Елена Хохрякова - Фильтры для очистки воды
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 бóльшим 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.
Особенности монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем
В сопровождающей технической документации на изделие фирмы-изготовители подробно указывают особенности монтажа и эксплуатации оборудования. Ниже приведены основные подходы/правила монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем.
Монтаж оборудования
При монтаже оборудования необходимо соблюдать требования к проведению монтажных работ, гигиенические нормы и технические требования.
Устанавливать водоочистные устройства необходимо в отапливаемом помещении, чтобы избежать замерзания воды.
Место установки водоочистных устройств необходимо выбрать так, чтобы была возможность легкого доступа для обслуживания и замены картриджей.
Монтажное положение – установить на горизонтальном трубопроводе, учитывая направление потока.
Необходимо убедиться, что давление в системе водоснабжения соответствует требованиям, изложенным в инструкции производителя системы. Обратить внимание, что для многоступенчатой системы с технологий обратного осмоса при давлении ниже 2,8 атм следует использовать повышающий давление насос.
При первом запуске системы, а также при перестановке в место с другим качеством исходной воды и после замены мембраны и/или сменных элементов до окончания процедур наладки и промывки не рекомендуется использовать очищенную воду для питьевых нужд.
Присоединение многоступенчатых систем к водопроводу выполнить, используя комплект для врезки в водопровод.
Установить кран чистой воды на горизонтальной поверхности мойки. Если на поверхности мойки нет места для установки крана, то его можно смонтировать на поверхности стола.
Системы обратного осмоса, требующие промывки мембранного элемента, обязательно соединить с дренажной магистралью, используя комплект для врезки в дренаж.
В случае обнаружения протечек или других неисправностей следует прекратить подачу воды в систему.
Условия эксплуатации:
• Соблюдать температурный режим эксплуатации – температуру очищаемой воды и температуры воздуха в помещении. Не устанавливать рядом с источниками тепла более 40 °С.
• Соблюдать режим эксплуатации по давлению. Превышение давления в водопроводной сети может привести к порче оборудования и выходу его из строя. При необходимости установить в систему водоснабжения клапан понижения давления.
• Проводить своевременную замену фильтрующих элементов.
• Не превышать пропускную способность фильтра.
Обеззараживание воды
Микробиологические загрязнения воды занимают первое место по степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обязательным условием получения воды питьевого качества является ее обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили такие способы дезинфекции воды, как хлорирование, озонирование и обработка УФ-излучением. Электроплазменная технология и обеззараживание с использованием сорбционных материалов, модифицированных наноагрегатами серебра, в силу объективных причин широкого применения не нашли.
Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением
Ультрафиолетовым называется электромагнитное излучение в пределах длин волн от 100 до 400 нм. Для обеззараживания используется «ближняя область»: 200–400 нм (длина волн природного ультрафиолетового излучения у поверхности земли больше 290 нм). Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 200–315 нм и максимальным проявлением в области 260±10 нм. В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм.
Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 г., когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу механизма воспроизводимости живых организмов. Результат этих реакций – необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.
УФ-стерилизатор представляет собой металлический корпус, внутри которого находится бактерицидная лампа. Она, в свою очередь, помещается в защитную кварцевую трубку. Вода омывает кварцевую трубку, обрабатывается ультрафиолетом и, соответственно, обеззараживается. В одной установке может быть несколько ламп. Мощности излучения современных конструкций ламп достаточно, чтобы в течение 3–5 с бактерицидное действие было максимальным: эффективность уничтожения бактерий и вирусов – 99,9 %
Основной параметр, определяющий эффективность работы установки, – доза УФ-излучения – D, мДж/см2. В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются в пределах от 16 до 40 мДж/см2. Минимальная доза, соответствующая российским нормативам, – 16 мДж/ см2. Из-за различной сопротивляемости микроорганизмов доза ультрафиолета, необходимая для инактивации, например 99,9 %, сильно варьируется от малых доз для бактерий до очень больших доз для спор и простейших.
