4.1.3. Мембранни процеси

Голямото разнообразие от мембранни процеси може да бъде категоризирано според движещата сила, типа мембрана и възможностите и механизмите за конфигуриране и отстраняване. Мембранните процеси в питейните води се използват за обезсоляване, омекотяване и обезцветяване, отстраняване на частици, микробни и природни органични материали, които влошават вкуса на водата и оставят следи върху нейната чистота и други качества (Bergman, 2005; URL 5).

Мембраните за пречистване на води представляват тънки пластове от материали, които са в състояние да отделят замърсителите на базата на характеристики като размер или електричен заряд. Водата преминава през мембраната и в зависимост от своя размер, по-големите частици, микроорганизмите и другите замърсители се отделят (URL 5).

Някои от тези системи се задвижват от налягане, в зависимост от налягането на водата се отделят частици на основата на размера им. Микрофилтрацията (МФ) използва най-големия размер на порите и може да отстрани пясък, тиня, кал, водорасли, бактерии, Giardia и Cryptosporidium. Ултрафилтрацията (УФ) също може да отстрани вирусите. Нанофилтриращите системи (НФ) осигуряват почти пълна защита срещу вируси, отстраняват повечето органични замърсители и могат да намалят твърдостта на водата. Системите за електродиализа (ЕД) и обратна осмоза (ОС) включват плътни мембрани, които отстраняват почти всички неорганични замърсители и всички, с изключение на най-малките молекули (URL 5). Долните граници на ЕД-ОС, НФ, УФ и МФ за отстраняване на частици в питейни води са 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.01 mm и 0.1 микрона, съответно. Диапазонът на размера обаче, за всеки метод е широк (Фигура 4.5) (Taylor and Hong, 2000).

Фигура 4.5. Капацитет за пречистване на мембранните системи (Flynn, 2009 г.)

Електродиализата съчетава мембранната технология с прилагането на електрически ток, с цел да се отделят замърсителите на основата на електричния им заряд. За разлика от други мембранни процеси, изходящата водата никога не преминава през мембраните по време на електродиализата. Техниката не се използва толкова много в големи съоръжения за пречистване на води, както някои от другите технологии, описани тук. Вместо това, тя се използва предимно за медицински и лабораторни приложения, където е необходима свръх чиста вода (URL 5).

Мембранните технологии, най-вече обратната осмоза и нанофилтруването, могат да бъдат добър вариант за неголеми системи за пречистване на вода, които се сблъскват с голямо разнообразие от замърсители. Въпреки това, те често произвеждат по-големи количества отпадни води (или "концентрати"), в сравнение с повечето други системи за пречистване на вода– около 15 на сто от общия обем пречистена вода – и могат да се запушват с глина или органични материали, ако източникът на вода, който е богат на частици, не се филтрува първоначално (URL 5).

Мембранните процеси, задвижвани от налягане могат да бъдат аранжирани за опериране в режим на кръстосан дебит или режим на работа без изходно положение (Фигура 4.6).

Фигура 4.6. Конфигурации на мембранния поток (Walsh и Gagnon, 2006 г.)

4.1.3.1. Мембранно технология за пречистване на питейна вода

Развитието на мембранните технологии през последните десет години доведе до икономически ефективно решение за станциите за пречистване на питейни води, както широкомащабни, така и в малък мащаб. От фундаментална гледна точка, мембранна технология се основава на принципа, че тези системи действат като физическа, основана на размера бариера за замърсителите, присъстващи в суровата вода, захранваща потока. Мембраните под ниско налягане, микрофилтрацията (МФ) и ултрафилтрацията (УФ) ефективно отстраняват суспендираните или колоидните частици чрез механизъм за пресяване въз основа на размера на порите на мембраната спрямо това на праховите частици (USEPA, 2003). Разтворените вещества, които са по-малки по размер от порите на мембранната повърхност при МФ или УФ ще преминават през повърхността на тези мембрани. Както е показано на фигура 4.7, мембранната УФ с номинална големина на порите от 0.01 до 0.1 микрона може ефективно да отстрани частици и микроорганизми чрез механизма на изключване на размера. Въпреки това, въз основа на принципа за изключване на размера на порите, разтвореният материал присъстващ в захранващата вода или водата от отпадни водни потоци (т.е., вируси, разтворими органични съединения и разтворими неорганични вещества), не може да се отстрани ефективно (Walsh и Gagnon, 2006).

Фигура 4.7. Концептуална рисунка на УФ механизъма с пресяващи мембрани пори (Walsh, 2005 г.)