Vergleich von 8 Ultrafiltrations-Vorbehandlungsprozessen: Wichtige Lektüre für die Wasseraufbereitungsplanung

Ultrafiltration ist kein Allheilmittel . 70–80 % der Verstopfungen von Ultrafiltrationssystemen sind auf eine fehlgeschlagene Vorbehandlung zurückzuführen. Viele Projekte betrachten die Ultrafiltration als „letzten Ausweg“, um die Vorbehandlung zu vereinfachen und zu sparen. Unabhängig davon, ob Hohlfaser-, Flachfolien-, Röhren- oder Keramikmembranen verwendet werden, kommt es zu einem schnellen Anstieg des Druckunterschieds, häufiger chemischer Reinigung und einer deutlich verkürzten Lebensdauer der Membran.

Zu den gängigen gängigen Ultrafiltrations-Vorbehandlungsprozessen gehören: Koagulationssedimentation, Multimediafiltration, Aktivkohlefiltration, Scheibenfilter, selbstreinigende Filter, Ultrafiltrations-Vor-Mikrofiltration, Ozon-biologische Aktivkohle und Enthärtungsvorbehandlung. Die Vorbehandlungskombination variiert stark in Abhängigkeit von der Qualität des Zulaufwassers (Bergwerkswasser, Kohlechemierückstände, kommunales Sekundärabwasser, Oberflächenwasser).

1. Koagulation-Sedimentation (Koagulationsklärung)

Prozessprinzip: Die Zugabe von PAC/PAM führt zur Ausflockung von Kolloiden, suspendierten Feststoffen, etwas Phosphor und großen organischen Molekülen, wodurch eine Fest-{0}}Flüssigkeitstrennung durch Sedimentation erreicht wird.

Vorteile: Hervorragende Entfernung von Schwebstoffen, Kolloiden und Trübungen; entfernt einige hydrophobe organische Stoffe; ausgereifter Betrieb, geeignet für Großprojekte;{0}} relativ kontrollierbare Investition.

Nachteile: Hohe Anforderungen an die Kontrolle der Reagenzdosierung; Überschüssige Reagenzien können restliche Aluminiumsalze und polymere Flockungsmittel einbringen, was direkt zu einer irreversiblen Verstopfung des Ultrafiltrationssystems führt. großer Schlammaustrag; großer Platzbedarf; Der Flockungseffekt verschlechtert sich in Umgebungen mit niedrigen{0}}Temperaturen.

Typische Zulaufverträglichkeit: Oberflächenwasser, Grubenwasser, stark-trübes Industrieabwasser.

Kombination mit Ultrafiltration: Am häufigsten verwendeter Vorbehandlungsschritt für die Außendruck-Hohlfaser-Ultrafiltration; Eine übermäßige PAM-Zugabe ist strengstens untersagt, da restliches PAM die Ultrafiltration beeinträchtigt.

Design- und Betriebspunkte: Kontrollieren Sie die Trübung des Abwassers auf weniger als oder gleich 5 NTU; Kontrollieren Sie die PAM-Dosierung streng und minimieren Sie die Verwendung von anionischem PAM. Im Winter bei niedrigen Temperaturen die Flockungszeit entsprechend verlängern.

2. Multimedia-Filtration (Quarzsand + Anthrazit)

Prozessprinzip: Schwerkraftdruckfiltration, bei der die Filtermedienschicht feine Schwebstoffe und Kolloide einfängt.

Vorteile: Entfernt feine Partikel, die nach der Sedimentation zurückbleiben; stabiler Betrieb; dem Wartungspersonal vertraut; geeignet für große Wassermengen; rückspülbar und regenerierbar.

Nachteile: Schlechte Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastungen; große Schwankungen der Trübung des Zuflusses, anfällig für Medienabfluss; Medienverklumpungen und feine Sandpartikel, die nach dem Verklumpen in das Ultrafiltrationssystem gelangen und die Membranfasern zerkratzen; Nahezu keine Entfernungskapazität für gelöste organische Stoffe.

Typische Zuflusskompatibilität: Abwasser nach Koagulation und Sedimentation; Grubenwasser, kommunales aufbereitetes Wasser.

Ultrafiltrationskompatibilität: Standard-Vorfiltereinheit für die Druck--Außendruck-Ultrafiltration; kann nicht als alleinige Vorbehandlung für die Ultrafiltration eingesetzt werden.

Überlegungen zu Design und Wartung: Überprüfen Sie regelmäßig das Filtermedium, um ein Abfließen zu verhindern. sorgen Sie für eine angemessene Rückspülintensität; Untersuchen Sie sofort jeden plötzlichen Anstieg der Trübung des Abwassers, um zu verhindern, dass Sand in das Gehäuse der Ultrafiltrationsmembran eindringt.

3. Aktivkohlefiltration (Granular Activated Carbon GAC)

Prozessprinzip: Durch Adsorption werden Huminsäure, Farbstoffe und hydrophobe organische Stoffe entfernt.

Vorteile: Reduziert die organische Belastung, verringert die organische Verschmutzung des Ultrafiltrationssystems; entfernt etwas restliches Chlor.

Nachteile: Schwebstoffe können nicht entfernt werden; in den späteren Betriebsphasen anfällig für mikrobielles Wachstum, wobei das Abwasser große Mengen an Bakterien und biologischen Rückständen enthält, was zu starkem Biofouling im Ultrafiltrationssystem führt; Aktivkohle muss regelmäßig regeneriert oder ausgetauscht werden; Ölhaltige Zuflüsse können leicht zur Zersetzung der Aktivkohle und zum Zusammenbacken führen.

Typische Zuflussverträglichkeit: Oberflächenwasser, einige chemische Abwässer, Wasser mit hohem organischen Gehalt.

Verwendung mit Ultrafiltration: Die Ultrafiltration mit externem Druck kann durch Vorbehandlung verbessert werden. Nicht empfohlen für Abwasser mit hohem Öl- oder SS-Gehalt.

Überlegungen zu Design und Wartung: Regelmäßige Rückspülung; Kontrolle der Kontaktzeit mit leerem Bett; Achten Sie auf mikrobielle Ausbrüche im Aktivkohletank. Ersetzen Sie die Aktivkohle umgehend, wenn sie unwirksam wird.

4. Selbstreinigender Filter

Verfahrensprinzip: Metallfiltersieb, automatische Online-Bürsten-/Saugfiltration, in der Regel mit einer Genauigkeit von 50–200 μm.

Vorteile: Vollautomatischer Dauerbetrieb; geringer Platzbedarf; kein Austausch des Filtermediums erforderlich; geeignet für hohe Durchflussmengen; geringer Wartungsaufwand.

Nachteile: Fängt nur große Partikelverunreinigungen ab, völlig unwirksam gegen Kolloide und feine Schwebstoffe; kann die Trübung nicht reduzieren; Durch ein beschädigtes Filtersieb gelangen Verunreinigungen direkt in den nachgeschalteten Prozess.

Typische Kompatibilität des Einlasswassers: Schützt nachgeschaltete Geräte; Vor-Sicherheitszwecke.

Kombination mit Ultrafiltration: Nur zum Schutz, nicht als Hauptvorbehandlung für die Ultrafiltration; werden im Allgemeinen nach Multimediafiltern und vor dem Ultrafiltrationssicherheitsfilter platziert.

Design- und Wartungspunkte: Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Modells den Durchflussspielraum. Überprüfen Sie regelmäßig das Filtersieb auf Unversehrtheit.

5. Scheibenfilter (gestapelter Scheibenfilter)

Verfahrensprinzip: Kompressionsfiltration mit Kunststoffscheiben, Genauigkeit 5–100 μm, automatische Rückspülung.

Vorteile: Höhere Filtergenauigkeit als herkömmliche selbstreinigende Filter; schnelles Rückspülen; geringer Platzbedarf; hoher Automatisierungsgrad.

Nachteile: Unwirksam gegen Kolloide und gelöste organische Stoffe; öliges Wasser kann leicht zum Anhaften und Verstopfen der Scheiben führen; häufiges Rückspülen unter hohen SS-Bedingungen.

Typische Kompatibilität mit Zulaufwasser: Aufbereitetes Wasser, Grubenwasser, nach Vorsedimentationsfiltration.

Passend zur Ultrafiltration: Wird häufig als Vorfilter in externen Druck-Ultrafiltrationssystemen verwendet und ersetzt einige Multimediafilter. kann nicht allein für Zulaufwasser mit hoher Trübung verwendet werden.

Überlegungen zu Design und Wartung: Bei ölhaltigem Abwasser mit Vorsicht verwenden; Filterscheibe regelmäßig demontieren und auf Haftung prüfen.

6. Sicherheitsfilter (Mikrofiltration, 5–10 μm Filterelement)

Prozessprinzip: Das Filterelement fängt harte Partikel und ausgetretene Filtermedienreste ab und schützt so das Ultrafiltrationsmembranelement.

Vorteile: Fängt Sand und harte Verunreinigungen ab, die durch austretende Medien eingebracht werden, und schützt die Membranfasern vor physischen Kratzern.

Nachteile: Behandelt keine Kolloide oder organische Stoffe; Filterelement ist ein Verbrauchsmaterial; Filterelement muss ausgetauscht werden, wenn der Differenzdruck ansteigt; Ein beschädigtes Filterelement führt dazu, dass Verunreinigungen direkt in das Ultrafiltrationssystem gelangen.

Typische Kompatibilität des Einlasswassers: Unverzichtbar für alle Druck--Ultrafiltrationssysteme.

Ultrafiltrationskompatibilität: Erforderlich für Druck--Außen- und Innendruck-Ultrafiltrationssysteme; Im Allgemeinen nicht erforderlich für getauchte MBRs, Röhrensysteme und Keramikmembranen.

Überlegungen zu Design und Wartung: Stellen Sie einen Differenzdruckalarm ein. Den Betrieb strikt verbieten, wenn der Differenzdruck den Grenzwert überschreitet. Verwenden Sie niemals beschädigte oder minderwertige Filterelemente.

7. Ozon-Biologische Aktivkohle (O₃-BAC)

Prozessprinzip: Ozon oxidiert große organische Moleküle, gefolgt vom Abbau einiger organischer Stoffe durch biologische Aktivkohle.

Vorteile: Reduziert die einströmende organische Substanz erheblich und reduziert die organische und biologische Verschmutzung der Ultrafiltrationsmembran erheblich. Entfernt Farbe.

Nachteile: Hohe Investition; hoher Chemikalienverbrauch während des Betriebs; Eine übermäßige Ozondosierung kann die organische PVDF-Ultrafiltrationsmembran beschädigen. komplexe Prozesssteuerung; hohe Anforderungen an Betrieb und Management.

Typische Zulaufwasserkompatibilität: Oberflächenwasser, kommunales aufbereitetes Wasser mit hohem Gehalt an organischen Stoffen.

Ultrafiltrationskompatibilität: Tiefenvorbehandlung durch Ultrafiltration mit externem Druck; Restozon muss kontrolliert werden, da Restozon, das in die Membran eindringt, die PVDF-Membranfasern oxidiert.

Überlegungen zu Design und Wartung: Nach der Ozonbehandlung sollte eine ausreichende Entgasung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass kein Restozon in das Ultrafiltrationssystem gelangt.

8. Enthärtungsvorbehandlung (Harz/Kalk-Natriumkarbonat-Enthärtung)

Verfahrensprinzip: Entfernt Kalzium- und Magnesiumhärte sowie Silizium und verringert so die Neigung zur Ablagerung.

Vorteile: Reduziert anorganische Ablagerungen auf der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran und schützt gleichzeitig das nachfolgende RO-System.

Nachteile: Komplexes System; hoher Reagenzienverbrauch; Harz erfordert Regeneration; erhöhter Salzgehalt im Permeat.

Typische Zulaufverträglichkeit: Grubenwasser mit hoher -Härte, aufbereitetes Industriewasser mit hoher -Härte.

Kombination mit Ultrafiltration: Vor der Ultrafiltration kann eine Vorbehandlung gewählt werden, die meist bei Wasser mit hoher -Härte eingesetzt wird; keine universelle Konfiguration.

1. Kommunales sekundäres biologisches Abwasser (aufbereitetes Wasser)

Empfohlen: Koagulationssedimentation → Multi-Medienfiltration → Sicherheitsfilter → Außendruck-Ultrafiltration

Wichtige Kontrollpunkte: Schwebstoffe und Mikroorganismen im biologischen Abwasser; Übermäßiges PAM ist strengstens untersagt.

2. Grubenwasser (hohe Schwebstoffe, hohe Härte)

Empfohlen: Koagulationsklärung → Multi-Medienfiltration → Scheibenfilter → Sicherheitsfilter → Außendruck-Ultrafiltration

Wichtige Präventions- und Kontrollpunkte: Austritt von Filtermedium in das Membrangehäuse; Für eine hohe Härte kann eine Enthärtungseinheit hinzugefügt werden.

3. Oberflächenwasser (Reservoirwasser, reich an Huminsäure und organischer Substanz)

Empfohlen: Koagulation und Sedimentation → Multi-Medien → Aktivkohlefiltration → Sicherheitsfilter → Außendruck-Ultrafiltration; Für einen sehr hohen Gehalt an organischen Stoffen kann Ozon-BAC hinzugefügt werden.

4. Abwasser mit hohem Öl- und Feststoffgehalt (Pipeline-Ultrafiltration/T-MBR)

Empfohlen: Ölabscheidung-Flotation → Koagulation und Sedimentation → Pipeline-Ultrafiltration; Pipeline-Membranen sind sehr resistent gegen Verschmutzung und können die Notwendigkeit einer mehrstufigen Feinfiltration überflüssig machen, Ölabscheidung und Flotation sind jedoch unerlässlich.

5. Kommunales Abwasser gelangt direkt in den Unterwasser-MBR

Der biologische MBR-Aufbereitungstank selbst ist ein Vorbehandlungsprozess, dessen vorderes Ende hauptsächlich aus einem Sieb und einem primären Sedimentationstank besteht. Sandfiltration und Aktivkohle sind nicht erforderlich.

1. Behandeln Sie selbst{1}}reinigende Filter und Scheibenfilter als einzige Vorbehandlung für die Ultrafiltration, ohne Koagulation und Sedimentation oder Multi--Medien, wodurch Kolloide direkt in die Membran eindringen können, was zu einem Anstieg der Druckdifferenz führt.

2. Eine übermäßige PAM-Zugabe zum Koagulationssystem ist möglicherweise mit bloßem Auge nicht sichtbar, führt jedoch zu einer irreversiblen organischen Verschmutzung der Ultrafiltrationsmembran, und die anfängliche Druckdifferenz kann nicht wiederhergestellt werden, egal wie stark die chemische Reinigung durchgeführt wird.

3. Durch das Zusammenbacken und Auslaufen von Multimedien-Filtermedien können Sandpartikel in das Membrangehäuse eindringen und die Membranfasern beschädigen, was zu einem abnormalen SDI im Permeat führt.

4. Langfristiges Fehlen der Rückspülung des Aktivkohletanks führt zum Wachstum einer großen Anzahl von Mikroorganismen, was zu einem kontinuierlichen Biofouling der Ultrafiltrationsmembran führt.

5. Beim Ozon-BAC-Prozess wird restliches Ozon nicht vollständig entfernt, wodurch die PVDF-Membran oxidiert und die Membranfaserfestigkeit geschwächt wird.

6. Das Hinzufügen von Sandfiltern und Aktivkohle zum MBR-System ist eine unnötige Investition und erhöht das Verstopfungsrisiko.

Das Ziel der Vorbehandlung besteht nicht darin, das Wasser so aufzubereiten, dass es den Ultrafiltrations-Zulaufstandards entspricht, sondern darin, diesen konstant und stabil zu erfüllen. Gelegentliches Einhalten ist bedeutungslos; Der Wert der Vorbehandlung liegt in ihrer Fähigkeit, Schwankungen der Wasserqualität standzuhalten. Die Ultrafiltration kann eine gewisse Menge an Verunreinigungen tolerieren, sie kann jedoch dem periodischen Versagen der Vorbehandlung nicht standhalten.

Die Vorbehandlung ist die erste Verteidigungslinie in einem Ultrafiltrationssystem. Verschiedene Ultrafiltrationsmembranen weisen unterschiedliche Widerstandsgrade auf: Röhren- und Keramikmembranen sind am widerstandsfähigsten gegen Stöße; Als nächstes kommen von außen unter Druck stehende Hohlfasermembranen; und intern unter Druck stehende Hohlfasermembranen sind am anfälligsten.

Bei der Auswahl einer Membran sollten Sie zunächst die Vorbehandlungskombination basierend auf der Rohwasserqualität bestimmen und dann die Konfiguration der Ultrafiltrationsmembran auswählen, anstatt einfach eine Ultrafiltrationsmembran auszuwählen und dann ein Vorbehandlungssystem hinzuzufügen.