Ultrafiltracija ni rešitev. 70 %-80 % zamašitev ultrafiltracijskega sistema izvira iz neuspešne predobdelave. Številni projekti obravnavajo ultrafiltracijo kot "zadnjo možnost", ki poenostavi in zmanjša predobdelavo. Ne glede na to, ali se uporabljajo membrane iz votlih vlaken, ploščate plošče, cevaste ali keramične membrane, bo prišlo do hitrega povečanja diferenčnega tlaka, pogostega kemičnega čiščenja in bistveno skrajšane življenjske dobe membrane.
Običajni glavni postopki predhodne obdelave z ultrafiltracijo vključujejo: koagulacijsko sedimentacijo, več-medijsko filtracijo, filtracijo z aktivnim ogljem, diskaste filtre, samo-čistilne filtre, ultrafiltracijsko pred-mikrofiltracijo, ozonsko-biološko aktivno oglje in predobdelavo z mehčanjem. Kombinacija predobdelave se zelo razlikuje glede na kakovost dotočne vode (rudniška voda, kemična jalovina premoga, komunalna sekundarna odplaka, površinska voda).
I. Podrobna primerjava postopkov predobdelave
1. Koagulacija-sedimentacija (koagulacijsko bistrenje)
Načelo postopka: dodajanje PAC/PAM povzroči flokulacijo koloidov, suspendiranih trdnih snovi, nekaj fosforja in velikih organskih molekul, s čimer se doseže ločevanje trdne-tekočine s sedimentacijo.
Prednosti: odlično odstranjevanje suspendiranih trdnih snovi, koloidov in motnosti; odstrani nekaj hidrofobnih organskih snovi; zrelo delovanje, primerno za velike-projekte; razmeroma nadzorovana naložba.
Slabosti: Visoke zahteve za kontrolo doziranja reagenta; prekomerni reagenti lahko vnesejo ostanke aluminijevih soli in polimernih flokulantov, kar neposredno povzroči nepopravljivo zamašitev ultrafiltracijskega sistema; velik izpust blata; velik odtis; učinek flokulacije se v okoljih z nizko-temperaturo poslabša.
Tipična združljivost dotokov: površinska voda, rudniška voda, industrijska odpadna voda z visoko-motnostjo.
Ujemanje z ultrafiltracijo: najpogosteje uporabljen korak pred{0}}obdelave za ultrafiltracijo z votlimi vlakni pod zunanjim pritiskom; pretirano dodajanje PAM je strogo prepovedano, saj je ostanek PAM ubijalec ultrafiltracije.
Točke zasnove in delovanja: Nadzor motnosti iztoka Manj kot ali enako 5 NTU; strogo nadzirajte odmerjanje PAM, zmanjšajte uporabo anionskega PAM; ustrezno podaljšati čas flokulacije pozimi pri nizkih temperaturah.
2. Več-medijska filtracija (kremenčev pesek + antracit)
Načelo postopka: Gravitacijska tlačna filtracija, ki se zanaša na plast filtrskega medija, da ujame fine suspendirane trdne snovi in koloide.
Prednosti: Odstranjuje drobne delce, ki ostanejo po usedanju; stabilno delovanje; poznajo vzdrževalno osebje; primeren za velike količine vode; je mogoče povratno sprati in regenerirati.
Slabosti: Slaba odpornost na udarne obremenitve; velika nihanja motnosti vtoka, nagnjenost k odtekanju medija; strjevanje medija in drobni peščeni delci, ki vstopajo v ultrafiltracijski sistem po strjevanju, praskajo membranska vlakna; skoraj nična zmogljivost odstranjevanja raztopljenih organskih snovi.
Tipična združljivost dotoka: odtok po koagulaciji in usedanju; rudniška voda, komunalna predelana voda.
Združljivost z ultrafiltracijo: standardna pred{0}}enota filtra za tlačno-ultrafiltracijo zunanjega tlaka; ni mogoče uporabiti kot edino predobdelavo za ultrafiltracijo.
Premisleki glede načrtovanja in vzdrževanja: Redno preverjajte filtrirne medije, da preprečite odtekanje; zagotoviti razumno intenzivnost povratnega izpiranja; takoj raziščite vsako nenadno povečanje motnosti iztoka, da preprečite vstop peska v ohišje ultrafiltracijske membrane.
3. Filtracija z aktivnim ogljem (Granular Activated Carbon GAC)
Princip postopka: Adsorpcija odstrani nekaj huminske kisline, barve in nekaj hidrofobne organske snovi.
Prednosti: Zmanjša organsko obremenitev, zmanjša organsko obraščanje ultrafiltracijskega sistema; odstrani nekaj ostankov klora.
Slabosti: Ni mogoče odstraniti suspendiranih trdnih snovi; nagnjeni k rasti mikrobov v poznejših fazah delovanja, z odplakami, ki prenašajo velike količine bakterij in bioloških ostankov, kar povzroča močno biološko obraščanje v sistemu ultrafiltracije; aktivno oglje zahteva redno regeneracijo ali zamenjavo; oljnata tekočina lahko zlahka povzroči poslabšanje aktivnega oglja in strjevanje.
Tipična združljivost dotoka: površinska voda, nekaj kemičnih odpadnih voda, voda z visoko vsebnostjo organskih snovi.
Uporaba z ultrafiltracijo: ultrafiltracijo zunanjega tlaka je mogoče izboljšati s predobdelavo; ni priporočljivo za odpadne vode z visoko vsebnostjo olja ali SS.
Zasnova in vzdrževanje: Redno povratno pranje; nadzor časa stika s prazno posteljo; bodite pozorni na izbruhe mikrobov v posodi z aktivnim ogljem; takoj zamenjajte aktivno oglje, ko postane neučinkovito.
4. Samočistilni-filter
Načelo postopka: kovinski filtrirni zaslon, spletna avtomatska krtačna/sesalna filtracija, običajno z natančnostjo 50–200 μm.
Prednosti: popolnoma samodejno neprekinjeno delovanje; majhen odtis; ni treba zamenjati filtrskega medija; primeren za visoke pretoke; majhna vzdrževalna obremenitev.
Slabosti: prestreže le velike delce nečistoč, popolnoma neučinkovit proti koloidom in finim suspendiranim trdnim snovem; ne more zmanjšati motnosti; poškodovano sito filtra omogoča, da nečistoče neposredno vstopijo v nadaljnji proces.
Tipična združljivost dovodne vode: ščiti opremo, ki je na koncu; pred-filtracijo za varnostne namene.
Ujemanje z ultrafiltracijo: samo za zaščito, ne kot glavna predob{0}}obdelava ultrafiltracije; na splošno nameščen za več-medijskimi filtri in pred ultrafiltracijskim varnostnim filtrom.
Točke načrtovanja in vzdrževanja: pri izbiri modela upoštevajte rezervo pretoka; redno preverjajte celovitost sita filtra.
5. Filter za plošče (filter z zloženimi ploščami)
Princip postopka: kompresijska filtracija s plastičnim diskom, natančnost 5-100 μm, samodejno povratno pranje.
Prednosti: večja natančnost filtracije kot navadni samočistilni-filtri; hitro povratno pranje; majhen odtis; visoka stopnja avtomatizacije.
Slabosti: Neučinkovit proti koloidom in raztopljenim organskim snovem; mastna voda lahko zlahka povzroči oprijem diska in zamašitev; pogosto povratno pranje pri visokih pogojih SS.
Tipična združljivost dovodne vode: predelana voda, voda iz rudnikov, po filtraciji pred{0}}sedimentacijo.
Ujemanje z ultrafiltracijo: pogosto se uporablja kot pred-filter v ultrafiltracijskih sistemih z zunanjim tlakom, ki nadomešča nekatere več-medijske filtre; ni mogoče uporabiti samostojno za vstopno vodo z visoko motnostjo.
Premisleki glede načrtovanja in vzdrževanja: uporabljajte previdno za zaljnjene odpadne vode; redno razstavljajte in preverjajte oprijem filtrske plošče.
6. Varnostni filter (mikrofiltracija, 5-10 μm filtrirni element)
Načelo postopka: filtrirni element prestreže trde delce in ostanke puščanega filtrirnega medija ter ščiti ultrafiltracijski membranski element.
Prednosti: Prestreza pesek in trde nečistoče, ki jih prinesejo puščajoči mediji, ter ščiti membranska vlakna pred fizičnimi praskami.
Slabosti: Ne obravnava koloidov ali organskih snovi; filtrirni element je potrošni material; filtrski element je treba zamenjati, ko se diferenčni tlak poveča; poškodovan filtrirni element bo nečistočam neposredno omogočil vstop v ultrafiltracijski sistem.
Tipična združljivost z dovodno vodo: bistvenega pomena za vse-ultrafiltracijske sisteme pod pritiskom.
Združljivost z ultrafiltracijo: zahtevana za ultrafiltracijske sisteme-z zunanjim in notranjim tlakom; na splošno ni potreben za potopljene MBR-je, cevne sisteme in keramične membrane.
Premisleki glede načrtovanja in vzdrževanja: Nastavite alarm diferenčnega tlaka; strogo prepovedati delovanje, ko diferenčni tlak preseže mejo; nikoli ne uporabljajte poškodovanih ali podstandardnih filtrskih elementov.
7. Ozon-biološko aktivno oglje (O₃-BAC)
Princip procesa: Ozon oksidira velike organske molekule, čemur sledi razgradnja nekaterih organskih snovi z biološkim aktivnim ogljem.
Prednosti: znatno zmanjša dotok organskih snovi, znatno zmanjša organsko in biološko obraščanje ultrafiltracijske membrane; odstranjuje barvo.
Slabosti: visoka naložba; velika poraba kemikalij med delovanjem; prevelik odmerek ozona lahko poškoduje organsko ultrafiltracijsko membrano PVDF; nadzor kompleksnega procesa; visoke zahteve za delovanje in upravljanje.
Tipična združljivost dotočne vode: površinska voda, komunalna predelana voda z visoko vsebnostjo organskih snovi.
Združljivost ultrafiltracije: globoka predobdelava z ultrafiltracijo zunanjega tlaka; je treba nadzorovati preostali ozon, saj bo preostali ozon, ki vstopi v membrano, oksidiral vlakna PVDF membrane.
Premisleki glede načrtovanja in vzdrževanja: Po obdelavi z ozonom je treba izvesti zadostno razplinjevanje, da zagotovimo, da preostali ozon ne vstopi v ultrafiltracijski sistem.
8. Predhodna obdelava za mehčanje (mehčanje s smolo/apno-natrijevim karbonatom)
Princip postopka: Odstrani trdoto kalcija in magnezija ter silicij, kar zmanjša nagnjenost k luščenju.
Prednosti: Zmanjša anorgansko nastajanje vodnega kamna na površini ultrafiltracijske membrane, hkrati pa ščiti nadaljnji RO sistem.
Slabosti: Kompleksen sistem; visoka poraba reagenta; smola zahteva regeneracijo; povečana slanost v permeatu.
Tipična združljivost z dotokom: rudniška voda z visoko-trdoto, industrijska predelana voda z visoko-trdoto.
Ujemanje z ultrafiltracijo: Predobdelavo je mogoče izbrati pred ultrafiltracijo, ki se večinoma uporablja za visoko-trdoto vode; ni univerzalna konfiguracija.
II. Priporočene kombinacije predobdelave za različne vire surove vode
1. Komunalna sekundarna biološka odplaka (predelana voda)
Priporočeno: Koagulacijska sedimentacija → Več-medijska filtracija → Varnostni filter → Ultrafiltracija z zunanjim tlakom
Ključne kontrolne točke: suspendirane trdne snovi in mikroorganizmi v bioloških odplakah; pretiran PAM je strogo prepovedan.
2. Rudniška voda (visoka vsebnost suspendiranih trdnih snovi, visoka trdota)
Priporočeno: Koagulacijsko bistrenje → Več-medijsko filtriranje → Diskasti filter → Varnostni filter → Ultrafiltracija z zunanjim tlakom
Ključne preventivne in nadzorne točke: uhajanje filtrskega medija v ohišje membrane; za visoko trdoto se lahko doda mehčalna enota.
3. Površinska voda (voda iz rezervoarjev, z visoko vsebnostjo huminske kisline in organskih snovi)
Priporočeno: koagulacija in sedimentacija → Multi{0}}mediji → Filtracija z aktivnim ogljem → Varnostni filter → Ultrafiltracija pod zunanjim tlakom; Za zelo visoko vsebnost organskih snovi lahko dodate ozon-BAC.
4. Odpadna voda z visoko vsebnostjo olja in trdnih snovi (ultrafiltracija v cevovodu/T-MBR)
Priporočeno: Ločevanje olja-Flotacija → Koagulacija in sedimentacija → Ultrafiltracija v cevovodu; Membrane cevovodov so zelo odporne proti obraščanju in lahko odpravijo potrebo po več-stopenjski fini filtraciji, vendar sta ločevanje olja in flotacija bistvenega pomena.
5. Komunalna odpadna voda neposredno vstopa v potopljeni MBR
Sam rezervoar za biološko obdelavo MBR je postopek predobdelave, pri čemer je sprednji del v glavnem sestavljen iz zaslona in primarnega usedalnika; peščena filtracija in aktivno oglje nista potrebna.
III. Pogosto uporabljene napačne predstave med izvajanjem projekta
1. Obravnava samo-čistilnih filtrov in diskastih filtrov kot edine predobdelave za ultrafiltracijo, brez koagulacije in sedimentacije ali več-medijev, kar koloidom omogoča neposreden vstop v membrano, kar ima za posledico skok razlike v tlaku.
2. Prekomerno dodajanje PAM koagulacijskemu sistemu morda ni vidno s prostim očesom, vendar povzroči nepopravljivo organsko obraščanje ultrafiltracijske membrane in začetne razlike v tlaku ni mogoče obnoviti, ne glede na to, koliko kemičnega čiščenja se izvede.
3. Zgoščevanje in puščanje večmedijskih filtrirnih medijev omogoča, da delci peska vstopijo v ohišje membrane in poškodujejo vlakna membrane, kar povzroči nenormalen SDI v permeatu.
4. Dolgotrajno pomanjkanje povratnega izpiranja posode z aktivnim ogljem vodi do rasti velikega števila mikroorganizmov, kar povzroča neprekinjeno biološko obraščanje ultrafiltracijske membrane.
5. V procesu ozon-BAC preostali ozon ni popolnoma odstranjen, kar oksidira membrano PVDF in oslabi trdnost membranskih vlaken.
6. Dodajanje peščenih filtrov in aktivnega oglja sistemu MBR je nepotrebna naložba in povečuje tveganje zamašitve.
Cilj predobdelave ni obdelava vode, da bi dosegla standard ultrafiltracijskega dotoka, temveč dosledno in stabilno izpolnjevanje tega standarda. Občasna skladnost je nesmiselna; vrednost predobdelave je v njeni sposobnosti, da prenese nihanja v kakovosti vode. Ultrafiltracija lahko prenese določeno količino onesnaževalcev, vendar ne more vzdržati občasne odpovedi predobdelave.
Predobdelava je prva obrambna linija v ultrafiltracijskem sistemu. Različne ultrafiltracijske membrane imajo različne stopnje prožnosti: cevaste in keramične membrane so najbolj odporne na udarce; naslednje so membrane iz votlih vlaken pod zunanjim pritiskom; in membrane iz votlih vlaken pod notranjim tlakom so najbolj ranljive.
Pri izbiri membrane morate najprej določiti kombinacijo predobdelave glede na kakovost surove vode in nato izbrati konfiguracijo ultrafiltracijske membrane, namesto da preprosto izberete ultrafiltracijsko membrano in nato dodate sistem za predobdelavo.