микрон, что соответствует номинальному молекулярно-массовому отсечению (MWCO) 100-150 кДа.

Кривая MWCO семикапиллярной мембраны иллюстрирует зависимость степени отсечения частиц от их молекулярной массы на основании тестов IMT: при массе частиц до 70 кДа процент отсечения составляет 90%.

Высокий показатель удаления бактерий и вирусов мембранами ZW700B по сравнению с мембранами других производителей свидетельствует о более узком распределении пор по размерам, а, следовательно о более высокой селективности:

При наличии специальных требований заказчика, например, по очистке воды высокой цветности, возможно изготовление мембран с более высоким уровнем селективности – до 10 кДа.

Проницаемость селективного слоя на чистой воде температурой 25 ^oС достигает 1000 л/м²бар*час, проницаемость пористого поддерживающего слоя составляет > 15 000 л/м²бар*час, что создает минимальное гидравлическое сопротивление как при фильтрации, так и при обратных промывках.

Постоянная гидрофильность мембраны SUEZ ZeeWeed 700B

Одной из основных проблем при работе мембранных установок является микробиологическое загрязнение мембраны, что приводит к снижению ее производительности, падению эффективности отмывки, а также росту энергозатрат из-за необходимости повышать рабочее давление, чтобы исключить падение производительности.

При эксплуатации в системах водоподготовки мембрана должна обладать максимальной гидрофильностью (способностью к смачиванию водой), в противном случае она будет активно задерживать на своей поверхности органические загрязнения.

Распространенным способом гидрофилизации поверхности полиэфирсульфонной мембраны является нанесение PVP (поливинилпирролидона). Однако, будучи растворимым в воде, он постепенно вымывается в процессе эксплуатации мембраны, поэтому ее эксплуатационные характеристики с течением времени ухудшаются.

Инженерам IMT удалось решить данную проблему путем модификации полиэфирсульфона (PES). Специальная добавка не наносится на поверхность, а «вшивается» в структуру материала мембраны. Соответственно в процессе эксплуатации эта добавка не разрушается и не вымывается, и мембрана сохраняет свои гидрофильные свойства на протяжении всего срока эксплуатации.

Данное усовершенствование позволяет уменьшить адсорбцию органических веществ на поверхности мембраны и поддерживать эффективность отмывки на постоянно высоком уровне, что способствует увеличению срока службы мембран, а также снижению расходов на их эксплуатацию и обслуживание.

Пористая структура поддерживающего слоя

Однородность распределения пор по размерам имеет значение не только для селективного, но и для поддерживающего слоя мембраны, который должен обеспечивать высокую проницаемость (до 15 000 л/м²бар*час) и минимальное гидравлическое сопротивление как при фильтрации, так и при обратных промывках. Вместе с тем, обязательным требованием к качеству волокна является отсутствие в поддерживающем слое пустот, которые негативно отражаются на его механической прочности.

Внешняя поверхность поддерживающего слоя также должна иметь открытые поры, чтобы обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление при обратной промывке. Это условие практически невыполнимо при производстве однокапиллярного волокна, так как его прочность обеспечивается более плотной внешней поверхностью. Что касается волокна SevenBore, его прочность определятся семикапиллярной структурой, что позволяет в процессе производства сохранить поры внешней поверхности открытыми.

Конструкция мембранного элемента SUEZ ZeeWeed 700B

Ультрафильтрационные мембранные элементы представляют собой пучки полых волокон, с концами, герметично закрепленными в корпусе цилиндрической формы. Открытые концы выходят в торцевые крышки. Исходная вода подается в одну из торцевых крышек, распределяется вдоль волокон и под воздействием перепада давления фильтруется через поры мембраны. Дизайн мембранного элемента ZeeWeed 700B позволяет подавать исходную воду поочередно сверху или снизу для равномерного распределения загрязнений по высоте волокон и их последующего более эффективного удаления.

Очищенная вода накапливается в полости мембранного элемента и выводится через патрубок фильтрата.Во время фильтрации задерживаемые частицы формируют слой загрязнений на поверхности мембраны, что приводит к росту трансмембранного давления (ТМД). Для удаления этих частиц необходимо проводить регулярные промывки обратным потоком.

Мембранные элементы ZeeWeed 700B производятся в разных размерах: с фильтрующей площадью от 0.025 м² для небольших лабораторных установок и до 85 м² для крупных промышленных или муниципальных систем. Каждый элемент представляет собой напорный корпус с торцевыми крышками, не требует дополнительных сборочных работ, легко монтируется и демонтируется на месте размещения. Выверенная геометрия мембранного элемента обеспечивает оптимальное распределение потока как при фильтрации, так и при обратной промывке.

Конфигурация мембранных элементов ZeeWeed 700B предполагает вертикальную установку и режим фильтрации «изнутри-наружу», что имеет ряд существенных преимуществ, таких как:

• равномерная нагрузка и одинаковая гидродинамика для всех мембранных элементов при фильтрации и обратных промывках;
• высокая удельная производительность;
• возможность проведения прямой промывки;
• возможность фильтрации в тангенциальном (cross-flow) и триггерном режимах;
• простота отключения или замены любого мембранного элемента без остановки всей системы;
• удобство эксплуатации и обслуживания.

Контроль качества

Процесс производства мембран ZeeWeed 700B детально отработан и находится под постоянным контролем: волокно из каждой партии проходит обязательное лабораторное исследование, подтверждающее соответствие технической спецификации, отсутствие дефектов материала, равномерное распределение пор и сохранение открытой структуры внешней поверхности.

Перед отгрузкой каждый мембранный элемент проходит «сухой» тест на целостность давлением воздуха 2 атм, который отличается от обычного пузырькового теста, который используют все остальные производители.

В результате мембранный элемент упаковывается в сухом состоянии. Это не только позволяет снизить его вес примерно на 40%, что положительно сказывается на транспортных расходах, но и снизить риски повреждения мембраны из-за воздействия низких температур, а также продлить срок складского хранения до 12 месяцев.