L'ultrafiltració no és una panacea. 70% -80% de l'obstrucció del sistema d'ultrafiltració prové d'un pretractament fallit. Molts projectes tracten l'ultrafiltració com un "últim recurs", simplificant i tallant racons en el pretractament. Independentment de si s'utilitzen membranes de fibra buida, làmina plana, tubulars o ceràmiques, es produirà un ràpid augment del diferencial de pressió, una neteja química freqüent i una vida útil de la membrana significativament escurçada.
Els processos de pretractament d'ultrafiltració habituals inclouen: sedimentació per coagulació, filtració multimèdia, filtració de carbó actiu, filtres de disc, filtres d'auto-neteja, pre-microfiltració d'ultrafiltració, carbó activat-biològic d'ozó i pretractament suavitzant. La combinació de pretractament varia molt en funció de la qualitat de l'aigua afluent (aigua de mina, residus químics del carbó, efluent secundari municipal, aigua superficial).
I. Comparació detallada dels processos de pretractament
1. Coagulació-Sedimentació (aclariment de la coagulació)
Principi del procés: l'addició de PAC/PAM provoca la floculació de col·loides, sòlids en suspensió, alguns fòsfor i grans molècules orgàniques, aconseguint la separació de sòlids-líquids mitjançant la sedimentació.
Avantatges: Excel·lent eliminació de sòlids en suspensió, col·loides i terbolesa; elimina part de la matèria orgànica hidrofòbica; operació madura, adequada per a-projectes a gran escala; inversió relativament controlable.
Desavantatges: alts requisits per al control de la dosificació de reactius; els reactius excessius poden introduir sals d'alumini residuals i floculants polimèrics, provocant directament l'obstrucció irreversible del sistema d'ultrafiltració; gran descàrrega de fangs; gran petjada; l'efecte de floculació es deteriora en entorns de baixa{0}}temperatura.
Compatibilitat típica d'afluents: aigua superficial, aigua de mina, aigües residuals industrials d'alta-terbolesa.
Coincidència amb ultrafiltració: el pas de pre{0}}tractament més utilitzat per a la ultrafiltració de fibres buides a pressió externa; L'addició excessiva de PAM està estrictament prohibida, ja que el PAM residual és un assassí per a la ultrafiltració.
Punts de disseny i operació: control de la terbolesa de l'efluent Menor o igual a 5 NTU; controlar estrictament la dosi de PAM, minimitzar l'ús de PAM aniònic; allargar adequadament el temps de floculació a l'hivern a baixes temperatures.
2. Filtració multi-multimèdia (sorra de quars + antracita)
Principi del procés: filtració per pressió per gravetat, que es basa en la capa de medi de filtre per atrapar sòlids en suspensió i col·loides.
Avantatges: Elimina les partícules fines que queden després de la sedimentació; funcionament estable; familiar per al personal de manteniment; adequat per a grans volums d'aigua; es pot rentar i regenerar.
Desavantatges: poca resistència a les càrregues de xoc; grans fluctuacions en la terbolesa de l'afluent, propensa a l'escorrentia del medi; l'acumulació dels mitjans i les partícules de sorra fina que entren al sistema d'ultrafiltració després de l'acumulació, ratllant les fibres de la membrana; capacitat d'eliminació gairebé nul·la de matèria orgànica dissolta.
Compatibilitat típica de l'afluent: efluent després de la coagulació i la sedimentació; aigua de mina, aigua recuperada municipal.
Compatibilitat amb ultrafiltració: unitat de pre-filtre estàndard per a ultrafiltració de pressió externa-tipus a pressió; no es pot utilitzar com a únic pretractament per a la ultrafiltració.
Consideracions de disseny i manteniment: comproveu regularment el medi de filtre per evitar l'escorrentia; assegurar una intensitat de rentat raonable; Investigueu immediatament qualsevol augment sobtat de la terbolesa de l'efluent per evitar que la sorra entri a la carcassa de la membrana d'ultrafiltració.
3. Filtració de carbó activat (CAG granular de carbó activat)
Principi del procés: l'adsorció elimina part d'àcid húmic, color i part de matèria orgànica hidròfoba.
Avantatges: Redueix la càrrega orgànica, redueix l'encrassement orgànic del sistema d'ultrafiltració; elimina una mica de clor residual.
Desavantatges: No es poden eliminar sòlids en suspensió; propens al creixement microbià en les últimes etapes d'operació, amb efluents que transporten grans quantitats de bacteris i restes biològiques, provocant una incrustació severa del sistema d'ultrafiltració; el carbó actiu requereix una regeneració o substitució regular; L'afluent oliós pot causar fàcilment el deteriorament del carbó actiu i l'aglomeració.
Compatibilitat típica d'afluents: Aigua superficial, algunes aigües residuals químiques, aigua amb alt contingut orgànic.
Ús amb ultrafiltració: la ultrafiltració a pressió externa es pot millorar amb un pretractament; no recomanat per a aigües residuals amb alt contingut de petroli o SS.
Consideracions de disseny i manteniment: rentat periòdic; controlar el temps de contacte amb el llit buit; estar alerta per brots microbians al dipòsit de carbó actiu; substituïu el carbó activat ràpidament quan esdevingui ineficaç.
4. Filtre d'auto-neteja
Principi de procés: pantalla de filtre metàl·lic, filtració automàtica de raspall/succió en línia, generalment amb una precisió de 50-200 μm.
Avantatges: Funcionament continu totalment automàtic; petita petjada; no cal substituir el medi de filtre; adequat per a cabals elevats; baixa càrrega de treball de manteniment.
Inconvenients: només intercepta grans impureses en partícules, completament ineficaç contra col·loides i sòlids en suspensió fins; no pot reduir la terbolesa; La pantalla del filtre danyada permet que les impureses entrin directament al procés aigües avall.
Compatibilitat típica amb l'aigua d'entrada: protegeix els equips aigües avall; pre-filtració per motius de seguretat.
Coincidència amb ultrafiltració: només per a la protecció, no com a pre{0}}tractament principal per a l'ultrafiltració; generalment es col·loca després dels filtres multi-multimèdia i abans del filtre de seguretat d'ultrafiltració.
Punts de disseny i manteniment: permetre un marge de flux en seleccionar un model; comproveu regularment la integritat de la pantalla del filtre.
5. Filtre de disc (filtre de disc apilat)
Principi de procés: filtració per compressió de disc de plàstic, precisió 5-100μm, rentat automàtic.
Avantatges: una precisió de filtració més alta que els filtres auto{0}}de neteja normals; rentat ràpid; petita petjada; alt grau d'automatització.
Inconvenients: Ineficaç contra col·loides i matèria orgànica dissolta; l'aigua grassa pot provocar fàcilment l'adhesió i l'obstrucció del disc; rentat a contracors freqüent en condicions d'alt SS.
Compatibilitat amb l'aigua d'entrada típica: aigua recuperada, aigua de mina, després de la filtració de pre{0}}sedimentació.
Coincidència amb ultrafiltració: s'utilitza sovint com a pre-filtre en sistemes d'ultrafiltració a pressió externa, substituint alguns filtres multi-multimèdia; no es pot utilitzar sol per a l'aigua d'entrada d'alta terbolesa.
Consideracions de disseny i manteniment: s'utilitza amb precaució per a aigües residuals grasses; desmunteu regularment i comproveu l'adhesió del disc del filtre.
6. Filtre de seguretat (microfiltració, element de filtre de 5-10μm)
Principi del procés: l'element de filtre intercepta partícules dures i residus de filtres filtrats, protegint l'element de membrana d'ultrafiltració.
Avantatges: Intercepta la sorra i les impureses dures introduïdes per filtracions de mitjans, protegint les fibres de la membrana de les rascades físiques.
Inconvenients: No tracta col·loides ni matèria orgànica; element de filtre és un consumible; l'element del filtre s'ha de substituir quan augmenta la pressió diferencial; L'element de filtre danyat permetrà directament que les impureses entrin al sistema d'ultrafiltració.
Compatibilitat d'aigua d'entrada típica: essencial per a tots els sistemes d'ultrafiltració de tipus{0}}a pressió.
Compatibilitat amb ultrafiltració: necessària per a sistemes d'ultrafiltració de pressió externa i interna de tipus{0}}a pressió; generalment no es requereix per a MBR submergits, sistemes tubulars i membranes ceràmiques.
Consideracions de disseny i manteniment: establiu una alarma de pressió diferencial; prohibir estrictament el funcionament quan la pressió diferencial supera el límit; No utilitzeu mai elements filtrants danyats o deficients.
7. Ozó-Carbó actiu biològic (O₃-BAC)
Principi del procés: l'ozó oxida grans molècules orgàniques, seguida de la degradació d'alguna matèria orgànica per carbó actiu biològic.
Avantatges: Redueix significativament la matèria orgànica influent, redueix significativament la contaminació orgànica i biològica de la membrana d'ultrafiltració; elimina el color.
Desavantatges: Alta inversió; alt consum químic durant el funcionament; una dosi excessiva d'ozó pot danyar la membrana d'ultrafiltració orgànica de PVDF; control de processos complexos; alts requisits de funcionament i gestió.
Compatibilitat amb l'aigua d'influència típica: Aigües superficials, aigües municipals recuperades amb alt contingut de matèria orgànica.
Compatibilitat amb ultrafiltració: pretractament profund d'ultrafiltració a pressió externa; S'ha de controlar l'ozó residual, ja que l'ozó residual que entra a la membrana oxidarà les fibres de la membrana de PVDF.
Consideracions de disseny i manteniment: s'ha d'implementar una desgasificació suficient després del tractament amb ozó per garantir que no entri ozó residual al sistema d'ultrafiltració.
8. Pretractament suavitzant (suavització de resina/calç-carbonat de sodi)
Principi del procés: elimina la duresa del calci i el magnesi i el silici, reduint la tendència a l'escala.
Avantatges: Redueix l'escala inorgànica a la superfície de la membrana d'ultrafiltració alhora que protegeix el sistema RO posterior.
Inconvenients: Sistema complex; alt consum de reactius; la resina requereix regeneració; augment de la salinitat del permeat.
Compatibilitat típica d'influents: aigua de mina d'alta-duresa, aigua de recuperació industrial d'alta-duresa.
Coincidència amb ultrafiltració: el pretractament es pot seleccionar aigües amunt de l'ultrafiltració, que s'utilitza principalment per a aigües d'alta-duresa; no una configuració universal.
II. Combinacions de pretractament recomanades per a diferents fonts d'aigua bruta
1. Efluent biològic secundari municipal (aigua regenerada)
Recomanat: sedimentació per coagulació → Filtració multi-mèdia → Filtre de seguretat → Ultrafiltració a pressió externa
Punts clau de control: sòlids en suspensió i microorganismes en efluents biològics; PAM excessiu està estrictament prohibit.
2. Aigua de mina (alt sòlid en suspensió, alta duresa)
Recomanat: Aclariment de la coagulació → Filtració multi-mèdia → Filtre de disc → Filtre de seguretat → Ultrafiltració per pressió externa
Punts clau de prevenció i control: filtració de fuites de mitjans a la carcassa de la membrana; Es pot afegir una unitat de suavització per a una gran duresa.
3. Aigua superficial (aigua de dipòsit, alta en àcid húmic i matèria orgànica)
Recomanats: Coagulació i sedimentació → Multi-mèdia → Filtració de carbó activat → Filtre de seguretat → Ultrafiltració a pressió externa; Per a un contingut de matèria orgànica molt alt, es pot afegir ozó-BAC.
4. Alt contingut en petroli i aigües residuals sòlides (ultrafiltració de canonades/T-MBR)
Recomanat: Separació d'oli-Flotació → Coagulació i sedimentació → Ultrafiltració de canonades; Les membranes de les canonades són molt resistents a l'encrassement i poden eliminar la necessitat d'una filtració fina en diverses-etapes, però la separació i la flotació d'oli són essencials.
5. Aigües residuals municipals que entren directament al MBR submergit
El dipòsit de tractament biològic MBR en si és un procés de pretractament, amb la part frontal que consisteix principalment en una pantalla i un dipòsit de sedimentació primari; No es requereix filtració amb sorra ni carbó actiu.
III. Concepcions errònies d'ús freqüent durant l'execució del projecte
1. Tractar els filtres d'auto-neteja i els filtres de disc com a únic pretractament per a l'ultrafiltració, sense coagulació i sedimentació ni multi-mitjans, permetent que els col·loides entrin directament a la membrana, donant lloc a un augment de pressió diferencial.
2. L'addició excessiva de PAM al sistema de coagulació pot no ser visible a simple vista, però provoca una contaminació orgànica irreversible de la membrana d'ultrafiltració i el diferencial de pressió inicial no es pot restaurar per molt que es faci una neteja química.
3. L'aglomeració i les fuites dels mitjans de filtre multi-multimèdia permeten que les partícules de sorra entrin a la carcassa de la membrana i danyin les fibres de la membrana, donant lloc a un SDI anormal al permeat.
4. La manca-de rentat a llarg termini del dipòsit de carbó actiu provoca el creixement d'un gran nombre de microorganismes, provocant una contaminació biològica contínua de la membrana d'ultrafiltració.
5. En el procés d'ozó-BAC, l'ozó residual no s'elimina completament, oxidant la membrana de PVDF i debilitant la resistència de la fibra de la membrana.
6. Afegir filtres de sorra i carbó actiu al sistema MBR és una inversió innecessària i augmenta el risc d'obstrucció.
L'objectiu del pretractament no és tractar l'aigua per complir amb l'estàndard d'influent d'ultrafiltració, sinó complir-lo de manera coherent i estable. El compliment ocasional no té sentit; el valor del pretractament rau en la seva capacitat de suportar les fluctuacions de la qualitat de l'aigua. La ultrafiltració pot tolerar una certa quantitat de contaminants, però no pot suportar el fracàs periòdic del pretractament.
El pretractament és la primera línia de defensa en un sistema d'ultrafiltració. Les diferents membranes d'ultrafiltració tenen diferents nivells de resiliència: les membranes tubulars i ceràmiques són les més resistents als cops; Les membranes de fibra buida a pressió externa són les següents; i les membranes de fibra buida a pressió interna són les més vulnerables.
Quan seleccioneu una membrana, primer heu de determinar la combinació de pretractament en funció de la qualitat de l'aigua bruta i, a continuació, triar la configuració de la membrana d'ultrafiltració, en lloc de simplement seleccionar una membrana d'ultrafiltració i afegir un sistema de pretractament.