Filtracja Wody: Rodzaje Metod i Inżynieria Środowiska
- Szczegóły
Występujące w środowisku zanieczyszczenia, zarówno naturalnego pochodzenia jak i antropogenicznego można podzielić na dwie zasadnicze grupy: substancje nieorganiczne oraz substancje organiczne. W zależności, na usuwanie których zanieczyszczeń są skierowane nasze potrzeby w oczyszczaniu, to stosowane są odpowiednie, najkorzystniejsze procesy membranowe.
Procesy Membranowe w Oczyszczaniu Wody
Technologia membranowego oczyszczania ścieków znalazła już swoje miejsce w realizacjach polskich. Szczególnie istotny jest fakt, gdy ładunek zanieczyszczeń jest nierównomierny w trakcie roku. Przy aplikacji rozwiązań membranowych ten fakt nie ma znaczenia.
Do metod membranowych zaliczamy takie procesy, jak: odwrócona osmoza (RO) oraz elektrodializa (ED). Ponadto należy zwrócić uwagę, że koszty realizacji poszczególnych rodzajów odsalania/demineralizacji są różne. Metody destylacyjne cechuje wysokie zużycie energii, niezależnie od stężenia soli w wodzie.
Łączenie odwróconej osmozy z metodami termicznymi w systemy skojarzone jest korzystne, gdyż: niektóre elementy metod są wspólne np. ujęcie wody surowej i jej wstępne oczyszczanie, oczyszczanie końcowe, mieszanie permeatu z destylatem, unieszkodliwianie koncentratów itp. Dodatkowe korzyści wynikające z stosowania systemów skojarzonych to: efektywne wykorzystanie energii elektrycznej i wody odsolonej.
Woda może być magazynowana, co nie jest możliwe w przypadku elektryczności. Kojarzenie RO i metody termicznej w sposób następczy RO - metoda termiczna - krystalizacja NaCl, stosuje się do zatężania retentatu RO metodą termiczną z równoczesnym odzyskiem wody odsolonej i selektywną krystalizacją NaCl. Proponowany sposób stosuje się w przypadku śródlądowych wód wysoce zasolonych, a więc głównym celem odsalania takich wód jest wyeliminowanie z nich soli, najkorzystniej w postaci produktów handlowych.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Przykładem takiego podejścia do odsalania wód kopalnianych była uruchomiona w 1995 r. instalacja w Dębieńsku. Jedną z propozycji jest, żeby: permeat z NF poddać odsalaniu, co pozwala uniknąć ryzyka krystalizacji siarczanu wapnia oraz osiągnąć duży uzysk wody (do 150 g/l soli w retentacie). Korzyści jakie wynikają z tych rozwiązań jest wiele.
Praca instalacji termicznych/RO bez konieczności stosowania dodatkowych chemikaliów (np. Istotne jest wstępne przygotowanie wody przed RO (często koagulacjaflokulacja- sedymentacja). Układ korzystny przy wyższym zasoleniu wody surowej, tj. Kolejnym przykładem odsalania/ demineralizacji wody jest uruchomiona instalacja w Elektrowni Kozienice.
Instalacja składa się z: układu RO - wymiany jonowej. Koszty procesowe dla wód miernie zasolonych (tzn. do 4 g/dm3) wynosiły ok. 0,5 USD/m3 w latach 80. oraz 0,2-0,35 USD/m3 w chwili obecnej. Natomiast dla wód morskich (35-42 g/dm3) ponad 1 USD/m3 w latach 80. i na początku lat 90.
Wg przepisów, woda do picia powinna mieć twardość 60-500 mg CaCO3/l. Normowany jest również Mg: 30 mg/l. Nadmierna twardość wody w wodzie do picia jest szkodliwa dla zdrowia. -- wód miękkich i mało twardych (tw. ogólna ok.<200mg CaCO3/l) z wód bardzo twardych i twardych (tw. ogólna >300mg CaCO3/l).
Nanofiltracja wydaje się być odpowiednim i ekonomicznym procesem równoczesnego usuwania twardości i naturalnej materii organicznej (NOM), co wykazują wyniki w tabeli 4 w badaniach przeprowadzonych w 2002 r. Praktyczne zastosowanie nanofiltracyjnego uzdatniania z wykorzystaniem - membrany nanofiltracyjnej ma miejsce w SUW Zawada k.Dębicy - skierowane jest głównie do usuwania twardości (500 mg CaCO3/l).
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Zastosowanie odwróconej osmozy /i lub nanofiltarcji w oczyszczaniu wody do picia oraz do celów przemysłowych, sprawdza się również jako układ skojarzony. Wstępne uzdatnianie: ograniczenie zanieczyszczenia membran poprzez fouling i skaling. Zakres zależy od jakości wody surowej. Można użyć systemy: 1 - stopniowe dla wody słonawej (<10 g/dm3) lub 2-stopniowe dla wody słonej (>10 g/ dm3), stopień odzysku wody: 70-80% - dla wody słonawej; ok.
W 2000 roku ponad 2 miliony m3/d wody do picia produkowano z wykorzystaniem niskociśnieniowych metod membranowych, tj. mikrofiltracji i ultrafiltracji1), a obecnie ilość ta jest znacznie większa. Wielkość porów membran do MF i UF jest zbyt duża by bezpośrednio efektywnie zatrzymać związki rozpuszczone lub nawet koloidalne występujące w wodzie.
Przykładem systemu skojarzonego jest proces koagulacja/strącanie-MF. Szczególnie przydatny do usuwania fluoru oraz metali ciężkich (As, Sb,Hg itd.) ze środowiska wodnego. Zastosowanie systemu skojarzonego polegającego na adsorpcji-MF, opiera się na stosowaniu żywicy jonowymiennej o niskiej granulacji: MIEX o uziarnieniu 150 μm (F, NO3 -, As(V), Cr(VI)) oraz Dowex i Amberlite o uziarnieniu 20 μm (szczególnie przydatny do adsorpcji boru (B). Używa się też węgiel aktywny do adsorpcji metali ciężkich.
Kolejną propozycją jest system skojarzony, opisany punktem (C), w którym proces UF/MF wspomagany jest polimerami (PEUF). Proces polega na wiązaniu jonów metali i anionów rozpuszczalnym w wodzie polimerem w związki kompleksowe, których rozmiar jest większy od porów membrany UF/MF. Stosuje się polimery kompleksujące i polielektrolity. Można również wprowadzać do procesu UF/MF wspomaganie surfaktantami (MEUF), opisane punktem (D), w celu skutecznego usunięcia zanieczyszczeń, takich jak: NO3 -, ClO4 -, Cr(III), As, metale.
W takim systemie hybrydowym, do wody zawierającej któryś z wymienionych jonów, dodawany jest roztwór surfaktantu o stężeniu przekraczającym krytyczne stężenie tworzenia miceli (CMC), w którego micelach wiązane są jony. Nadmierna zawiesina występująca w wodzie może być skutecznie obniżona do wartości normatywnych (norma dla wody do picia = 1 NTU) przy wykorzystaniu technik mikrofiltracyjnych/ultrafiltracyjnych. Ponadto usuwane są mikroorganizmy, bakterie, zanieczyszczenia w formie koloidalnej.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Powodem podstawowym, dla którego zdecydowano o modernizacji zakładu SUW w Suchej Beskidzkiej było skażenie bakteriologiczne wody powierzchniowej pobieranej z rzeki Stryszawki. Zastosowane są tam membrany firmy PALL Aria AP6 w systemie modułowym przedstawionym na rys.7. Odzysk filtratu jest do 99%, w zależności od właściwości wody zasilającej, z wydajnością 130 m3/h, tj. 1135680 m3/ rok [20,21].
Kolejnym obiektem, gdzie wdrożono taki sposób uzdatniania to ZUW w Jarosławiu (uruchomienie nastąpiło w październiku 2009 r.) o wydajności 470 m³/h [22]. Zainstalowany system membranowy przygotowuje wodę do picia o jakości spełniającej wszystkie wymagania stawiane przez obowiązujące Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 listopada 2015 r. [18] w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.
Przykładem bezpośredniego wykorzystania MF do usuwania mętności i mikroorganizmów z wody powierzchniowej jest stacja uzdatniania wody do picia w Suchej Beskidzkiej pobierająca wodę z rzeki Stryszawka. Filtracyjny system membranowy PALL AriaTM składa się z 40 membranowych modułów filtracyjnych (typu USV- 6203). Podobne rozwiązania zostały również wdrożone w ZUW Jarosław, gdzie przepustowość stacji wynosi 470 m³/h oraz SUW Biała Dolina 6,5 - m³/h [8,22,24-26].
Dzisiejsze działania zarówno naukowe, jak i przemysłowe koncentrują się na opracowywaniu tzw. „zielonych technologii”, tj. procesów przyjaznych środowisku naturalnemu. Szczególną uwagę zwracają rozwiązania minimalizujące zużycie surowców naturalnych oraz pozwalające na odzysk i ponowne wykorzystanie cennych składników i surowców.
Przykładem zastosowania w przemyśle chemicznym klasycznego, ciśnieniowego membranowego procesu rozdziału jest technologia odzysku ze ścieków glikolu etylenowego, oparta na procesie nanofiltracji (NF) i odwróconej osmozie (RO) [28,29]. Została ona opracowana i opatentowana przez Instytut Chemii Przemysłowej w Warszawie, a wdrożona w PKN Orlen SA w Płocku.
W procesie syntezy tlenku etylenu i glikolu etylenowego powstają ścieki, zanieczyszczone przede wszystkim glikolem etylenowym w ilości do 1% mas oraz węglanowymi solami sodowymi w ilości do 1,5 % mas. Przed wdrożeniem technologii membranowej, strumień ścieków kierowano do zakładowej oczyszczalni ścieków. Odzysk glikolu ze ścieków na drodze destylacji uniemożliwiały obecne w nich sole nieorganiczne, które w trakcie zatężania wypadały z roztworu, osadzając się na warnikach kolumn destylacyjnych.
Wprowadzona membranowa technologia oczyszczania ścieków glikolowych jest oparta na trójstopniowym procesie nanofiltracji z wykorzystaniem membran spiralnych typu DK firmy GE Water. Zastosowana w procesie membrana charakteryzuje się małą przepuszczalnością soli węglanowych i dużą odzyskiwanego glikolu etylenowego. Schemat blokowy wdrożonej technologii nanofiltracyjnej przedstawia rys.
Przerabiane ścieki glikolowe, po wstępnym oczyszczeniu w procesie mikrofiltracji są kierowane na pierwszy stopień nanofiltracji, gdzie następuje ich rozdział na permeat I i retentat I. Oba uzyskane strumienie są poddawane dalszemu przerobowi: permeat na II stopniu doczyszczającym, retentat zaś w węźle końcowego zatężania III. Wszystkie trzy stopnie nanofiltracji są identyczne i zawierają po cztery, szeregowo połączone moduły NF.
Produktami procesu NF są permeat stanowiący ponad 90 % wejściowego strumienia i retentat. Permeat w całości jest zawracany do procesu odzysku glikolu metodą osmozy odwróconej. Uzyskany koncentrat glikolowy jest zawracany i wykorzystany w przerobie, pozostały po procesie RO permeat uzupełnia natomiast obieg wody procesowej.
Zastosowanie procesu nanofiltracji przyczyniło się do obniżenia o ponad 90%: strat glikolu etylenowego, ilości produkowanych ścieków i wartości ChZT (chemicznego zapotrzebowania tlenu) w ściekach odprowadzanych do oczyszczalni biologicznej.
Analiza Skuteczności Filtracji Wody w Filtrach Dzbankowych
Celem prezentowanej pracy jest analiza skuteczności filtracji filtrów dzbankowych oraz ukazanie możliwości wykorzystania badań nad reakcją degradacji kwasu askorbinowego w roztworach wodnych do opracowania nowej metody określania skuteczności oczyszczania wody w dzbankowych filtrach domowych. Bazując na pomiarach absorbancji kwasu askorbinowego zdefiniowano nowe parametry WCW (Współczynnik Czystości Wody) oraz SF (Stopień Filtracji).
Poszukiwano korelacji pomiędzy SF a ilością przefiltrowanej wody (stopniem zużycia filtra). Wraz ze zużyciem wkładu filtrującego zaobserwowano malejącą efektywność usuwania jonów wapniowych z wody oraz spadek różnic w wartościach przewodności właściwej pomiędzy wodą czystą a filtrowaną.
The aim of this study was to analyze the effectiveness of household drinking water filtration. This article demonstrates the possibilities of using study on the reaction of ascorbic acid degradation in aqueous solutions to develop a new method for determining the effectiveness of household drinking water filtration. Based on the measurements of absorbance of ascorbic acid a new parameters WCW (Coefficient of Water Purity) and SF (Filtration Degree) were defined.
Correlations between the SF and the amount of filtered water (filter usage) were investigated. With the filter usage decreasing effectiveness of calcium ions removal and drop of differences in conductivity between the tap and filtered water were observed.
tags: #filtracja #wody #rodzaje #metod #inżynieria #środowiska
