4.1. Основные показатели эффективности работы микрофильтрации и ультрафильтрации

 

  К оглавлению книги

Основные показатели эффективности работы систем микрофильтрации и ультрафильтрации – это тонкость фильтрации и ее селективность.

Тонкость фильтрации или размер пор мембраны – так называемый рейтинг , как отмечалось выше , составляет для микрофильтрации 0,1 до 1 мкм, а для ультрафильтрации – 0,01–0,1 мкм.

Селективность микро- и ультрафильтрационных мембран очень высока по отношению к объектам, имеющим размеры больше, чем размер пор данной мембраны, и практически отсутствует для частиц с меньшими размерами. Степень задержания частиц с размером, соответствующим рейтингу мембраны, составляет до 99% для крупносерийных мембран и 99,999% для изделий специального назначения, так называемых абсолютных фильтров. Селективность находится в прямой зависимости от ширины распределения пор по их размерам.

Как указывалось выше, селективность R описывается отношением разности концентраций примеси в исходной воде C исх и в фильтрате С фил к ее концентрации в исходной воде и выражается в процентах:

. (4.1)

Для процессов микро- и ультрафильтрации, где значения селективности могут быть очень велики, с 1994 г. принята доработанная методика Sematech, в которой определяемая эффективность описывается логарифмической зависимостью LRV ( Log Reduction Value ):

. (4.2)

4.1. Соотношения значений селективности и LRV

Селективность, %

LRV

90

1,0

95

1,3

97

1,5

99

2,0

99,9

3,0

99,99

4,0

 

Идеальная мембрана должна иметь поры одинакового размера и отсекать все частицы, имеющие больший размер. Ее рейтинг совпадает с минимальным размером удаляемых частиц. В реальных мембранах всегда имеется разброс размеров пор (рис. 4.2), и чем он меньше, тем качественнее и дороже мембрана. Для таких мембран рейтинг всегда больше среднего размера пор. Для его определения используют калибровочные растворы с частицами разного размера. Условно за рейтинг мембраны принимают размер частиц, для которых селективность мембраны составляет 90–99,5%. Типичная кривая удаления частиц в зависимости от их размера для мембраны с рейтингом 0,2 мкм показана на рис. 4.2.

Видно, что частицы с размером меньше, чем размер пор мембраны, задерживаются незначительно, а большие – практически полностью (табл. 4.2).

4.2. Зависимость степени удаления частиц от их размера для типичной мембраны с рейтингом 0,2 мкм

Размер частиц, мкм

Селективность, %

LRV

0 , 05

23

0,11

0 , 1

71

0,54

0,2

99,5

2,3

0,5

99,98

3,7

 

Зависимость степени удаления частиц от их размера для идеальной и для реальной мембраны с рейтингом 0,2 мкм

Рис. 4.2. Зависимость степени удаления частиц от их размера для идеальной и для реальной мембраны с рейтингом 0,2 мкм

В качестве примера селективности ультрафильтрационных мембран приведем данные компании «Inge». Для мембраны с рейтингом 0,03 мкм бактерии, имеющие размеры 0,2–1,0 мкм (200–1000 нм), удаляются с эффективностью не менее LRV = 6 (99,9999%), а вирусы и цисты патогенных микроорганизмов, с размером 0,02–0,4 мкм (20–400 нм) – не менее LRV = 4 (99,99%). При этом их возможности по извлечению органических веществ с молекулярной массой 1–300 кДа, определяющих цветность воды и в ряде случаев – содержание закомплексованного железа, ограничены и часто не превышают 10–20%. На рис. 4.3 показано, что микроорганизмы c ryptosporidia (размером 4–6 мкм) удаляются из воды при использовании модулей dizzer® более чем на 6 порядков.

Селективность модуля dizzer ® по cryptosporidia

Рис. 4.3. Селективность модуля dizzer ® по cryptosporidia

Проницаемость микрофильтрационных мембран составляет в зависимости от рейтинга фильтрации от 5 000 до 20 000 л/(м 2 ·ч·атм). Для ультрафильтрационных мембран она несколько меньше. Типичные значения стационарной проницаемости – от 100 до 400 л/(м 2 ·ч·атм). При реальных перепадах (трансмембранном) давления 0,1–0,8 атм это соответствует удельной производительности от 50 до 200 л/(м 2 ·ч).

Современные аппараты и устройства водоподготовки, используемые для целей микро- и ультрафильтрации, характеризуются исключительным многообразием. Они предусматривают возможность организации всех вариантов фильтрации: тупиковой, тупиковой с регенерацией обратным током, тангенциальной.

В качестве фильтрующих элементов могут применяться элементы патронного типа, листовые (в плоскорамных конструкциях), трубчатые, в виде полых волокон и рулонов.

Rambler's Top100 Rambler's Top100