Побутові мембранні фільтри зазвичай використовують ультрафільтраційні або мікрофільтраційні мембрани як плаский листовий модуль або модуль із порожнинними волокнами. Вода фільтрується за допомогою гравітації або ручного насосу. Частки, колоїди, найпростіші організми, бактерії та віруси утримуються на поверхні мембрани. Ефективність усунення залежить від розміру пор мембрани та якості її виробництва.

Під мембранною фільтрацією зазвичай маються на увазі мікрофільтраційні, ультрафільтраційні, нанофільтраційні мембранні системи і системи зворотного осмосу ( T.3 , T.10 , T.15 ). Мікрофільтраційні мембрани зазвичай мають розмір пор у 0,1 – 0,5 мкм та усувають частки, бактерії та найпростіші організми з води. Вони є менш ефективними щодо усунення вірусів. Ультрафільтраційні мембрани мають менші пори (звичайні мембрани для очищення питної води мають пори у діапазоні віл 0,01 до 0,08 мкм) та усувають частки, бактерії, найпростіші організми та віруси. Нанофільтрація та зворотний осмос зазвичай використовуються на рівні домогосподарства як модулі під тиском, встановлені під раковиною, що фільтрують трубопровідну воду із мережі водопостачання. Такі фільтри не є поширеними в умовах надзвичайної ситуації на рівні домогосподарства, якщо тільки вони вже не використовувалися до її настання, хоча часом вони застосовуються у закладах охорони здоров’я для отримання води високої якості. Тому у цьому розділі увага зосереджується на мікрофільтраційних та ультрафільтраційних мембранних фільтрах, які працюють від гравітації або ручних насосів як автономні системи для одного чи кількох домогосподарств.

Мембрани можуть забруднитися, коли шар затриманого матеріалу починає з часом формуватися на поверхні, таким чином зменшуючи швидкість потоку. Залежно від моделі фільтру цей забруднюючий шар можна усунути шляхом промивання (потік невеликої кількості чистої води у зворотному напрямку) або чищення (додавання хімікатів, струшування або змивання з поверхні). Забруднення відбувається швидше, коли вміст природної органічної речовини у неочищеній воді та рівень каламутності є вищими. Залежно від виду та концентрації органічної речовини забруднення мембрани може стати невідворотним, що призведе до постійного зменшення швидкості потоку води і посиленого забивання. Проблему такого невідворотного забруднення інколи можна вирішити за допомогою хімічного чищення.

Проєктні міркування:

Побутові мембранні фільтри зазвичай є простими і легкими у використанні. Потік через мембранний фільтр залежить від характеристик мембрани (проникності), площі поверхні мембрани, а також застосованого тиску і ступеня забруднення, спричиненого неочищеною водою. У випадку систем, які працюють від гравітації, новий мембранний модуль може забезпечувати понад 40 літрів очищеної води на годину на м² мембрани при наявності різниці у гідростатичному тиску на рівні приблизно 100 см.

Матеріали

Мембранні фільтри постачаються як готові до використання системи, які включають контейнери для зберігання, або як модулі, які необхідно вбудувати або приєднати до доступних локально відер чи каністр. Фільтраційний матеріал є легким, та його складно зламати. Залежно від виробника ручні насоси надаються як вбудована частина системи для генерування тиску та збільшення швидкості потоку. Ручні насоси можуть потребувати обслуговування чи заміни у разі пошкодження. У багатьох країнах фільтри часто не є легкодоступними на ринку.

Придатність

Побутові мембранні фільтри часто можуть розповсюджуватися на всіх етапах реагування, коли вода є широко доступною, проте її якість низька або невідома і є ризик забруднення під час зберігання чи вдома. Мембранні фільтри є особливо корисними, коли населення розкидане по території і економічно невигідно встановлювати великомасштабні системи очищення води. Деякі ультрафільтраційні системи також використовуються в районах із каламутною водою або водою із високим вмістом заліза, коли інші системи забиваються або не справляються з очищенням. Кількість систем і продуктів на ринку швидко збільшується, проте розповсюдження все ще переважно реалізується через НУО та проєкти.

Експлуатація та обслуговування

Більшість мембранних систем фільтрації потребують промивки та чищення і будуть забиватися, якщо це не робити регулярно. Схильність фільтрів до забивання в процесі експлуатації за наявності каламутної води залежить від виду мембрани і конфігурації, а також механізму промивання та частоти промивання. Деякі продукти мають автоматичні системи промивання. Інколи забивання можна зменшити завдяки проведенню попередньої фільтрації із використанням простих фільтрів, які потрібно регулярно чистити. Для експлуатації деяких наявних на ринку продуктів потрібно пройти навчання. Невідворотне забивання мембранних фільтрів є очевидним показником поломки, демонструючи необхідність заміни фільтру. Зазвичай виробник гарантує 1 – 2 роки безпроблемної експлуатації у випадку поверхневих вод (із підвищеним рівнем каламутності та вмістом органічних речовин), тоді як у випадку чистої води та низького вмісту органічних речовин такі фільтри можуть легко експлуатуватися і довше. Виробники зазвичай вказують очікуваний об’єм фільтрованої води до забивання для визначеного рівня каламутності і вмісту органічних речовин. Коли постачають мембрани, вони можуть містити гліцерол у порах та на поверхні, який вимивається при першому використанні. Це може спричинити виникнення піни, яку можна змити, але вона зазвичай нешкідлива у випадку споживання. Після усунення гліцеролу мембрана може невідворотно забитися, якщо висохне (наприклад, під час зберігання), тому її потрібно постійно тримати вологою або у середовищі з високою вологістю, коли вона не використовується.

Здоров’я та безпека

Попри те, що мембранні фільтри показують надійну ефективність, якість продуктів може суттєво варіюватися. У разі гарантування та підтвердження якості виробництва ультрафільтраційні фільтри є однією з найбільш надійних технологій для усунення найпростіших організмів і бактерій та демонструють рівень усунення до 6-log. Задля усунення вірусів добре працюють мембрани із невеликими порами (до 20 нм) та невеликим розподілом пор за розміром. У мембран із більшими порами (понад 40 – 60 нм, наприклад, всі мікрофільтраційні мембрани та деякі ультрафільтраційні мембрани) може бути обмежена ефективність. Більшість систем продукують концентровані стічні води під час промивання із вищою концентрацією мікроорганізмів, ніж у неочищеній воді, та їх потрібно утилізувати належним чином. У разі використання води після промивки в якихось інших побутових цілях може виникнути ризик для здоров’я.

Витрати

Вартість однієї системи мембранного фільтру становить приблизно 15 – 100 доларів США. Дизайн, площа мембрани та якість виробництва визначають вартість фільтру. Зазвичай системи працюють без розхідників та є надійними. Відтак операційні витрати відсутні. Строк експлуатації варіюється від 6 місяців до 5 років залежно від якості продукту, частоти промивання/чищення та якості фільтрованої води. Фільтри зазвичай недоступні на місцевому рівні, і витрати на транспортування та імпортні мита збільшують витрати та час доставки.

Соціальні та екологічні аспекти

Мембранні фільтри зазвичай добре приймаються населенням. Оскільки зважені частки повністю усуваються без зміни смаку і запаху води, очищену воду зазвичай сприймають як безпечну і чисту. Більшість мембранних систем мають відносно високу початкову швидкість води порівняно з іншими продуктами для очищення води в домашніх умовах. У випадку деяких систем не є очевидним, як їх встановлювати та експлуатувати. Задля досягнення ефективного впровадження технології потрібно провести відповідне навчання і пояснити принцип фільтрації, а також експлуатації та обслуговування системи. Галузь із виробництва мембран формується швидко, і нові продукти та технології на основі ультрафільтрації з’являються на міжнародному ринку щороку.