Porównanie MBR, Ultrafiltracji i Odwróconej Osmozy w Uzdatnianiu Wody
- Szczegóły
W celu efektywnego pozyskania i uzdatniania wody konieczne jest zastosowanie zaawansowanych rozwiązań technicznych oraz technologicznych. Od wielu lat wskazuje się na techniki membranowe. W zakładach oczyszczania wody na świecie coraz częściej pojawiają się układy technologiczne oparte na membranach.
Najwięcej tego typu obiektów znajduje się w Stanach Zjednoczonych (np. Minneapolis, San Patrico, Capparral, BexarMet). Również w Europie istnieją takie instalacje (np. Clay Lane - w Wielkiej Brytanii, Roentgen - w Niemczech, Vigneux - we Francji). W Polsce mamy do czynienia z nielicznymi zakładami produkcyjnymi o znaczeniu lokalnym (np. Jarosław, Sucha Beskidzka).
Dobór odpowiedniego procesu membranowego zależy przede wszystkim od składu ujmowanej wody. Skład wód powierzchniowych podlega zmianom wynikającym zarówno z działalności człowieka, jak i globalnych zmian klimatu. Procesy membranowe w rozbudowanych układach technologicznych mogą służyć doczyszczaniu wody oczyszczonej wstępnie metodami tradycyjnymi, jak i wstępnemu przygotowaniu wody przed jej dalszym oczyszczaniem metodami konwencjonalnymi.
Niskociśnieniowe Procesy Membranowe: Mikrofiltracja (MF) i Ultrafiltracja (UF)
Niskociśnieniowe procesy membranowe (mikrofiltracja - MF, ultrafiltracja - UF) wykorzystywane są w praktyce do usuwania mikroorganizmów oraz zmniejszania mętności (przy czym preferowany jest proces UF, jako skuteczniejszy w eliminowaniu wirusów). Ze względu na to, iż niskociśnieniowe procesy membranowe w niewystarczającym stopniu usuwają z wody substancje organiczne (zwłaszcza frakcje małocząsteczkowe), poprzedza się je często koagulacją lub adsorpcją na węglu aktywnym.
Takie rozwiązania przyczyniają się nie tylko do zwiększenia skuteczności usuwania związków organicznych z wody, ale również zapobiegają intensywnemu blokowaniu membran. Procesy koagulacji i adsorpcji mogą być prowadzone w wydzielonych urządzeniach przed filtracją membranową lub wskutek bezpośredniego dawkowania do oczyszczanej wody odpowiedniego koagulantu albo pylistego węgla aktywnego.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
W ostatnim z przedstawionych rozwiązań zawiesiny kłaczków koagulacyjnych lub cząstki węgla aktywnego są separowane przez membrany mikro- lub ultrafiltracyjne. Przy odpowiednim doborze modułów membranowych i właściwej eksploatacji instalacji membranowej dawkowanie pylistego węgla lub koagulantu nie wpływa znacząco na wydajność membran. Przyczynia się to jednak do wzrostu kosztów jednostkowych związanych ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię oraz utrudnioną regenerację adsorbentu.
Spowodowana jest obecnością w wodzie cząstek zawieszonych, które rozpraszają i absorbują promieniowanie świetlne. Mogą one być różnej wielkości - od koloidalnych do zawiesin. Procesem membranowym służącym do obniżania mętności wody jest mikrofiltracja, której zastosowanie pozwala na uzyskanie wody o mętności mniejszej niż wymagania prawne (< 1 NTU). Gdy mętność wody wywołana jest obecnością frakcji o rozdrobnieniu koloidalnym, mikrofiltrację często poprzedza się procesem koagulacji. Pozwala to na destabilizację koloidów wraz z wytworzeniem większych kłaczków.
Alternatywne Metody Dezynfekcji Wody
Wirusy, bakterie i pierwotniaki muszą być bezwzględnie usuwane z wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Konwencjonalne sposoby ich zwalczania obejmują dezynfekcję metodami chemicznymi (chlorowanie, ozonowanie itp.) lub fizycznymi (promienie UV). Metody chemiczne, poza niszczeniem mikroorganizmów, ingerują w matrycę chemiczną wody, tworząc nowe zagrożenia w postaci tzw. ubocznych produktów dezynfekcji (UPD), które nie są obojętne dla zdrowia.
Z tego powodu zwiększa się zainteresowanie niskociśnieniowymi procesami membranowymi, takimi jak mikrofiltracja (MF) czy ultrafiltracja (UF). Są to alternatywne metody dezynfekcji wody, oparte na separacji, a nie niszczeniu mikroorganizmów. Rozwiązanie to (podobnie jak dezynfekcja UV) nie gwarantuje zachowania stabilności biologicznej wody w systemie dystrybucji, ale zmniejsza wartości dawek dezynfektantów chemicznych, zwłaszcza gdy z wody usuwane są również prekursory UPD (np. w procesach UF i NF).
Usuwanie Związków Organicznych
Ich usuwanie jest jednym z najważniejszych zadań procesu oczyszczania wody. Związki te są mieszaniną substancji o bardzo zróżnicowanych właściwościach. W skład tej grupy związków wchodzą m.in. aminokwasy, kwasy tłuszczowe, fenole, sterole, cukry, węglowodory oraz naturalne polimery, do których można zaliczyć polipeptydy, tłuszcze, wielocukry oraz substancje humusowe.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Związki organiczne nie stanowią na ogół bezpośredniego zagrożenia, przyczyniają się jednak do wzrostu intensywności barwy wody. Ponadto mogą być prekursorami UPD (w tym trihalometanów - THM), powodować wzrost niezbędnych dawek koagulantów oraz środków dezynfekcyjnych, tworzyć kompleksy z wieloma zanieczyszczeniami antropogenicznymi, a także przyczyniać się do rozwoju mikroorganizmów w sieci dystrybucyjnej.
Ze względu na bardzo szeroki zakres wielkości frakcji tworzących mieszaninę naturalnych substancji organicznych, skuteczność usuwania tej grupy związków w znacznej mierze zależy od właściwości użytych membran. Jedynie zastosowanie procesu nanofiltracji (NF) lub odwróconej osmozy (RO) gwarantuje ich całkowite usunięcie z wody.
Zmiękczanie Wody
Spowodowana jest przede wszystkim obecnością jonów wapnia i magnezu. Nadmierna zawartość tych pierwiastków może powodować wytrącanie się kamienia w instalacjach i urządzeniach domowych. Woda o nadmiernej twardości nie może być również stosowana w wielu gałęziach przemysłu. Dotychczas najczęściej do zmiękczania wody używano metod chemicznych (strąceniowych) lub wymiany jonowej. Aktualnie metody te są wypierane przez proces nanofiltracji.
Rozwój Technik Membranowych
Procesy membranowe są technikami pozwalającymi na separację zanieczyszczeń o wymiarach cząstek na poziomie molekularnym lub jonowym. W ostatnich latach obserwuje się szybki rozwój tych technik. Membrany mogą być wykonane z materiałów organicznych (polimerów) lub nieorganicznych (ceramicznych albo tlenków metali). Do każdego surowca należy dobrać rozwiązanie techniczne pozwalające na jak najlepsze usunięcie zanieczyszczeń.
Efektywność wykorzystania kluczowych zasobów naturalnych (w tym wody) oraz przystosowanie do zmian klimatu są wskazane przez Unię Europejską jako kluczowe obszary wsparcia finansowego w zakresie rozwoju innowacyjnych technologii. W celu sprostania przyszłym wyzwaniom konieczne jest przeprowadzenie kompleksowych działań, zmierzających do efektywnego gospodarowania dostępnymi zasobami wodnymi. Docelowo każdy strumień wody trafiający do systemu zarządzanego przez spółki wodociągowe powinien być wykorzystany w taki sposób, aby zaspokojenia potrzeb miasta dokonywano przy jak najmniejszym poborze wody.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
W praktyce oznacza to konieczność wielokrotnego wykorzystania tej samej porcji wody, w tym doprowadzenie części ścieków oczyszczonych do jakości pozwalającej na użycie ich jako wody procesowej. Do tego celu idealnie nadają się technologie membranowe (ultrafiltracja, nanofiltracja odwrócona osmoza).
Bioreaktory Membranowe (MBR)
W bioreaktorach membranowych można prowadzić równocześnie kilka jednostkowych procesów oczyszczania, zarówno fizycznych, chemicznych, jak i biologicznych. Głównym problemem eksploatacyjnym instalacji membranowych jest zjawisko blokowania membran (fouling). Prowadzi ono do spadku wydajności procesu, skrócenia cyklu pracy membran i wzrostu kosztów eksploatacyjnych. Niemniej bioreaktory membranowe (MBR) są niezwykle interesującym rozwiązaniem, które umożliwia połączenie procesów biologicznych z fizyczną separacją za pomocą membran.
Rozwiązanie to polega na zanurzeniu modułu membranowego w bioreaktorze. W technologii oczyszczania ścieków bioreaktory membranowe stosowane są przede wszystkim do usuwania azotanów. W układzie klasycznym oczyszczanie ścieków zachodzi w komorach osadu czynnego, a w osadniku wtórnym następuje oddzielenie biomasy od oczyszczonych ścieków. W technologii bioreaktora membranowego komora osadu czynnego jest zblokowana z membranowym modułem membranowym (najczęściej ultrafiltracyjnym), który oddziela zawiesinę biomasy od biologicznie oczyszczonych ścieków.
Odpływ odprowadzany jest do odbiornika, natomiast zatężona biomasa powraca do komory biologicznej.
Odzysk Substancji ze Ścieków
Wysokociśnieniowe procesy membranowe, takie jak nanofiltracja czy odwrócona osmoza, mogą być wykorzystywane do odzysku substancji zawartych w ściekach.
Oczyszczanie Biogazu
Separacja membranowa to relatywnie nowa technologia oczyszczania biogazu do jakości odpowiadającej gazowi ziemnemu. Efektywność jednej membrany jest jednak często zbyt niska do osiągnięcia odpowiednich standardów. W celu zapewnienia wyższego stężenia metanu w gazie finalnym należy zastosować szeregowe połączenie modułów membranowych lub separację membranową w połączeniu z inną technologią oczyszczania (układy hybrydowe).
Efektywność separacji w dużym stopniu zależy od konstrukcji instalacji oczyszczania membranowego. W celu jej podwyższenia można wprowadzić recyrkulację oczyszczanego gazu.
tags: #MBR #ultrafiltracja #odwrócona #osmoza #porównanie
