Ультрафільтрація – це частина групи мембранних фільтраційних систем під тиском, які можуть очищувати воду від нерозчинених та більшості розчинених речовин. Ультрафільтрація використовується як кінцевий етап очищення і може застосовуватися на етапі гострого реагування, а також на етапах стабілізації і відновлення в умовах надзвичайної ситуації.

Ультрафільтрація використовує мембрани для фільтрування води під тиском та функціонує так само, як мікрофільтрація T.3 . Ультрафільтраційні установки можуть бути виготовленими заздалегідь і блочними або бути доступними як одномембранні модулі. Більшість ультрафільтраційних мембранних модулів у блочних системах виготовлені з невеликих ниткоподібних пустотілих волокон (полімерних матеріалів), встановлених у циліндричних (трубоподібних) посудинах чи резервуарах через високу щільність розміщення компонентів (2 000 – 15 000 м² на м³ залежно від виду системи). Основною відмінністю між мікрофільтрацією та ультрафільтрацією є розмір виключення, що становить 0,1 – 0,01 мкм у випадку ультрафільтрації та 0,5 – 0,1 мкм у випадку мікрофільтрації. Це призводить до подібних результатів фільтрації для часток, одноклітинних організмів, бактерій (від 3-log до 6-log) і до набагато кращого усунення вірусів (від 1-log до 5-log) при використанні ультрафільтраційних мембран. Додаткові протеїни та полісахариди усуваються на приблизно 80%, а гумусові речовини – на 40 –60%. Етап після очищення зазвичай передбачає дезінфекцію, наприклад, хлорування T.3 , для забезпечення захисту залишків.

Проєктні міркування

Мембранні фільтри можуть використовуватися як тупикові фільтри (коли потік повністю проходить через мембрану) або як фільтри з перехресним потоком (коли потік проходить над мембраною, не весь потік фільтрується). Типові ультрафільтраційні мембрани працюють як тупикові фільтри. Залежно від якості води, яка надходить, особливо, каламутності (понад 500 нефелометричних одиниць каламутності), потрібно розглянути можливість попередньої фільтрації ( T.2 чи T.3 ) або попереднього очищення T.5 , щоб уникнути забивання мембрани. Попереднє очищення завжди передбачає використання захисного фільтру попереднього очищення (зазвичай автопромивочний тип на рівні приблизно 300 мікрон). Додаткове попереднє очищення, наприклад, коагуляція і седиментація T.4 , може покращити усунення розчинених матеріалів і зменшити забруднюючий потенціал води. Автоматично вбудована коагуляція, за якою слідує мікрофільтрація, також використовується у випадку води із високим забруднюючим потенціалом. Регулярне промивання усуває частки, які накопичуються на поверхні мембрани. Заздалегідь виготовлені і блочні ультрафільтраційні системи зазвичай включають систему контролю для регулювання операційних умов, включаючи фільтрацію, яка працює від насосу, частоту промивання, хімічне чищення (зазвичай раз на місяць) та перевірки цілісності (для забезпечення того, що мембрани не пошкоджені). Зазвичай системи самі себе промивають відфільтрованою водою кожні 20 – 30 хвилин залежно від якості неочищеної води. Протягом 2 – 3 хвилин промивки установка не виробляє фільтрат, який можна використовувати, і решта зливається як використана промивочна вода чи відходи після хімічного чищення. Зазвичай ультрафільтраційні системи, які використовують принцип тупикової фільтрації, працюють у режимі безперервного потоку з трансмембранним тиском на рівні 0,5 – 1 бар. Деякі системи спроєктовані для роботи із гравітацією S.7 , тому перебувають під постійним тиском і мають змінний потік. Задля уникнення відворотного чи невідворотного забруднення потрібно проводити регулярне хімічне чищення. Щоб уникнути пошкоджень, ультрафільтраційні мембрани ніколи не повинні працювати насухо. Можливо зберігати деякі ультрафільтраційні мембрани після процесу консервації, і відсутня потреба в етапі зливання стоків із фільтру після промивки.

Матеріали

Зазвичай в умовах надзвичайної ситуації ультрафільтраційну систему купують як цілу установку, а не лише мембранні елементи. Додаткове обладнання, включаючи опорні рами, насоси, клапани, фільтри попереднього очищення та комп’ютерну систему контролю (для промивки та моніторингу якості води), є настільки ж важливими як і самі мембрани. Розхідники включають мембранні елементи (8–10-річний строк експлуатації за умови правильної експлуатації), набори для ремонту мембран, електроенергію та хімікати (наприклад, лимонна кислота та натрій гіпохлорит для очищення та дезінфекції; їдкий натрій (гідроксид натрію та бісульфід натрію) для нейтралізації).

Придатність

Ультрафільтраційна технологія може використовуватися у різноманітних контекстах через її модульну функціональність, що забезпечує гнучку діяльність фільтру. Це може бути одноетапне очищення, оскільки вона забезпечує відмінну фільтрацію, але вона також може використовуватися як етап попереднього очищення із метою зменшення каламутності для зворотного осмосу T.15 . В наявності є автоматизовані дрібномасштабні блочні системи, які можуть встановлюватися за кілька годин. Ультрафільтрація часом застосовується у віддалених локаціях, проте зазвичай її використовують у селах чи містах. Фільтрацію з використанням ультрафільтраційних мембран можна використовувати на етапі гострого реагування (менші установки) та на етапах стабілізації і відновлення після надзвичайної ситуації. Ультрафільтраційні мембранні елементи є модульними, хоча адаптувати кількість модулів у блочній системі непросто через обмеження додаткового обладнання (насосів, систем контролю).

Експлуатація та обслуговування

Для забезпечення довгого надійного строку експлуатації потрібні висококваліфіковані оператори. Хоча системи зазвичай є автоматизованими чи напівавтоматизованими, помилки під час експлуатації можуть спричиняти значні пошкодження мембранних елементів (зламані волокна, забруднення). Регулярні завдання з обслуговування включають щоденні перевірки інструментальної точності та перевірку цілісності, щоденні перевірки рівнів хімікатів, щотижневе калібрування насосів подачі хімікатів, чищення інструментів, щотижневий аналіз даних і розгляд можливості перегляду операційних параметрів, таких як потік, щомісячне (або інколи більш часте) хімічне очищення та перевірку напруги електродвигунів. Системи, які працюють на гравітації, зазвичай потребують регулярну ручну промивку (щодня чи щотижня) та моніторинг потоку.

Здоров’я та безпека

Потрібно обережно підходити до питання утилізації концентрату, оскільки він містить забрудники із води, яка проходила очищення. Залежно від складу та місцевих регулятивних положень концентрат можна злити назад у джерело, утилізувати в муніципальній каналізації, розбавити та використати для зрошування або очистити на місці до утилізації. Рекомендовано очистити його до утилізації та повторно використати, коли утилізація в муніципальній каналізації не можлива. Хімікати, які використовуються для чищення, можуть бути корозійними та потребують кваліфікованих операторів і особисте захисне спорядження.

Витрати

Початкові інвестиційні витрати є досить високими через вартість мембранних модулів і потребу у високотехнологічному додатковому обладнанні. Тоді як самі ультрафільтраційні мембрани є відносно дешевими (10 – 20 доларів США за м² мембрани), вартість цілого модулю варіюється у діапазоні від 70 до 120 доларів США за м² мембрани залежно від виробника і виду мембрани. Регулярне обслуговування забезпечить строк експлуатації до 10 років (залежно від виробника), у результаті чого отримуються відносно низькі витрати на користувача із часом. Необхідні постійні інвестиції у засоби чищення, ремонт та кваліфікований персонал, і вони варіюються залежно від країни та регіону.

Соціальна та екологічні аспекти

Рівень прийняття населенням є високим, оскільки отримана вода є безпечною і чистою, колір частково усувається, а смак не змінюється.