Mikrofiltration: Wie ist der Vergleich ?

Der verstärkte Fokus auf Technologien, die strengere regulatorische Anforderungen erfüllen, und der erhöhte öffentliche Druck haben die Gemeinden motiviert, sich ernsthaft mit Mikrofiltrationsmembranen (MF) als praktikable Behandlungsoption zu befassen. Dieser Artikel soll Sie mit den Grundlagen vertraut machen und diskutieren, wie es im Vergleich zu herkömmlichen Alternativen.

Was ist Mikrofiltration?

Die Mikrofiltration ist eines von mehreren Membranverfahren. Rohwasser wird gefiltert, indem es durch ein Kunststoff- oder Polymermaterial geleitet wird, das Millionen kleiner Poren enthält (siehe Abbildung 1). Die Filterung erfolgt, weil die Membranporen groß genug sind, um Wasser passieren zu lassen, aber klein genug, um den Durchgang unerwünschter Materialien wie Partikel und pathogene Organismen einzuschränken.

Da diese Filtration zu einer „Familie“ von Membranen gehört, ist es nützlich, sie mit anderen, vielleicht bekannteren Membrantechnologien wie Umkehrosmose (RO), Nanofiltration (NF) und Ultrafiltration (UF) zu vergleichen. Der Hauptunterschied zwischen den Membrantypen ist die Größe der Poren im Membranmaterial: Je kleiner die Löcher, desto kleiner die Materialien, die die Membran entfernt. Jede Membran hat einen bestimmten Anwendungsbereich, für den sie am besten geeignet ist (siehe Tabelle 1).

Diese Membran hat eine typische Porengröße von 0,2µm. Es eignet sich am besten zur Entfernung von Partikeln, Trübungen, Schwebstoffen und Krankheitserregern wie Cryptosporidium und Giardia. Eine typische Cryptosporidium-Oozyste ist ungefähr 3p;5µm groß, was 15p ist;25 mal größer als die Poren. Diese Membran arbeitet bei niedrigen Drücken von ungefähr 3p;15 TMP.

Funktionsweise der Mikrofiltration

Die Membrankonfiguration kann zwischen den Herstellern variieren, am häufigsten wird jedoch der Typ „Hohlfaser“ verwendet. Membranen vom Hohlfasertyp werden in Rohre oder Strohhalme mit kleinem Durchmesser gegossen, die nominell einen Meter lang sind. Tausende dieser Strohhalme werden gebündelt und die Enden werden zu einem Epoxidschott oder „Verguss“ verbunden.“ Die Enden der Vergussmasse werden abgeschnitten, um vom Ende der Vergussmasse aus Zugang zum Inneren der Fasern zu erhalten. Die Bündel werden dann in ein Gehäuse versiegelt, das normalerweise aus PVC oder Edelstahl besteht. Der versiegelte Verguss schafft einen separaten, versiegelten Raum im Modul, der den Zugang zum Inneren der Fasern vom Zugang nach außen isoliert. Diese Membran-Gehäuse-Kombination wird als Modul bezeichnet. Es ermöglicht, dass Wasser ohne Kurzschluss durch die Faserwände gedrückt wird.

Das Systemdesign erfolgt, sobald die gewünschte Durchflussrate und die Wasserbedingungen bekannt sind und ein Pilot durchgeführt wurde, um die erforderliche Anzahl von Modulen zu bestimmen. Die Module werden dann so zusammengeführt, dass Wasser von einer Seite der Fasern durch die Membranwand gedrückt und von der Filtratseite der Module gesammelt werden kann.

Typischerweise wird das Wasser von der Außenseite der Fasern gepumpt, und das saubere Wasser wird von der Innenseite der Fasern gesammelt. Dies wird als „Außen-nach-Innen“ -Fluss bezeichnet (siehe Abbildung 2). Diese Strömungsrichtung ist je nach Hersteller und Membrankonfiguration manchmal umgekehrt.

Mikrofiltrationsmembranen, die in Trinkwasseranwendungen eingesetzt werden, arbeiten normalerweise im „Dead-End“ -Strömungsregime. Im Dead-End-Flow wird das gesamte der Membran zugeführte Wasser durch die Membran gefiltert (siehe Abbildung 3). Es bildet sich ein Filterkuchen, der periodisch von der Membranoberfläche rückgespült werden muss. Rückgewinnungsraten sind in der Regel größer als 90 Prozent auf Quellen, die relativ hohe Qualität haben, geringe Trübung Feeds.

Rückspülung

Periodische Rückspülung wird durchgeführt, um gefilterte Materialien von der Membranoberfläche zu entfernen. Eine reine Wasserrückspülung spült einen Strom von gefiltertem Wasser durch die Membran, um Sedimente von der Oberfläche abzuheben und in Abfall zu spülen. Einige Hersteller verwenden chemische Rückspülung oder Hochdruck „Air-Ram“ Rückspülung. Das Ziel ist jedoch unabhängig von der Methode das gleiche: Feststoffe von der Membran zu entfernen, indem Schmutz weggehoben wird. Die Rückspülung wird alle 10 p durchgeführt; 20 Minuten und wird normalerweise zeitlich festgelegt, um eine starke Verschmutzung zu verhindern, die auftreten kann, wenn sich zwischen den Rückspülungen ein erheblicher Druck aufbauen darf.

Chemische Reinigung

Selbst bei Rückspülung verschmutzen MF-Membranen langsam. Dies wird durch einen allmählichen Anstieg des Betriebsdrucks angezeigt. Um die Systemleistung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, wird eine chemische Reinigung eingesetzt. In der Regel alle ein bis vier Wochen vorgeformt, wird es verwendet, um die Membran zu reinigen und zu sterilisieren. Verschiedene chemische Reinigungstechniken können eingesetzt werden, einschließlich chlorierter Reinigung (nur bestimmte Membranen können dieser Methode standhalten), saurer Reinigung, ätzender Reinigung oder einer Reihe von proprietären Lösungen.

Mikrofiltration vs. Herkömmliche

MF-Membranen haben viele Eigenschaften, die mit herkömmlichen Systemen, wie Kostenwettbewerbsfähigkeit vergleichen. Bei der ersten Überprüfung scheint es, dass die Kosten für ein Membranpaket höher sind als für herkömmliche Filter. Das MF-System ist jedoch mehr ein Komplettpaket als Filter allein. Eine Quellwasser-MF-Anlage ist im Wesentlichen vollständig. Es gibt keine chemischen Vorfördereinrichtungen oder Vorschubsteuerungen, keine Flash-Mischer, keine Flockungsmittel und keine komplizierten Betonarbeiten wie Absetzbecken und Filterbecken. Infolgedessen sind die Gesamtkosten eines MF-Systems im Vergleich zu seinem herkömmlichen Gegenstück häufig günstig.

MF-Systeme sind einfach zu bedienen, da Filtration, Rückspülung und Reinigung automatisch durchgeführt werden. Darüber hinaus erfordert MF, da es über einen physikalischen Filtermechanismus filtert, normalerweise keine chemische Vorspeise und der chemische Einsatz wird auf ein Minimum beschränkt. Es müssen keine komplizierten chemischen Zuführsysteme überwacht und optimiert werden. Da darüber hinaus nahezu alle Bakterien, Trübungen und Krankheitserreger aus dem Wasser entfernt werden, kann auch die erforderliche Menge an Nachchlorierung reduziert werden. Schließlich bedeutet das Fehlen einer chemischen Vorspeise, dass keine Kenntnisse des chemischen Mischens und Flockens erforderlich sind.<

Mit dem Filtermechanismus ändert sich die gefilterte Wasserqualität nicht mit Spitzen in der Rohwasserqualität. Da die Membran alle Partikel ausschließt, die größer als ihre Porengröße sind, entfernt die Membran Partikel unabhängig von der vorhandenen Menge konsistent. Das Ergebnis ist, dass eine Spitze in der Futtertrübung nicht in der Abwassertrübung angezeigt wird. Herkömmliche Systeme erfordern dagegen eine genaue Überwachung und Bedienung durch den Anlagenbetreiber, was bei kleineren Anlagen, bei denen die Betreiber nur zeitweise vor Ort sein dürfen, nicht immer möglich ist.

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen typische Betriebsdaten aus einer Studie, die für eine kleine Gemeinde durchgeführt wurde. Die Versorgungswasserquelle ist eine, die während Sturmereignissen relativ hohe Trübungsspitzen aufweist. Die Diagramme sind für rohe und gefilterte Trübungs- und Partikelzählungen. Sie veranschaulichen die Konsistenz der gefilterten Wasserqualität über die Dauer der Studie.

Die Membranen wirken als physikalische Barriere gegen Krankheitserreger wie Cryptosporidium und Giardia sowie Bakterien. Eine typische MF-Porengröße beträgt 0,2 µm und ein Cryptosporidium liegt zwischen 3p; 5 µm. Wie in den Diagrammen zu sehen ist, ist selbst die kleinste Cryptosporidium-Oozyste 15-mal größer als die Membranpore. Angesichts der zunehmenden Besorgnis der Öffentlichkeit über die Entfernung von Krankheitserregern im Trinkwasser ist diese Funktion ein Hauptvorteil.

Umkehrosmose/Nanofiltration

RO membranen sind in der lage die feinsten trennungen und sind verwendet für erweichung, chemische recovery, entsalzung, nitrat und sulfat entfernung, und radium entfernung. NF, manchmal auch „undichte Umkehrosmose“ genannt, ist eng verwandt und kann Farbe, THM-Vorläufer / organische Stoffe, Pestizide, Metalle und Viren erweichen und entfernen. Die „Dichtheit“ der Membran wird als Molekulargewichtsabschaltung (MWCO) und prozentuale Abstoßung bestimmter ionischer Substanzen wie Salz beschrieben. In vielen Fällen sind die chemische Vorspeise und die richtige Vorbehandlung entscheidend für die Aufrechterhaltung des Anlagenbetriebs durch Minimierung der Verschmutzung. RO-Membranen funktionieren im 200p; 500 P-/Intransmembrandruck (TMP) Strecke für die meisten städtischen Anwendungen. NF-Membranen arbeiten typischerweise im 60p;200 psi TMP-Bereich. TMP ist der Druckverlust über die Membran.

Ultrafiltration

Diese Membran hat eine typische Porengröße von etwa 0,002 p; 0,05 µm (Mikron, 10-6 m, 1/25.000 Zoll). Die Ultrafiltration wird häufig zur Entfernung von Makromolekülen, Kolloiden, Viren und Proteinen in der biomedizinischen und pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Ultrafiltration wird manchmal an der Oberflächen- oder Grundwasserbehandlung für trinkbaren Gebrauch angewendet, wenn das Quellwasser in der Trübung mit wenig Wahrscheinlichkeit von Spitzen durchweg niedrig ist. Sie arbeiten im Allgemeinen im 20p;50 psi TMP-Bereich.

Fazit

Die Mikrofiltration ist eine aufstrebende Technologie, die den Anforderungen des immer strengeren regulatorischen und öffentlichen Drucks gerecht werden kann.

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