ულტრაფილტრაცია არის მემბრანული საფეხური, რომელიც აკავებს ყველაფერს, რაც მემბრანის ფორებზე დიდია: შეწონილ ნივთიერებებს, კოლოიდებსა და მიკროორგანიზმებს. გამიჯვნა ზომით ხდება, შეკავების ზღვარი კი 0,1-დან 0,01 მკმ-მდეა. გახსნილი ნივთიერებები — სიხისტის მარილები, ნიტრატები, მთლიანი მარილშემცველობა — ასეთ მემბრანაში უცვლელად გადის.
პრინციპი
დანადგარის სამუშაო ელემენტია ღრუბოჭკოვანი მემბრანული მოდული: ღრუ ბოჭკოების კონა, რომელთა კედელიც ფოროვანი ტიხარია. კატალოგის დანადგარებში ბოჭკოები „შიგნიდან გარეთ“ მუშაობს: საწყისი წყალი ბოჭკოს შიდა არხში მიეწოდება და მისი კედლის გავლით გამოდის, ფილტრატი კი მოდულის კორპუსში გროვდება. რიგის მთავარი პარამეტრი აპარატის მოცულობა კი არა, მემბრანის ჯამური ფართობია: უმცროს მოდელებში ეს ორი მოდულია დაახლოებით 27 მ² საერთო ფართობით, 5 მ³/სთ-იან მოდელებში — ოთხი მოდული 54,8 მ²-ით, და შემდგომ ფართობი წარმადობასთან ერთად იზრდება.
მამოძრავებელი ძალაა წნევათა სხვაობა ბოჭკოს კედელზე — მას ტრანსმემბრანულს უწოდებენ. ის მცირეა: კატალოგის მოდელების სამუშაო წნევა 0,2–0,4 მპა-ს ფარგლებშია, მაშინ როცა უკუოსმოსს მტკნარ წყალზე 1,0–1,3 მპა სჭირდება. მიზეზი მემბრანის სიმტკიცეში კი არა, პროცესის ფიზიკაშია: აქ ოსმოსური წნევის გადალახვა საერთოდ საჭირო არაა, რადგან გახსნილი მარილები ფორებში გადის და მემბრანის ორივე მხარეს კონცენტრაციათა სხვაობას არ ქმნის. აქედან მოდის ორ მემბრანულ ტექნოლოგიას შორის ენერგომოხმარების ჯერადი სხვაობაც.
შეკავებული აპარატიდან თავისით არ ცილდება: ის ბოჭკოს კედელზე გროვდება და ქმნის ფენას, რომელიც ტრანსმემბრანულ სხვაობას ზრდის. ეს ფენა უკუგარეცხვით ცილდება — ფილტრატი კედლის გავლით საპირისპირო მიმართულებით მიეწოდება და ნალექს დრენაჟში რეცხავს. გარეცხვა ტაიმერით ან მოცემული სხვაობის მიღწევისას ირთვება, ათეულ წამებს გრძელდება და ყოველ ციკლში მეორდება. გარეცხვის დროს დანადგარი ფილტრატს არ იძლევა, და ეს ან დამგროვებელი ავზით, ან წარმადობის მარაგით გაითვალისწინება.
ნაკადი ფოროვან მემბრანაში წყლის სიბლანტის უკუპროპორციულია, სიბლანტე კი ტემპერატურაზეა დამოკიდებული: ერთი და იმავე ტრანსმემბრანული სხვაობისას ცივი წყალი ფილტრატის ნაკლებ ხარჯს იძლევა, ვიდრე თბილი. კატალოგის მოდელებისთვის დასაშვები წყლის ტემპერატურა 5-დან 40 °C-მდეა, ტიპზომას კი ზამთრის მინიმუმზე არჩევენ და არა საშუალო წლიურ მნიშვნელობაზე: ზაფხულის წყალზე გათვლილი დანადგარი ზამთარში საჭირო ხარჯზე ვერ გადის.
ნადებები იყოფა შექცევადად და შეუქცევადად, და აქედან გამომდინარეობს რეგლამენტიც. შეწონილი ნივთიერებების ფხვიერი ფენა წყლით უკუგარეცხვისას ცილდება; მინერალური ნადები და ბიოაპკი გარეცხვით არ ცილდება და ქიმიურ რეგენერაციას მოითხოვს — რეაგენტის დამატებით გარეცხვას ან ხსნარების ცირკულაციით სრულ რეცხვას. მჟავა მინერალურ ნაწილს ხსნის, ტუტე და ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი კი ორგანიკასა და ბიოლოგიურ დაბინძურებას აცილებს. გარეცხვისას დასაშვები pH სამუშაოზე ფართოა: 2-დან 12-მდე, სამუშაო დიაპაზონის 3-დან 9-მდე წინააღმდეგ.
პრინციპი
ღრუბოჭკოვანი მოდული ორ პრინციპულად განსხვავებულ ჰიდრავლიკურ რეჟიმში მუშაობს, და რეჟიმის არჩევა ცვლის როგორც საკუთარ საჭიროებებზე წასულ წყალს, ისე საწყისი წყლის ზღვრულ სიმღვრივეს. ჩიხურ რეჟიმში მიწოდებული წყალი მთლიანად ფილტრატში გადადის, შეკავებული კი ბოჭკოზე გროვდება და პერიოდული უკუგარეცხვით ცილდება: მუდმივი ჩაშვება არ არსებობს, საკუთარ საჭიროებებზე წყლის წილი მცირეა, მაგრამ საწყისი წყალი შედარებით სუფთა უნდა იყოს. ტანგენციალურ რეჟიმში ნაკადის ნაწილი ბოჭკოს გასწვრივ მიდის და შეკავებულს განუწყვეტლივ მიაქვს: ჩნდება მუდმივი ჩაშვება, იზრდება წყლისა და ენერგიის ხარჯი, სამაგიეროდ აპარატი მნიშვნელოვნად უფრო მღვრიე და დატვირთულ წყალს იტანს. ერთი და იგივე ტიპზომა ამ რეჟიმებში ფილტრატის სხვადასხვა წარმადობას იძლევა, ამიტომ რეჟიმს შეკვეთამდე გაანგარიშება განსაზღვრავს და არა გაშვება-გამართვა.
ულტრაფილტრაციის მემბრანას ნატრიუმის ჰიპოქლორიტით რეცხავენ — სწორედ იმ რეაგენტით, რომელიც უკუოსმოსური ელემენტის პოლიამიდურ აქტიურ ფენას შეუქცევადად შლის უკვე 0,1 მგ/ლ-ის რიგის კონცენტრაციისას. მასალების ქიმიური მდგრადობის სხვაობა აქ პრინციპულია, და მისგან ორი პრაქტიკული დასკვნა გამომდინარეობს. ულტრაფილტრაცია ნარჩენი თავისუფალი ქლორის მქონე წყალს იტანს და ამიტომ ქლორირებული წყაროს შემდეგ პირდაპირ გამოიყენება. ამასთან, კავშირი „ულტრაფილტრაცია → უკუოსმოსი“ დექლორირებას არ აუქმებს: პირველი მემბრანის მდგრადობა მეორეზე არ ვრცელდება, და მათ შორის სორბციული საფეხური ან აღმდგენის დოზირება სავალდებულო რჩება.
წყლის თვალით დანახული გამჭვირვალობა მემბრანული გაუმარილებისთვის მის ვარგისობას არ აღწერს. საფრთხეს კოლოიდები ქმნის — მიკრომეტრის მეათედების ზომის ნაწილაკები, რომლებიც არც ილექება და არც ჩანს; მათ შემცველობას აფასებენ კოლოიდური ინდექსით SDI, რომელსაც ცალკე 0,45 მკმ-იან მემბრანაზე ზომავენ, და პოლიამიდური ელემენტებისთვის მას ჩვეულებრივ 5-ზე დაბლა ინარჩუნებენ. 5 მკმ-იანი კარტრიჯი ამ მაჩვენებელს საერთოდ არ ამცირებს — კოლოიდები მასში გამჭოლად გადის, — ხოლო ზედაპირულ წყალზე მარცვლოვანი ფილტრაცია ისეთ შედეგს იძლევა, რომელიც წყალდიდობასა და აყვავებასთან ერთად იცვლება. ულტრაფილტრაცია SDI-ს ამცირებს, რადგან მისი შეკავების ზღვარი ორი რიგით დაბალია, და სწორედ ამაშია მისი, როგორც წინასწარი მომზადების, როლი: ის წყალს „საერთოდ“ კი არ აუმჯობესებს, არამედ მემბრანული აპარატის შესასვლელზე ერთ კონკრეტულ მაჩვენებელს განჭვრეტადს ხდის.
პრაქტიკა
ულტრაფილტრაცია ამოცანის გაუხსნელ ნაწილს მთლიანად ხურავს და შედეგით ცვლის დალექვისა და მიკროფილტრაციის კავშირს — ორ კვანძს, რომლებიც ფართობს იკავებს და მომსახურებას მოითხოვს. ფილტრატის ხარისხს შეკავების ზღვარი განსაზღვრავს და არა დალექვის რეჟიმი, ამიტომ წყაროს სეზონური ცვლილებები გამოსავალზე არ აისახება: წყალდიდობა, აყვავება ან ქსელზე სამუშაოების შემდეგ ამღვრევა გარეცხვების სიხშირეს ცვლის და არა გაწმენდილი წყლის სიმღვრივეს.
საფეხურის მეორე ტიპური როლია წინასწარი მომზადება უკუოსმოსამდე რთულ წყალზე. ასეთი სქემის ეკონომიკა კვანძის ფასით კი არ იანგარიშება, არამედ ოსმოსის მემბრანული ელემენტების რესურსითა და წელიწადში ქიმიური რეცხვების რაოდენობით: რაც უფრო არასტაბილურია წყარო, მით უფრო სწრაფად იხდის ულტრაფილტრაცია თავს. დათქმა სავალდებულოა: ის ტვირთს მხოლოდ შეწონილი ნივთიერებებითა და კოლოიდებით ხსნის, ხოლო სიხისტის მარილები, სილიციუმი და ტუტიანობა ოსმოსამდე უცვლელად აღწევს, ამიტომ დარბილება ან ანტისკალანტის დოზირება სქემიდან არ ქრება.
მიკრობიოლოგიური ბარიერი აქ მექანიკურია და არც რეაგენტს მოითხოვს და არც დაყოვნებას. თუმცა ის ნორმატიული გაგებით დეზინფექცია არაა: ბარიერი ზუსტად მანამ არსებობს, სანამ ბოჭკოები მთელია, ერთეული ბოჭკოს გახეთქვა კი ხარჯსა და წნევაზე თითქმის არ აისახება და მხოლოდ ფილტრატის სიმღვრივის კონტროლით ვლინდება. ამიტომ ულტრაფილტრაციის შემდგომ ხაზს ულტრაიისფერი დეზინფექციით ხურავენ და ამოცანას გადაწყვეტილად არ თვლიან.
შესასვლელ წყალზე მოთხოვნები უკუოსმოსისგან განსხვავებულად გამოიყურება, მაგრამ არსებობს. მოდულის წინ სავალდებულოა უხეში გაწმენდის ბადისებრი ფილტრი: ქვიშა და მსხვილი შეწონილი ნაწილაკები ბოჭკოს მექანიკურად აზიანებს. რკინა და მანგანუმი ან ნორმის ფარგლებში უნდა იყოს, ან წინა საფეხურზე სრულად დაჟანგული — გახსნილ ფორმაში ისინი მემბრანაში გადის, ხოლო ფორებსა და ბოჭკოს კედელზე დაჟანგვისას ისეთ ნადებს იძლევა, რომელსაც უკუგარეცხვა უკვე ვეღარ აცილებს.
დანადგარი ჩარჩოზე აწყობილი მოდის და მოიცავს მემბრანულ მოდულებს, ტუმბოს, წინაფილტრს, გარეცხვის კვანძს, საკონტროლო-საზომ ხელსაწყოებსა და რეჟიმების კონტროლერს. მოედნისგან საჭიროა გათბობიანი სათავსი 5-დან 35 °C-მდე ტემპერატურით, საანგარიშო ხარჯის საწყისი წყლის მიყვანა, გასარეცხი წყლის ჩაშვების ხაზი, ელექტროკვება და მოდულების მომსახურების გასასვლელი. ჩვენ ამ აღჭურვილობას არ ვაწარმოებთ: ჩვენი წილი სამუშაოა წყლის ანალიზი, სქემისა და მემბრანული ფართობის გაანგარიშება, ტიპზომისა და რეჟიმის შერჩევა, მოწოდება, გაშვება და შემდგომი სერვისი.
საზღვრები
პრაქტიკა
მაგალითები ტიპურია: ეს ობიექტების ანგარიშები არაა.
შემუშავებები
სქემა
უკუოსმოსისგან განსხვავებით ულტრაფილტრაცია დამოუკიდებელი საფეხურიც შეიძლება იყოს: თუ ამოცანა სიმღვრივით, შეწონილი ბუნების ფერადობითა და მიკრობიოლოგიით შემოიფარგლება, სქემა ბადისებრი ფილტრის, დანადგარის, დამგროვებელი ავზისა და დეზინფექციისგან შედგება. უხეში გაწმენდის ბადისებრი ფილტრი ყოველთვის სავალდებულოა: ის ბოჭკოს ქვიშისა და მსხვილი შეწონილი ნაწილაკებისგან იცავს.
შესასვლელ წყალზე მოთხოვნები რიცხვებით ფორმულირდება და არა აღწერით: ზღვრული სიმღვრივე და შეწონილი ნივთიერებების შემცველობა — არჩეული სამუშაო რეჟიმის მიხედვით, ტემპერატურა 5-დან 40 °C-მდე, pH 3-დან 9-მდე, რკინა და მანგანუმი ან ნორმის ფარგლებში, ან წინა საფეხურზე სრულად დაჟანგული. თავისუფალი ქლორი, პოლიამიდური მემბრანების სქემებისგან განსხვავებით, აქ დასაშვებია.
გაუმარილებასთან კავშირში საფეხურების თანმიმდევრობა გადანაცვლებას არ იტანს: ულტრაფილტრაცია პირველი მიდის და შეწონილ ნივთიერებებსა და კოლოიდებს აცილებს, მასა და ოსმოსს შორის კი დექლორირება და ანტისკალანტის დოზირება ან დარბილება რჩება. შებრუნებული თანმიმდევრობა აზრს მოკლებულია: ოსმოსი მთელ კოლოიდურ დატვირთვას მიიღებდა, რომლის მოსახსნელადაც ეს საფეხური იდგმება.
გასარეცხი წყლის ხაზი სქემის ნაწილად განიხილება და არა დამხმარე ჩაშვებად. მისთვის გარეცხვის მყისიერი ხარჯი იანგარიშება და არა საშუალო წილი, რადგან ჩაშვება ზალპურია. რეაგენტიანი გარეცხვები ჩაშვებული ხსნარის ნეიტრალიზაციას მოითხოვს; ჩაშვების წერტილსა და ზღვრულ მაჩვენებლებს წყალმომარაგება-კანალიზაციის სამსახურთან აღჭურვილობის შეკვეთამდე ათანხმებენ.
სქემა
ექსპლუატაცია
ენერგია
ელექტროენერგიის ხვედრითი ხარჯი სამუშაო წნევით განისაზღვრება და ამიტომ მცირეა: 0,2–0,4 მპა-ზე და გარეცხვების გათვალისწინებით ის ფილტრატის კუბურ მეტრზე 0,1–0,2 კვტ·სთ-ის რიგისაა. ზუსტი მნიშვნელობა ტუმბოს მარგი ქმედების კოეფიციენტზე, მილგაყვანილობაში დანაკარგებსა და გარეცხვების სიხშირეზეა დამოკიდებული, რომელიც საწყისი წყლის სიმღვრივესთან ერთად იზრდება. შესადარებლად: უკუოსმოსი მტკნარ წყალზე პერმეატის კუბურ მეტრზე 0,3–0,8 კვტ·სთ-ს ხარჯავს, და სხვაობას კონსტრუქცია კი არ ხსნის, არამედ ის, რომ აქ ოსმოსური წნევის გადალახვა საჭირო არაა.
სახარჯი მასალები
რა მიდის ჩაშვებაში
გასარეცხი წყალი შემცირებულ მოცულობაში ყველაფერ შეკავებულს შეიცავს: შეწონილ ნივთიერებებს, კოლოიდებს, ბიომასასა და მასთან დაკავშირებულ ორგანიკას. ჩაშვება ზალპურია, ამიტომ ხაზი უკუგარეცხვის მყისიერ ხარჯზე იანგარიშება და არა გასაშუალებულ წილზე: ეს მყისიერი ხარჯი მიწოდების 10–20 %-ის რიგისაა. რეაგენტიანი გარეცხვების შემდეგ ჩაშვება დამატებით ნეიტრალიზაციას მოითხოვს — ქიმიური რეგენერაციის სამუშაო ხსნარების pH 2-დან 12-მდეა. ჩაშვების წერტილსა და ზღვრულ მაჩვენებლებს წინასწარ ათანხმებენ, და ისინი ყოველ მოედანზე თავისებურია.
კონვერსია
ულტრაფილტრაციის საკუთარ საჭიროებებზე გარეცხვის წყალი მიდის. ჩიხურ რეჟიმში გარეცხვა მოკლეა და პერიოდული, ამიტომ ციკლზე გასაშუალებული წილი ჩვეულებრივ პროცენტის ერთეულებით იზომება, თუმცა თავად გარეცხვის მყისიერი ხარჯი მიწოდების 10–20 %-ს აღწევს. სიდიდე მუდმივი არაა: ის საწყისი წყლის სიმღვრივესთან ერთად იზრდება, რადგან ჭუჭყიანი წყალი უფრო ხშირ გარეცხვას მოითხოვს, და შესამჩნევად მაღალია ტანგენციალურ რეჟიმში, სადაც გარეცხვებს მუდმივი ჩაშვება ემატება. ხარჯი შესასვლელით უნდა იანგარიშებოდეს და არა ფილტრატით, და ეს მოთხოვნა წყაროს წაეყენება და არა დანადგარს.
შერჩევა
რას ვითვალისწინებთ
რით სრულდება შეცდომა
შერჩევა
კითხვები
ეს სხვადასხვა ამოცანაა და არა ხარისხის სხვადასხვა დონე. ულტრაფილტრაცია ფოროვანი ბარიერია 0,1-დან 0,01 მკმ-მდე შეკავების ზღვრით: ის აკავებს შეწონილ ნივთიერებებს, კოლოიდებსა და მიკროორგანიზმებს, ანუ ყველაფერს, რაც ფორებზე დიდია. უკუოსმოსურ მემბრანას გამჭოლი ფორები საერთოდ არ აქვს, გადატანა მკვრივ პოლიმერში ხდება და გამიჯვნა იონების დონეზე მიმდინარეობს, ამიტომ მარილშემცველობა ეცემა. გადაწყვეტილების რიგი მარტივია: აიღეთ ანალიზის ოქმი და მაჩვენებლების ორ ჯგუფს ცალ-ცალკე დახედეთ. სიმღვრივე, ფერადობა, შეწონილი ნივთიერებები, მიკრობიოლოგია — ულტრაფილტრაციის ზონაა. მარილშემცველობა, სიხისტე, ნიტრატები, ფტორიდები — ოსმოსის ზონაა. თუ გადაჭარბებები ორივე ჯგუფშია, სქემა ორსაფეხურიანი იქნება და ულტრაფილტრაცია მასში პირველი წავა.
არა, და ეს გაწმენდის ხარისხის საკითხი არაა. კალციუმი, მაგნიუმი, ნატრიუმი, ნიტრატები და ქლორიდები გახსნილ მდგომარეობაშია, გამიჯვნა კი ამ საფეხურზე ზომით ხდება, ამიტომ გახსნილი ნივთიერებები მემბრანაში უცვლელად გადის. მომლაშო წყალი ულტრაფილტრაციის შემდეგ გამჭვირვალე ხდება და მომლაშოდ რჩება, ნადებიც იმავე რაოდენობით წარმოიქმნება. ამ მაჩვენებლებისთვის იონმიმოცვლას ან უკუოსმოსს იყენებენ.
არ ცვლის, თუმცა ბაქტერიებისთვის ზომით ბარიერს ქმნის. ვირუსები მით უფრო სრულად კავდება, რაც უფრო დაბალია მოდულის შეკავების ზღვარი, 0,1 მკმ-ზე კი შეკავება არასრულია. გარდა ამისა, ბარიერი ზუსტად მანამ არსებობს, სანამ ბოჭკოები მთელია: ერთეული ბოჭკოს გახეთქვა ხარჯსა და წნევაზე თითქმის არ აისახება და მხოლოდ ფილტრატის სიმღვრივის კონტროლით ვლინდება. ამიტომ დანადგარის შემდგომ ხაზს ულტრაიისფერი დეზინფექციით ხურავენ, მემბრანას კი განიხილავენ როგორც საფეხურს, რომელიც მასზე დატვირთვას ამცირებს და არა როგორც მის ჩამნაცვლებელს.
სულ მცირე უხეში გაწმენდის ბადისებრი ფილტრი: ქვიშა და მსხვილი შეწონილი ნაწილაკები ბოჭკოს მექანიკურად და შეუქცევადად აზიანებს. დანარჩენ შემადგენლობას ანალიზი განსაზღვრავს. თუ წყალში გახსნილი რკინა და მანგანუმია, მათ დაჟანგვას მემბრანამდე ასრულებენ — წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი მას იონური ფორმით გაივლის და ბოჭკოზე უკვე მის შემდეგ დაილექება. თავისუფალი ქლორი, უკუოსმოსის პოლიამიდური ელემენტების სქემებისგან განსხვავებით, დასაშვებია: ულტრაფილტრაციის მემბრანებს თავადვე ნატრიუმის ჰიპოქლორიტით რეცხავენ.
ჩიხურ რეჟიმში — უკუგარეცხვის წყალი. გარეცხვის მყისიერი ხარჯი მიწოდების 10–20 %-ის რიგისაა, მაგრამ თავად გარეცხვა ათეულ წამებს გრძელდება და პერიოდულად მეორდება, ამიტომ ციკლზე გასაშუალებული წილი ჩვეულებრივ პროცენტის ერთეულებით იზომება. ის საწყისი წყლის სიმღვრივესთან ერთად იზრდება, ტანგენციალურ რეჟიმში კი გარეცხვებს მუდმივი ჩაშვება ემატება და წილი შესამჩნევად მაღალი ხდება. დრენაჟის ხაზი ამასთან მყისიერ ხარჯზე იანგარიშება, რადგან ჩაშვება ზალპურია.
შედეგით — დიახ, და ზედაპირულ წყალზე ეს გადაწყვეტა ხშირად უპირატესია: ფილტრატის ხარისხს მემბრანის შეკავების ზღვარი განსაზღვრავს და ამიტომ ის წყაროს სეზონურ მდგომარეობაზე არაა დამოკიდებული, მაშინ როცა მარცვლოვანი ჩამტვირთავი წყალდიდობისას ცვალებად შედეგს იძლევა. ეს გადაწყვეტები ექსპლუატაციით განსხვავდება: მემბრანულ საფეხურს კონტროლერი, ქიმიური გარეცხვების რეგლამენტი და ჩაშვების ხაზი სჭირდება, სამაგიეროდ ის ნაკლებ ფართობს იკავებს და კოლოიდურ ინდექს SDI-ს ამცირებს, რასაც მარცვლოვანი ფილტრი არ უზრუნველყოფს. არჩევანი ანალიზითა და მომდევნო საფეხურების მოთხოვნებით კეთდება.
მოგვიყევით ობიექტის შესახებ — ინჟინერი სამუშაო დღის განმავლობაში მოამზადებს სქემის გაანგარიშებას, სპეციფიკაციასა და კომერციულ შეთავაზებას.