Ultrafiltrace není všelék. 70%-80 % ucpání ultrafiltračního systému pochází z neúspěšné předúpravy. Mnoho projektů považuje ultrafiltraci za „poslední možnost“, což zjednodušuje a omezuje předúpravu. Bez ohledu na to, zda se použijí membrány z dutých vláken, plochých, trubicových nebo keramických membrán, dojde k rychlému nárůstu tlakového rozdílu, častému chemickému čištění a výrazně zkrácené životnosti membrány.
Mezi běžné hlavní procesy předúpravy ultrafiltrací patří: koagulační sedimentace, multi{0}}filtrace médií, filtrace aktivním uhlím, diskové filtry, samočisticí filtry, -mikrofiltrace před ultrafiltrací, předúprava ozónem-biologickým aktivním uhlím a změkčovací předúprava. Kombinace předčištění se značně liší v závislosti na kvalitě přitékající vody (důlní voda, uhelná chemická hlušina, komunální sekundární odpadní voda, povrchová voda).
I. Podrobné srovnání procesů předúpravy
1. Koagulace-Sedimentace (vyčištění koagulace)
Princip procesu: Přidání PAC/PAM způsobí flokulaci koloidů, suspendovaných pevných látek, určitého množství fosforu a velkých organických molekul, čímž se dosáhne separace pevných-kapalin sedimentací.
Výhody: Vynikající odstranění nerozpuštěných látek, koloidů a zákalu; odstraňuje některé hydrofobní organické látky; vyspělý provoz, vhodný pro velké-projekty; relativně kontrolovatelné investice.
Nevýhody: Vysoké požadavky na kontrolu dávkování činidla; nadměrné množství činidel může vnášet zbytkové hliníkové soli a polymerní flokulanty, což přímo způsobuje nevratné ucpání ultrafiltračního systému; velké vypouštění kalu; velká stopa; flokulační efekt se v prostředí s nízkou teplotou zhoršuje-.
Typická kompatibilita s přítokem: povrchová voda, důlní voda, průmyslová odpadní voda s vysokým-zákalem.
Shoda s ultrafiltrací: Nejběžněji používaný krok před{0}}úpravy pro externí tlakovou ultrafiltraci z dutých vláken; nadměrné přidávání PAM je přísně zakázáno, protože zbytkový PAM je zabijákem ultrafiltrace.
Konstrukční a provozní body: Kontrola zákalu odpadních vod menší nebo rovno 5 NTU; přísně kontrolovat dávkování PAM, minimalizovat použití aniontového PAM; vhodně prodloužit dobu flokulace v zimě při nízkých teplotách.
2. Multi{1}}filtrace médií (křemenný písek + antracit)
Princip procesu: Gravitační tlaková filtrace, spoléhající na vrstvu filtračního média, která zachycuje jemné suspendované pevné látky a koloidy.
Výhody: Odstraňuje jemné částice zbývající po sedimentaci; stabilní provoz; známé personálu údržby; vhodné pro velké objemy vody; lze zpětně promývat a regenerovat.
Nevýhody: Špatná odolnost vůči rázovému zatížení; velké výkyvy v přítokovém zákalu, náchylné k odtoku média; spékání média a jemné částice písku vstupující po spékání do ultrafiltračního systému a poškrábání vláken membrány; téměř nulová kapacita odstraňování rozpuštěné organické hmoty.
Typická kompatibilita s přítokem: Výtok po koagulaci a sedimentaci; důlní voda, obecní regenerovaná voda.
Kompatibilita s ultrafiltrací: Standardní před{0}}filtrační jednotka pro tlakovou-externí tlakovou ultrafiltraci; nelze použít jako jedinou předúpravu pro ultrafiltraci.
Úvahy o konstrukci a údržbě: Pravidelně kontrolujte filtrační médium, abyste zabránili vytékání; zajistit přiměřenou intenzitu zpětného proplachu; okamžitě prozkoumejte jakékoli náhlé zvýšení zákalu odpadních vod, aby se zabránilo vniknutí písku do krytu ultrafiltrační membrány.
3. Filtrace s aktivním uhlím (Granular Activated Carbon GAC)
Princip procesu: Adsorpce odstraňuje část huminových kyselin, barvu a některé hydrofobní organické látky.
Výhody: Snižuje organické zatížení, snižuje organické znečištění ultrafiltračního systému; odstraňuje část zbytkového chlóru.
Nevýhody: Nelze odstranit suspendované pevné látky; náchylné k mikrobiálnímu růstu v pozdějších fázích provozu, s odpadními vodami nesoucími velké množství bakterií a biologických nečistot, které způsobují vážné biologické znečištění v ultrafiltračním systému; aktivní uhlí vyžaduje pravidelnou regeneraci nebo výměnu; olejový přítok může snadno způsobit znehodnocení aktivního uhlí a spékání.
Typická kompatibilita s přítokem: Povrchová voda, některé chemické odpadní vody, voda s vysokým obsahem organických látek.
Použití s ultrafiltrací: Externí tlakovou ultrafiltraci lze zlepšit předúpravou; nedoporučuje se pro odpadní vody s vysokým obsahem oleje nebo vysokým obsahem SS.
Úvahy o konstrukci a údržbě: Pravidelné zpětné proplachování; řídit dobu kontaktu s prázdnou postelí; dávejte pozor na propuknutí mikrobů v nádrži s aktivním uhlím; vyměňte aktivní uhlí okamžitě, když se stane neúčinným.
4. Samočisticí-filtr
Princip procesu: Kovové filtrační síto, online automatická kartáčová/sací filtrace, obecně s přesností 50-200μm.
Výhody: Plně automatický nepřetržitý provoz; malá stopa; není třeba vyměňovat filtrační média; vhodné pro vysoké průtoky; nízké nároky na údržbu.
Nevýhody: Zachycuje pouze velké částice nečistot, zcela neúčinné proti koloidům a jemným suspendovaným látkám; nemůže snížit zákal; poškozené filtrační síto umožňuje, aby se nečistoty dostaly přímo do následného procesu.
Typická kompatibilita vstupní vody: Chrání následné zařízení; před-filtrací z bezpečnostních důvodů.
Shoda s ultrafiltrací: Pouze pro ochranu, nikoli jako hlavní před{0}}úprava před ultrafiltrací; obvykle se umísťují za multi-mediální filtry a před ultrafiltrační bezpečnostní filtr.
Body návrhu a údržby: Při výběru modelu počítejte s rezervou průtoku; pravidelně kontrolujte integritu síta filtru.
5. Diskový filtr (skládaný diskový filtr)
Princip procesu: Plastová disková kompresní filtrace, přesnost 5-100μm, automatické zpětné proplachování.
Výhody: Vyšší přesnost filtrace než běžné samočisticí-filtry; rychlé zpětné proplachování; malá stopa; vysoký stupeň automatizace.
Nevýhody: Neúčinný proti koloidům a rozpuštěným organickým hmotám; olejová voda může snadno způsobit přilnutí a ucpání disku; časté zpětné proplachování za podmínek vysokého SS.
Typická kompatibilita vstupní vody: regenerovaná voda, důlní voda, po před{0}}sedimentační filtraci.
Shoda s ultrafiltrací: Často se používá jako před{0}}filtr v systémech externí tlakové ultrafiltrace, který nahrazuje některé multi-mediální filtry; nelze použít samostatně pro vstupní vodu s vysokým zákalem.
Úvahy o konstrukci a údržbě: Používejte opatrně pro zaolejované odpadní vody; pravidelně rozebírat a kontrolovat přilnavost filtračního kotouče.
6. Bezpečnostní filtr (mikrofiltrace, 5-10μm filtrační vložka)
Princip procesu: Filtrační prvek zachycuje tvrdé částice a uniklé zbytky filtračního média a chrání ultrafiltrační membránový prvek.
Výhody: Zachycuje písek a tvrdé nečistoty vnesené prosakujícím médiem a chrání membránová vlákna před fyzickým poškrábáním.
Nevýhody: Neošetřuje koloidy ani organické látky; filtrační prvek je spotřební materiál; filtrační vložka musí být vyměněna při zvýšení diferenčního tlaku; poškozený filtrační prvek přímo umožní nečistotám vstoupit do ultrafiltračního systému.
Typická kompatibilita vstupní vody: Nezbytná pro všechny tlakové -typy ultrafiltračních systémů.
Kompatibilita s ultrafiltrací: Vyžaduje se pro tlakové -typy externích a vnitřních tlakových ultrafiltračních systémů; obecně se nevyžaduje pro ponořené MBR, trubkové systémy a keramické membrány.
Úvahy o konstrukci a údržbě: Nastavte alarm rozdílového tlaku; přísně zakázat provoz, když diferenční tlak překročí limit; nikdy nepoužívejte poškozené nebo nevyhovující filtrační prvky.
7. Ozon-Biologické aktivní uhlí (O₃-BAC)
Princip procesu: Ozon oxiduje velké organické molekuly, následuje degradace některých organických látek biologickým aktivním uhlím.
Výhody: Výrazně snižuje přítok organické hmoty, výrazně snižuje organické a biologické zanášení ultrafiltrační membrány; odstraňuje barvu.
Nevýhody: Vysoká investice; vysoká spotřeba chemikálií během provozu; nadměrné dávkování ozonu může poškodit organickou ultrafiltrační membránu PVDF; komplexní řízení procesu; vysoké požadavky na provoz a řízení.
Typická kompatibilita s přítokovou vodou: Povrchová voda, obecní regenerovaná voda s vysokým obsahem organických látek.
Kompatibilita s ultrafiltrací: Hloubková předúprava externí tlakovou ultrafiltrací; zbytkový ozón musí být kontrolován, protože zbytkový ozón vstupující do membrány zoxiduje vlákna PVDF membrány.
Úvahy o konstrukci a údržbě: Po úpravě ozonem by mělo být provedeno dostatečné odplynění, aby se zajistilo, že do ultrafiltračního systému nevstoupí žádný zbytkový ozón.
8. Předúprava změkčením (pryskyřice/vápno{1}změkčení uhličitanem sodným)
Princip procesu: Odstraňuje vápenatou a hořčíkovou tvrdost a křemík, čímž snižuje sklon k tvorbě vodního kamene.
Výhody: Snižuje anorganické usazování na povrchu ultrafiltrační membrány a zároveň chrání následný RO systém.
Nevýhody: Složitý systém; vysoká spotřeba činidla; pryskyřice vyžaduje regeneraci; zvýšená salinita v permeátu.
Typická kompatibilita s přítokem: Důlní voda s vysokou-tvrdostí, průmyslová regenerovaná voda s vysokou-tvrdostí.
Shoda s ultrafiltrací: Předúpravu lze zvolit před ultrafiltrací, většinou se používá pro vodu s vysokou-tvrdostí; není univerzální konfigurace.
II. Doporučené kombinace předúpravy pro různé zdroje surové vody
1. Obecní sekundární biologický odpad (regenerovaná voda)
Doporučeno: Koagulační sedimentace → Multi{0}}filtrace médií → Bezpečnostní filtr → Externí tlaková ultrafiltrace
Klíčové kontrolní body: Suspendované pevné látky a mikroorganismy v biologickém odpadu; nadměrný PAM je přísně zakázán.
2. Důlní voda (vysoký obsah nerozpuštěných látek, vysoká tvrdost)
Doporučeno: Čiření koagulace → Multi{0}}filtrace médií → Diskový filtr → Bezpečnostní filtr → Externí tlaková ultrafiltrace
Klíčové body prevence a kontroly: Únik filtračního média do krytu membrány; pro vysokou tvrdost lze přidat změkčovací jednotku.
3. Povrchová voda (voda v nádrži, s vysokým obsahem huminových kyselin a organických látek)
Doporučeno: Koagulace a sedimentace → Multi{0}}média → Filtrace s aktivním uhlím → Bezpečnostní filtr → Externí tlaková ultrafiltrace; Pro velmi vysoký obsah organické hmoty lze přidat ozon-BAC.
4. Odpadní voda s vysokým obsahem oleje a pevných látek (ultrafiltrace potrubí/T-MBR)
Doporučeno: Separace oleje-Flotace → Koagulace a sedimentace → Ultrafiltrace potrubí; Membrány potrubí jsou vysoce odolné vůči znečištění a mohou eliminovat potřebu vícestupňové jemné filtrace, ale separace oleje a flotace jsou zásadní.
5. Komunální odpadní voda přímo vstupující do ponořeného MBR
Samotná nádrž biologického čištění MBR je procesem předúpravy, přičemž přední část se skládá převážně ze síta a primární sedimentační nádrže; není nutná písková filtrace a aktivní uhlí.
III. Často používané mylné představy během realizace projektu
1. Zpracování samočisticích filtrů a diskových filtrů jako jediné předúpravy pro ultrafiltraci, bez koagulace a sedimentace nebo více-médií, což umožňuje koloidům vstupovat přímo do membrány, což vede k nárůstu tlakového rozdílu.
2. Nadměrné přidávání PAM do koagulačního systému nemusí být viditelné pouhým okem, ale způsobuje nevratné organické znečištění ultrafiltrační membrány a počáteční tlakový rozdíl nelze obnovit bez ohledu na to, kolik chemického čištění se provádí.
3. Spékání a prosakování multimédiového filtračního média umožňují pronikání částic písku do membránového pouzdra a poškození membránových vláken, což má za následek abnormální SDI v permeátu.
4. Dlouhodobé-neproplachování nádrže s aktivním uhlím vede k růstu velkého počtu mikroorganismů, což způsobuje neustálé biologické znečištění ultrafiltrační membrány.
5. V procesu ozon-BAC není zbytkový ozón zcela odstraněn, oxiduje membránu PVDF a oslabuje pevnost membránových vláken.
6. Přidání pískových filtrů a aktivního uhlí do systému MBR je zbytečná investice a zvyšuje riziko ucpání.
Cílem předúpravy není upravit vodu tak, aby splňovala normu přítoku ultrafiltrace, ale důsledně a stabilně ji splňovat. Občasné dodržování nemá smysl; hodnota předúpravy spočívá v její schopnosti odolávat kolísání kvality vody. Ultrafiltrace může tolerovat určité množství kontaminantů, ale nemůže odolat periodickému selhání předúpravy.
Předúprava je první linií obrany v ultrafiltračním systému. Různé ultrafiltrační membrány mají různé úrovně odolnosti: trubkové a keramické membrány jsou nejodolnější vůči nárazům; na řadě jsou membrány z dutých vláken s externím tlakem; a vnitřně natlakované membrány z dutých vláken jsou nejzranitelnější.
Při výběru membrány byste měli nejprve určit kombinaci předúpravy na základě kvality surové vody a poté zvolit konfiguraci ultrafiltrační membrány, spíše než jednoduše vybrat ultrafiltrační membránu a poté přidat systém předúpravy.