Qu'est-ce que l'ultrafiltration de l'eau ?

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Un moyen efficace de purifier l'eau est de la forcer à travers des membranes semi-perméables. Les procédés de filtration sont classés en fonction de la taille des particules à séparer:

• microfiltration à travers des membranes avec des tailles de pores de 0,05 à 10 microns;
• ultrafiltration - pores de 0,001 µm à 0,05 µm;
• osmose inverse et nanofiltration - pores de 1 nm et moins.

L'ultrafiltration de l'eau est conçue pour en éliminer les micro-organismes et les inclusions macroscopiques qui ne traversent pas les pores de la membrane.

Le mécanisme traditionnel des filtres de remblayage est basé sur le nettoyage par gravité. L'ultrafiltration est similaire au tamisage à travers un tamis poreux, où toutes les particules de plus grand diamètre sont séparées.

Types de membranes

Les éléments filtrants sont des feuilles plates ou des fibres capillaires. Par le premier, on effectue principalement l'ultrafiltration des eaux usées, et les seconds sont destinés àtraitement de l'eau.

Les fibres sont principalement fabriquées à un seul canal, avec un diamètre intérieur d'environ 0,8 mm. Ils sont soumis à des sollicitations fréquentes et peuvent être détruits par des lavages à contre-courant. Les fibres multicanaux contiennent plusieurs capillaires et sont nettement plus résistantes.

Les membranes sont fabriquées à partir de polymères tels que le polyestersulfone. Ses paramètres peuvent être modifiés en ajoutant d'autres matériaux synthétiques. La large plage de pH des liquides traités permet un nettoyage efficace des éléments filtrants.

Les membranes polymères doivent être périodiquement décontaminées, car les microbes aiment manger de la matière organique et y former des colonies.

Membrane céramique longue durée, bien lavée avec des détergents. Son prix est plus élevé, mais la durée de vie atteint 10 ans.

Méthodes de filtration

Le système d'eau d'ultrafiltration se compose de modules remplis de fibres poreuses creuses. Le liquide initial pénètre dans les capillaires, après quoi la filtration se produit à travers les parois latérales. L'alimentation inversée est également possible.

Le rinçage est effectué par le filtrat avec son alimentation dans le sens opposé. La distribution uniforme du liquide à l'extérieur des fibres assure l'élimination des dépôts des capillaires. Ici, il est important de choisir le bon mode de rinçage afin que la couche de contaminant soit plus facile à éliminer.

Les filtres fonctionnent selon deux modes, dont l'un est la pression: l'eau est fournie au boîtier de l'appareil sous pression. La méthode d'immersion est réalisée à l'aide de membranes abaissées dans un récipient ouvert. Un vide est créé du côté de la sortie et le liquide est aspiré à travers le matériau filtrant.

Les modules sont disposés verticalement. L'eau y pénètre par une extrémité et est rejetée par l'autre. Le nombre de modules dans un filtre ne dépasse généralement pas deux unités. Pour cette raison, moins de joints sont nécessaires, ce qui réduit le risque de fuites. Les modules verticaux sont pratiques à entretenir et à tester. Ils sont faciles à installer et à retirer.

Modes de filtrage

Lorsque l'ultrafiltration de l'eau est effectuée, les filtres peuvent fonctionner en modes cul-de-sac et tangentiel. Dans le premier cas, toute l'eau fournie est purifiée. Les dépôts de la membrane sont périodiquement éliminés pendant le processus de rinçage ou avec le flux de vidange. La membrane s'encrasse rapidement et la chute de pression à travers elle doit être maintenue faible, ce qui réduit les performances de l'appareil. La méthode est utilisée pour le traitement de l'eau, avec une faible concentration de suspensions.

En mode tangentiel, le milieu filtré circule le long de la surface de la membrane et de petits dépôts se forment dessus. La turbulence de l'écoulement dans le canal d'alimentation permet d'épurer une eau à forte concentration en matières en suspension. Les inconvénients de cette méthode sont l'augmentation des coûts énergétiques pour créer un débit élevé et la nécessité d'installer des canalisations supplémentaires.

Paramètres d'ultrafiltration

Les principaux paramètres de l'ultrafiltration sont:

1. Sélectivité - le rapport des concentrations d'impuretés danseau contaminée (C_in.) et dans le filtrat (C_out.): R=(1 - C_{out./ С}in._{) ∙ 100 %. Pour un procédé d'ultrafiltration, il est grand, ce qui permet de piéger les plus petites particules, dont les bactéries et les virus.}
2. Consommation de filtrat - la quantité d'eau purifiée par unité de temps.
3. Consommation spécifique de filtrat - la quantité de produit traversant 1 m2 de la surface de la membrane. Dépend des caractéristiques de l'élément filtrant et de la pureté de l'eau de source.
4. Perte de charge membranaire - la différence entre la pression côté alimentation et côté filtrat.
5. La perméabilité est le rapport entre le débit spécifique du filtrat et la chute de pression à travers la membrane.
6. Efficacité hydraulique - le rapport entre le débit du filtrat et l'eau de source fournie.

Ultrafiltration pour la désinfection de l'eau

Les méthodes traditionnelles d'élimination des micro-organismes incluent les technologies utilisant des réactifs. L'ultrafiltration de l'eau consiste en la séparation physique des micro-organismes et des colloïdes en raison de la petite taille des pores de la membrane. L'avantage de la méthode est l'élimination des cadavres de micro-organismes, d'algues, de matières organiques et de particules mécaniques. Dans le même temps, il n'y a pas besoin de traitement spécial de l'eau, qui est obligatoire dans d'autres cas. Tout ce que vous avez à faire est de le faire passer à travers un filtre mécanique de 30 microns.

Lors de l'achat de filtres, vous devez déterminer la taille des pores des membranes. Pour éliminer complètement les virus, les diamètres des trous doivent être au niveau de 0,005 µm. Pour les pores de grande taille, la fonction de désinfectionne fonctionnera pas.

De plus, la technologie d'ultrafiltration permet de clarifier l'eau. Tous les solides en suspension sont complètement éliminés.

L'installation d'eau d'ultrafiltration contient des appareils connectés en parallèle, ce qui fournit les performances nécessaires du processus et la possibilité de les remplacer pendant le fonctionnement.

Purification de l'eau avant les filtres échangeurs d'ions

La résine est efficace pour retenir les particules colloïdales de 0,1 à 1,0 µm, mais elles obstruent rapidement les granules. Le rinçage et la régénération sont de peu d'aide ici. Il est particulièrement difficile d'éliminer les particules de SiO_{2, qui sont particulièrement abondantes dans les puits et l'eau des rivières. Après le colmatage, la résine commence à développer des micro-organismes dans des endroits non lavés avec des solutions de nettoyage.}

Les échangeurs d'ions sont également obstrués par des huiles émulsifiées qui ne peuvent pas être éliminées. Le colmatage est si grave qu'il est plus facile de changer le filtre que d'en séparer l'huile.

Les granulés filtrants des résines sont activement obstrués par des composés de haut poids moléculaire. Le charbon actif les élimine bien, mais sa durée de vie est courte.

Les résines échangeuses d'ions sont efficaces avec l'ultrafiltration pour éliminer plus de 95 % des colloïdes.

Traitement de l'eau - ultrafiltration avant osmose inverse

Les coûts d'exploitation sont réduits par l'installation progressive de filtres avec une réduction successive de la taille des particules retenues. Si un nettoyage plus grossier est installé avant le module d'ultrafiltration, cela augmente l'efficacité des systèmes d'osmose inverse. Ces derniers sont sensibles aux floculants anioniques et non ioniques si la coagulation des contaminants est réalisée au stade préliminaire.

Les grandes matières organiques moléculaires obstruent rapidement les pores des membranes d'osmose inverse. Ils sont rapidement envahis par les micro-organismes. Le pré-filtrage de l'eau résout tous les problèmes et est rentable lorsqu'il est utilisé avec l'osmose inverse.

Traitement des eaux usées

Le traitement des eaux usées par ultrafiltration permet de les réutiliser dans l'industrie. Ils conviennent à une utilisation en ingénierie et la charge technogénique sur les plans d'eau ouverts à des fins de consommation est réduite.

Les technologies membranaires sont utilisées pour traiter les eaux usées de la production galvanique et textile, dans l'industrie alimentaire, les systèmes de déferrisation, lors de l'élimination de l'urée, des électrolytes, des composés de métaux lourds, des produits pétroliers, etc. traitement et simplifie la technologie.

Avec des impuretés de faible poids moléculaire, l'ultrafiltration peut produire des concentrés de produits purs.

Le problème de la séparation des huiles émulsionnées de l'eau est particulièrement important. L'avantage de la technologie membranaire est la simplicité du processus, la faible consommation d'énergie et l'absence de produits chimiques.

Traitement des eaux de surface

Les précipitations et la filtration étaient auparavant des moyens efficaces de purifier l'eau. Les impuretés d'origine naturelle sont efficacement éliminées ici, mais maintenant des polluants technogéniques sont apparus, pour l'élimination desquelsd'autres méthodes de nettoyage sont nécessaires. En particulier, de nombreux problèmes sont créés par la chloration primaire de l'eau, qui forme des composés organochlorés. L'utilisation d'étapes de purification supplémentaires avec du charbon actif et l'ozonation augmente le coût de l'eau.

L'ultrafiltration vous permet d'obtenir de l'eau potable directement à partir de sources de surface: les algues, les micro-organismes, les particules en suspension et d'autres composés en sont éliminés. La méthode est efficace avec une coagulation préalable. Dans le même temps, une longue décantation n'est pas nécessaire, car la formation de gros flocons n'est pas nécessaire.

L'installation d'ultrafiltration de l'eau (photo ci-dessous) vous permet d'obtenir une eau purifiée de bonne qualité constante sans l'utilisation d'équipements et de réactifs complexes.

L'utilisation des méthodes de coagulation devient inefficace car de nombreux composés organiques dans l'eau ne sont pas détectés par la méthode traditionnelle d'oxydation du permanganate de potassium. De plus, le contenu organique varie considérablement, ce qui rend difficile le choix de la concentration requise de réactifs.

Conclusion

L'ultrafiltration de l'eau à travers des membranes vous permet d'atteindre la pureté requise avec une consommation minimale de réactifs. Les eaux usées après traitement peuvent être utilisées à des fins industrielles.

L'ultrafiltration n'est pas toujours efficace. La méthode ne permet pas d'éliminer certaines substances, par exemple les composés organochlorés et certains acides humiques. Dans de tels cas, un nettoyage en plusieurs étapes est appliqué.