Нанофильтрация воды: принцип работы и сфера применения

О чем речь? Нанофильтрация воды представляет собой передовой этап развития водоподготовки: она занимает промежуточное положение между ультрафильтрацией и обратным осмосом, обеспечивая избирательное удаление загрязнителей за счет мембран размером всего 1–10 нм.

Что учесть? Технология позволяет эффективно снижать жесткость воды, устранять органические соединения и цветность, при этом пропуская значительную часть полезных одновалентных минералов. В этом она схожа с обратным осмосом, и их часто путают, но это абсолютно разные способы фильтрации.

Что такое нанофильтрация воды

Это современный метод очистки воды, основанный на использовании мембран с односторонней проницаемостью. Принцип фильтрации аналогичен системе обратного осмоса.

Под действием внешнего давления вода проходит через мембрану, задерживающую различные загрязнения. В результате очистки поток делится на очищенную жидкость и дренаж (загрязнители), который может фильтроваться повторно или сливаться в канализацию.

Отличия нанофильтрации от обратного осмоса

Нанофильтрация и обратный осмос — две технологии очистки воды, обеспечивающие разную степень очистки. Выбирать метод фильтрации нужно, ориентируясь на поставленные задачи.

Фото: freepik / magnific.com

Нанофильтрация

Ключевое отличие нанофильтрации воды от обратного осмоса заключается в размере пор мембранного фильтра и степени очистки. Полупроницаемая мембрана для нанофильтрации имеет поры размером от 0,001 до 0,01 мкм, которые задерживают органические молекулы, вирусы, бактерии, химические соединения и тяжелые металлы. При таком методе очистки в воде остаются полезные минералы и микроэлементы. Нанофильтрация подходит при условии качественного водопроводного сырья, не содержащего опасные вещества (гербициды и пестициды, ионы металлов и другие микроэлементы атомного радиуса).

Обратный осмос

При данном методе очистки воды используются мембраны с порами размером 0,0001 мкм. Они пропускают только молекулы воды и тоньше, чем мембраны для нанофильтрации. Обратный осмос удаляет до 99,9 % разных примесей (растворенные соли, ионы металлов и любые другие ионы на атомарном уровне, кроме водорода и кислорода, в том числе свободные радикалы).

Читайте также!

Опасность вредных примесей в воде

Подробнее

Устройство установок для нанофильтрации воды

Конструкция системы нанофильтрации воды включает:

1. Система предварительной очистки для защиты мембраны от взвешенных частиц и активных окислителей.
2. Насос высокого давления для подачи воды на мембрану под давлением. Насосы промышленных комплексов для фильтрации воды комплектуются датчиками и регуляторами, которые позволяют поддерживать постоянное давление. Если оно падает, то снижается производительность установки и качество очистки. Повышение давления может вызвать повреждение цельности мембраны.
3. Мембранный элемент. Полимерная пленка с односторонней проницаемостью для тонкой очистки жидкости от загрязнений. Также она препятствует оттоку очищенной воды под действием осмотического давления.
4. Корпус установки, в котором размещены другие элементы фильтра. Материал корпуса выбирают исходя из величины рабочего давления и условий эксплуатации.

Под действием давления молекулы воды проходят через мембрану, а все загрязнения, в том числе мельчайшие наночастицы, остаются на поверхности. Затем они смываются в дренаж и направляются в канализацию или на повторную очистку.

Установки нанофильтрации воды имеют высокую производительность и могут обрабатывать до 750 литров воды за 24 часа. Этот показатель выше, чем у систем обратного осмоса, которые могут очищать до 200 литров в сутки.

Виды мембран для нанофильтрации воды

Полупроницаемые мембранные фильтры являются основным элементом установки. Они эффективно задерживают большую часть загрязнений с относительно высокой скоростью. Мембраны для нанофильтрации воды изготавливаются из полимеров, отличающихся высочайшей механической и химической стойкостью.

Основные виды мембранных фильтров, отличающиеся строением:

• Трубчатые мембранные фильтры. Представляют собой пористые трубки диаметром 0,5-1 мм. Они задерживают крупные загрязнения, бактерии и микроорганизмы. Подвод воды осуществляется при низком давлении около 2 атм. Давление выше указанных параметров может привести к разрыву мембранного фильтра.
• Плоские мембранные фильтры. Напоминают тонкие армированные листы. Мембраны данного типа упаковываются в рулонные модули.

Специфика таких мембранных фильтров — микроструктура. Они работают как молекулярные сита с наноскопическими порами размером от 0,001 до 0,01 мкм. Мембраны пропускают молекулы чистой воды и меньшие молекулы.

Фото: pressfoto / magnific.com

Самый распространенный неорганический материал, используемый для мембранных фильтров, — керамика. Основные характеристики:

• Термостойкость в условиях высокой и низкой температуры.
• Неподверженность биообрастанию.
• Стойкость к агрессивным средам.

Основной плюс мембранных фильтров из керамики — способность к многократному восстановлению. Материал выдерживает жесткую химическую очистку и обеззараживание. Керамические мембранные фильтры являются более долговечными, чем полимерные композиты.

Ключевые критерии выбора мембранных фильтров: производительность, требования к исходному сырью, срок эксплуатации, количество и характеристики загрязнений в исходном сырье.

Мембраны, отличающиеся высоким уровнем селективности, способны задерживать определенные загрязненные вещества в воде. Это гарантирует высокое качество питьевой воды. Мембранные фильтры нанофильтрации воды удаляют следующие виды загрязнений: соли жесткости воды до 85 %, кальция до 80 %, магния до 90 %, ионы железа до 99 %, сульфаты и алюминий до 98 %, фосфаты и силикаты до 95 %. Кроме того, исходное сырье очищается от органических соединений, цветности, радия и микробиологических загрязнений. В фильтрованной воде остается минимальное количество полезных минералов и элементов (кальций, магний и калий), которые безопасны для здоровья человека.

При правильной эксплуатации и уходе срок службы полимерного мембранного фильтра может составить пять лет.

Читайте также!

Виды фильтров для воды: обзор и критерии выбора

Подробнее

Области применения нанофильтрации

Безреагентное умягчение воды

Нанофильтрация воды является единственным мембранным способом очистки, снижающим жесткость воды на 90-99 % без использования ионообменных смол и поваренной соли для регенерации. NF удаляет ионы кальция Ca2+ и магния Mg2+, но пропускает одновалентные минералы. Метод позволяет проводить селективную очистку и сохранять полезный солевой состав воды, что важно для водоснабжения объектов, где не требуется полная деминерализация.

Удаление цветности и природных органических веществ

Мембранные фильтры эффективно очищают воду от широкого спектра органических веществ (гуминовые кислоты, фульвокислоты), которые отвечают за цветность и перманганатную окисляемость (ПМО) поверхностных и подземных вод. Очистка от природных органических веществ (NOM) составляет 90-98 %, что существенно снижает потенциал образования тригалометанов (ТГМ) и других токсичных хлорорганических соединений.

Очистка и доведение воды до стандартов пищевой отрасли

В пищевой промышленности нанофильтрация воды используется для концентрирования белков, лактозы и сахаров на предприятиях, выпускающих молочную продукцию и соки, а также для деминерализации сыворотки и очистки технологических составов.

Фото: freepik / magnific.com

Предфильтрация сырья перед установками обратного осмоса (RO)

Нанофильтрация применяется как предварительная очистка перед системами обратного осмоса для снижения содержания двухвалентных ионов (Ca2+, Mg2+, SO42-). Это снижает риск осадкообразования (scaling) на мембранных фильтрах и позволяет увеличить показатель извлечения пермеата (recovery).

Улучшение качества питьевой воды

Для муниципального и локального водоснабжения метод позволяет подготовить безопасную и пригодную для ежедневного потребления питьевую воду. Нанофильтрация улучшает качество воды: умягчает ее, снижает цветность, удаляет пестициды и микропримеси. При этом сохраняется сбалансированный минеральный состав. Вода подается под давлением 3-15 бар. Данный метод очистки является более энергоэффективным по сравнению с системами обратного осмоса.

Преимущества и недостатки нанофильтрации воды

Часто задаваемые вопросы о нанофильтрации воды

Какое давление нужно для очистки воды методом нанофильтрации?

Стандартные параметры рабочего давления — 3-15 бар. В условиях городского водоснабжения требуется давление 5-10 бар.

В чем разница между нанофильтрацией воды и ультрафильтрацией (UF)?

• Размер мембранных пор. NF задерживает более мелкие загрязнения (1-10 нм), чем UF (0,01–0,1 мкм).
• Функционал. UF задерживает взвешенные частицы, бактерии и коллоиды, но соли проходят через мембрану. NF-технология дополнительно умягчает воду и удаляет органические соединения.

Требуется ли предварительная подготовка воды перед NF-очисткой воды?

Да. Нужна следующая предварительная очистка:

• механическое удаление крупных взвесей;
• удаление хлора (концентрация свободного хлора должна быть менее 0,1 мг/л);
• в некоторых случаях требуется ультрафильтрация.

Источник изображения на шапке: vwalakte / magnific.com

Автор Волчкова Мария Бренд-менеджер

Понравилась статья? Поделитесь: