Was ist Ultrafiltrationsbehandlung und wie funktioniert dieser Prozess?

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Ultrafiltrationsbehandlung

WWas ist das?

Die Ultrafiltrationsbehandlung ist eine Form der Membranfiltration, die der Umkehrosmose ähnelt und feste Partikel von der Flüssigkeitszufuhrquelle trennt. Dieser Prozess liegt zwischen Mikrofiltration und Nanofiltration im Hinblick auf die Entfernung der Partikeleinfanggröße. Es findet Anwendung als Vorfilter für andere Aufbereitungsprozesse oder als Tertiärpolierfilter in der Trinkwasser- und Abwasseraufbereitung.

Wie es funktioniert:

Um es einfach zu halten, arbeitet die Ultrafiltrationsbehandlung mit einem Druckgradienten, um Wasser durch eine semipermeable Membran zu drücken, wobei größere Partikel und Mineralien auf der anderen Seite zurückbleiben.

Natürlich kann dieser Membranfilter auf verschiedene Arten implementiert werden. Daher werden wir die verschiedenen möglichen Konfigurationen für Ultrafiltrationssysteme diskutieren und beschreiben.

Durchflusskonfigurationen:

Wie das einströmende Rohwasser in Bezug auf die Ausrichtung der Membran fließt, kann den Betrieb dieses Systemprozesses beeinflussen. Jede Konfiguration hat bestimmte Vor- und Nachteile, die beim Entwurf des Ultrafiltrationsbehandlungssystems berücksichtigt werden müssen.

Außenseite nach innen

Bei einer zylindrischen Membran fließt Rohwasser vom äußeren Teil nach innen in Richtung der Mittelachse, wie unten dargestellt. Dieses Strömungsmuster funktioniert gut in Situationen mit einem höheren Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen (TSS) im Gegensatz zu einer Strömung von innen nach außen.

Von innen nach außen

Das einströmende Rohwasser fließt in den mittleren Raum eines Membranrohrs und dann radial nach außen (siehe unten). Wenn eine gleichmäßige Hydrodynamik erforderlich ist, ist dieses Strömungsmuster am besten, bei Anwendungen mit höherer TSS ist es jedoch nicht gut.

Querstrom

Der Zufluss fließt parallel zur Länge der Membran, aber der Druckgradient über die Membran zieht das Wasser zur anderen Seite durch und Feststoffe sammeln sich in einer dünnen Schicht auf der Membran. Es wird mehr Energie benötigt, um eine Querströmung zu erzeugen, aber die Feststoffschicht kann länger in einer dünneren Schicht gehalten werden.

Sackgasse fließen

Die Strömung verläuft senkrecht zur Oberfläche der Membran. Gefiltertes Wasser tritt durch die Membran, während Feststoffe auf der gegenüberliegenden Seite verbleiben und in einer dicken Schicht auf der Membranoberfläche haften. Die Erzeugung einer Sackgasse erfordert nicht viel Energie, aber die feste Schicht baut sich viel schneller auf, was diese Konfiguration für niedrigere Konzentrationen von Wasserverschmutzungen nützlicher macht.

Systemkonfigurationen

Die beiden wichtigsten Überlegungen zur Einrichtung des gesamten Systems basieren auf dem Gefäßtyp und der Belüftung der Membranen.

Unter Wasser

Technisch gesehen sind die meisten Ultrafiltrationsbehandlungssysteme in dem Sinne untergetaucht, dass die Membran vollständig von Flüssigkeit umgeben ist. Insbesondere bezieht sich dieser Begriff jedoch auf Systeme, die aus großen Tanks bestehen, die mit Rohwasser gefüllt sind, und in die mehrere Membranen abgesenkt werden. Der Tank hat die notwendigen Ein- und Auslässe.

Unter Druck stehendes

Wenn eine Membran in einer Art unter Druck stehenden Gehäuseeinheit eingeschlossen ist. Systeme bestehen typischerweise aus mehreren Gefäßen, die parallel miteinander verbunden sind. Jedes Gefäß hat einen eigenen Einlass und Auslass, die mit einem Sammler verbunden sind, der das behandelte Abwasser aus allen Gefäßen zu einem Strom zusammenführt. Die Gefäße neigen auch dazu, zylindrisch zu sein, außer im Fall einer Platten- und Rahmenmembrankonfiguration.

Die Belüftung

Um zu verhindern, dass Membranen ständig Feststoffe auf ihrer Oberfläche ansammeln, implementieren Ultrafiltrationseinheiten Belüftungssysteme, die Blasen erzeugen, die die Oberfläche der Membran reinigen, um angesammelte Feststoffe abzuwischen. Es gibt zwei Möglichkeiten, Belüftungssysteme innerhalb der Filtereinheit einzurichten.

Integriert

In einem integrierten System ist alles in einer Einheit enthalten. Zum Beispiel ein untergetauchter Tank, in dem sich der Belüfter direkt unter den Membranen befindet. Oder ein Druckbehälter mit einem Belüfter am Boden des Behälters.

Getrennte

Hier wird der rohe Zulauf in einem separaten Tank belüftet und dann in den Tank oder das Gefäß mit der Membran gepumpt.

Membrantypen

Polymer

Diese Membranen bestehen aus Polymerwerkstoffen wie z Polysulfon, Polypropylen, Celluloseacetat und Polymilchsäure. Polymermembranen werden aufgrund ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit häufiger verwendet.

Keramik

Es gibt eine Vielzahl von Materialien für Keramikmembranen, von Aluminiumoxid und Siliciumcarbid bis zu Titandioxid und Zirkoniumdioxid. Sie sind bekannt für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen oder ätzenden Chemikalien, sind aber auch viel teurer.

Membrankonfigurationen

Die Größe und Form der Membran hängt stark von der Funktionsweise des Systems ab. Jede Membrankonfiguration kann bestimmte Vor- und Nachteile haben. Daher ist eine sorgfältige Auswahl erforderlich.

Röhrenförmig

Stellen Sie sich ein Bündel Strohhalme vor, die mit einer dünnen Membran zusammengebunden sind, die in jedem Strohhalm aufgerollt ist. Die Schläuche selbst sind durchlässig, so dass beim Einpumpen des Zulaufs dieser in der semipermeablen Membran beginnt und das Wasser durch sie und dann durch den Schlauch in den Gefäßhohlraum gelangt. Das resultierende Permeat in der Kavität wird dann zur nächsten Behandlungsstufe geschickt. Röhrensysteme arbeiten normalerweise nur mit Inside-Out-Strömungen, damit die Membran nicht in der Röhre zusammenfällt.

Hohlfaser

Diese Konfiguration ähnelt einem Röhrensystem, jedoch ohne die Membran, die in einem Röhrchengefäß gelagert ist. Stattdessen sieht die Membran selbst eher aus wie hohle gekochte Spaghetti-Stränge und ist direkt dem Rohwasser ausgesetzt. Diese Systeme können von innen nach außen oder von außen nach innen betrieben werden, die dünnen, flexiblen Fasern können jedoch leicht brechen.

Platte und Rahmen

Stellen Sie sich dieses Sandwich als Club Sandwich vor. Machen Sie ein Sandwich aus einem Abstandshalter zwischen zwei flachen Membranen und stapeln Sie mehrere übereinander mit etwas Abstand dazwischen. Das Speisewasser wandert zwischen den benachbarten Membranen, und gefiltertes Permeatwasser gelangt durch die Membranen zu dem Abstandshalter, der Kanäle aufweist, die es in Richtung des Permeat- (behandelten) Wasserauslasses befördern.

Spiralwunde

Nehmen Sie für diesen Fall das Sandwich, das Sie für die Platte und den Rahmen hergestellt haben, und wickeln Sie es um ein perforiertes Rohr. Rohwasser fließt durch den Zufuhrkanal und filtert durch die Membranen zum Permeatkanal. Das Permeat wandert dann spiralförmig zur Mitte in den Auslass.

Diese nachstehende Tabelle zeigt mögliche Kombinationen für Ultrafiltrationsbehandlungssysteme. Zum Beispiel eine röhrenförmige Membrankonfiguration mit einer Querströmung von innen nach außen durch eine Polymermembran. Die X zeigen an, dass der Strömungstyp oder das Membranmaterial für die gegebene Membran möglich ist.

Membrankonfiguration

Außenseite nach innen

Von innen nach außen

Querstrom

Sackgasse fließen

Polymermembran

Keramikmembran

Röhrenförmig

-

X

X

X

X

X

Hohlfaser

X

X

X

X

X

X

Platte & Rahmen

X

X

X

X

X

X

Spiralwunde

X

X

X

-

X

-

Möchten Sie weitere Informationen zu den in diesem Artikel enthaltenen Informationen erhalten? Bei Fragen zum Ultrafiltrationsverfahren oder wenn ein Ultrafiltrationsbehandlungssystem die Anforderungen Ihrer speziellen Anwendung erfüllt, sprechen Sie uns an! 

Die Wasseraufbereitungsexperten von Genesis Water Technologies sind unter 1-877-267-3699-XNUMX in den USA gebührenfrei erreichbar. Sie können sich auch über soziale Medien oder per E-Mail mit uns in Verbindung setzen customersupport@genesiswatertech.com mit einem unserer Vertreter über Ihre spezifische Anwendung zu sprechen.