La ultrafiltración no es una panacea.. 70%: el 80 % de las obstrucciones del sistema de ultrafiltración se deben a un pretratamiento fallido. Muchos proyectos tratan la ultrafiltración como un "último recurso", simplificando y tomando atajos en el pretratamiento. Independientemente de si se utilizan membranas de fibra hueca, lámina plana, tubulares o cerámicas, se producirán rápidos aumentos diferenciales de presión, limpieza química frecuente y una vida útil significativamente más corta de la membrana.
Los procesos habituales de pretratamiento de ultrafiltración incluyen: coagulación, sedimentación, filtración multi-medios, filtración de carbón activado, filtros de disco, filtros auto-limpiantes, pre-microfiltración de ultrafiltración, ozono-carbón activado biológico y pretratamiento de ablandamiento. La combinación de pretratamiento varía mucho dependiendo de la calidad del agua entrante (agua de mina, relaves químicos de carbón, efluente secundario municipal, agua superficial).
I. Comparación detallada de los procesos de pretratamiento
1. Coagulación-Sedimentación (aclaración de la coagulación)
Principio del proceso: la adición de PAC/PAM provoca la floculación de coloides, sólidos suspendidos, algo de fósforo y moléculas orgánicas grandes, logrando la separación sólido-líquido mediante sedimentación.
Ventajas: Excelente eliminación de sólidos en suspensión, coloides y turbidez; elimina algo de materia orgánica hidrófoba; operación madura, adecuada para proyectos-de gran escala; inversión relativamente controlable.
Desventajas: Altos requisitos para el control de la dosis de reactivos; un exceso de reactivos puede introducir sales de aluminio residuales y floculantes poliméricos, provocando directamente la obstrucción irreversible del sistema de ultrafiltración; gran descarga de lodos; gran huella; El efecto de floculación se deteriora en entornos de baja-temperatura.
Compatibilidad típica de afluentes: agua superficial, agua de mina, aguas residuales industriales de alta-turbidez.
Combinación con ultrafiltración: paso de pre-tratamiento más utilizado para la ultrafiltración de fibra hueca con presión externa; La adición excesiva de PAM está estrictamente prohibida, ya que el PAM residual mata la ultrafiltración.
Puntos de Diseño y Operación: Controlar la turbiedad del efluente Menor o igual a 5 NTU; controlar estrictamente la dosis de PAM, minimizar el uso de PAM aniónico; ampliar adecuadamente el tiempo de floculación en invierno a bajas temperaturas.
2. Filtración multimedia-(arena de cuarzo + antracita)
Principio del proceso: Filtración por presión por gravedad, basándose en la capa de medio filtrante para atrapar sólidos suspendidos finos y coloides.
Ventajas: Elimina las partículas finas que quedan después de la sedimentación; operación estable; familiar para el personal de mantenimiento; adecuado para grandes volúmenes de agua; Se puede lavar a contracorriente y regenerar.
Desventajas: Mala resistencia a cargas de choque; grandes fluctuaciones en la turbidez del afluente, propensas a la escorrentía del medio; apelmazamiento del medio y partículas finas de arena que ingresan al sistema de ultrafiltración después del apelmazamiento, rayando las fibras de la membrana; Capacidad de eliminación casi nula de materia orgánica disuelta.
Compatibilidad típica de afluentes: Efluente después de la coagulación y sedimentación; agua de mina, agua recuperada municipal.
Compatibilidad con ultrafiltración: unidad de pre-filtro estándar para ultrafiltración de presión externa-tipo presión; no puede utilizarse como único pretratamiento para la ultrafiltración.
Consideraciones de diseño y mantenimiento: revise periódicamente el medio filtrante para evitar escurrimientos; asegurar una intensidad de retrolavado razonable; Investigue inmediatamente cualquier aumento repentino en la turbidez del efluente para evitar que entre arena en la carcasa de la membrana de ultrafiltración.
3. Filtración con Carbón Activado (Carbón Activado Granular GAC)
Principio del proceso: La adsorción elimina algo de ácido húmico, color y algo de materia orgánica hidrófoba.
Ventajas: Reduce la carga orgánica, disminuye la incrustación orgánica del sistema de ultrafiltración; Elimina algo de cloro residual.
Desventajas: No se pueden eliminar los sólidos suspendidos; propenso al crecimiento microbiano en las últimas etapas de operación, con efluentes que transportan grandes cantidades de bacterias y desechos biológicos, lo que provoca una grave contaminación biológica en el sistema de ultrafiltración; el carbón activado requiere regeneración o reemplazo regular; Un afluente aceitoso puede fácilmente causar deterioro y apelmazamiento del carbón activado.
Compatibilidad típica de afluentes: aguas superficiales, algunas aguas residuales químicas, agua con alto contenido orgánico.
Uso con ultrafiltración: La ultrafiltración por presión externa se puede mejorar con un tratamiento previo; no recomendado para aguas residuales con alto contenido de aceite o SS.
Consideraciones de diseño y mantenimiento: retrolavado regular; controlar el tiempo de contacto con la cama vacía; estar alerta ante brotes microbianos en el tanque de carbón activado; reemplace el carbón activado rápidamente cuando deje de ser efectivo.
4. Filtro auto-limpiante
Principio del proceso: pantalla de filtro de metal, filtración automática con cepillo/succión en línea, generalmente con una precisión de 50-200μm.
Ventajas: Funcionamiento continuo totalmente automático; huella pequeña; no es necesario reemplazar el medio filtrante; adecuado para caudales elevados; Baja carga de trabajo de mantenimiento.
Desventajas: Sólo intercepta impurezas de partículas grandes, completamente ineficaz contra coloides y sólidos finos en suspensión; no puede reducir la turbidez; La pantalla de filtro dañada permite que las impurezas entren directamente al proceso posterior.
Compatibilidad típica con el agua de entrada: Protege los equipos aguas abajo; pre-filtración por motivos de seguridad.
Combinación con ultrafiltración: solo como protección, no como principal tratamiento previo-a la ultrafiltración; generalmente se coloca después de los filtros multimedia-y antes del filtro de seguridad de ultrafiltración.
Puntos de diseño y mantenimiento: Permitir margen de flujo al seleccionar un modelo; Revise periódicamente la integridad de la pantalla del filtro.
5. Filtro de disco (filtro de disco apilado)
Principio del proceso: filtración por compresión de disco de plástico, precisión de 5 a 100 μm, retrolavado automático.
Ventajas: Mayor precisión de filtración que los filtros autolimpiantes-normales; retrolavado rápido; huella pequeña; Alto grado de automatización.
Desventajas: Ineficaz contra coloides y materia orgánica disuelta; el agua aceitosa puede provocar fácilmente la adhesión y obstrucción del disco; retrolavado frecuente en condiciones de alto SS.
Compatibilidad típica con el agua de entrada: agua recuperada, agua de mina, después de la filtración previa-a la sedimentación.
Combinación con la ultrafiltración: a menudo se utiliza como pre-filtro en sistemas de ultrafiltración de presión externa, reemplazando algunos filtros multimedia-; no se puede utilizar solo para agua de entrada de alta turbidez.
Consideraciones de diseño y mantenimiento: Úselo con precaución para aguas residuales aceitosas; Desmóntelo periódicamente y verifique la adherencia del disco del filtro.
6. Filtro de seguridad (microfiltración, elemento filtrante de 5-10 μm)
Principio del proceso: El elemento filtrante intercepta partículas duras y restos del medio filtrante filtrado, protegiendo el elemento de membrana de ultrafiltración.
Ventajas: Intercepta la arena y las impurezas duras que ingresan los medios con fugas, protegiendo las fibras de la membrana de rayones físicos.
Desventajas: No trata coloides ni materia orgánica; el elemento filtrante es un consumible; el elemento filtrante debe reemplazarse cuando aumenta la presión diferencial; El elemento filtrante dañado permitirá que las impurezas entren directamente en el sistema de ultrafiltración.
Compatibilidad típica con el agua de entrada: esencial para todos los sistemas de ultrafiltración de tipo presión-.
Compatibilidad con ultrafiltración: necesaria para sistemas de ultrafiltración de presión interna y externa de tipo-presión; generalmente no se requiere para MBR sumergidos, sistemas tubulares y membranas cerámicas.
Consideraciones de diseño y mantenimiento: establezca una alarma de presión diferencial; prohibir estrictamente la operación cuando la presión diferencial exceda el límite; Nunca utilice elementos filtrantes dañados o de calidad inferior.
7. Ozono-Carbón activado biológico (O₃-BAC)
Principio del proceso: el ozono oxida grandes moléculas orgánicas, seguido de la degradación de parte de la materia orgánica por el carbón biológico activado.
Ventajas: Reduce significativamente la materia orgánica entrante, reduce significativamente la contaminación orgánica y biológica de la membrana de ultrafiltración; elimina el color.
Desventajas: Alta inversión; alto consumo de productos químicos durante la operación; una dosis excesiva de ozono puede dañar la membrana de ultrafiltración orgánica de PVDF; control de procesos complejos; Altos requisitos de operación y gestión.
Compatibilidad típica con agua afluente: agua superficial, agua municipal recuperada con alto contenido de materia orgánica.
Compatibilidad de ultrafiltración: Pretratamiento profundo de ultrafiltración de presión externa; Se debe controlar el ozono residual, ya que el ozono residual que ingresa a la membrana oxidará las fibras de la membrana de PVDF.
Consideraciones de diseño y mantenimiento: Se debe implementar una desgasificación suficiente después del tratamiento con ozono para garantizar que no ingrese ozono residual al sistema de ultrafiltración.
8. Pretratamiento de ablandamiento (ablandamiento de resina/cal-carbonato de sodio)
Principio del proceso: Elimina la dureza del calcio y el magnesio y el silicio, reduciendo la tendencia a la incrustación.
Ventajas: Reduce las incrustaciones inorgánicas en la superficie de la membrana de ultrafiltración al tiempo que protege el sistema de RO posterior.
Desventajas: Sistema complejo; alto consumo de reactivos; la resina requiere regeneración; aumento de la salinidad en el permeado.
Compatibilidad típica de afluentes: agua de mina de alta-dureza, agua industrial recuperada de alta-dureza.
Combinación con la ultrafiltración: el pretratamiento se puede seleccionar antes de la ultrafiltración, que se utiliza principalmente para agua de alta-dureza; No es una configuración universal.
II. Combinaciones de pretratamiento recomendadas para diferentes fuentes de agua cruda
1. Efluente biológico secundario municipal (agua regenerada)
Recomendado: Sedimentación por coagulación → Filtración multi-medios → Filtro de seguridad → Ultrafiltración de presión externa
Puntos clave de control: Sólidos suspendidos y microorganismos en efluentes biológicos; Está estrictamente prohibido el exceso de PAM.
2. Agua de mina (alta solidez en suspensión, alta dureza)
Recomendado: Aclaración de coagulación → Filtración multi-medios → Filtro de disco → Filtro de seguridad → Ultrafiltración de presión externa
Puntos clave de prevención y control: fuga del medio filtrante hacia la carcasa de la membrana; Se puede agregar una unidad de ablandamiento para una mayor dureza.
3. Agua superficial (agua de embalse, rica en ácido húmico y materia orgánica)
Recomendado: Coagulación y sedimentación → Multi-medios → Filtración con carbón activado → Filtro de seguridad → Ultrafiltración de presión externa; Para contenidos de materia orgánica muy altos, se puede agregar ozono-BAC.
4. Aguas residuales con alto contenido de petróleo y sólidos (ultrafiltración de tuberías/T-MBR)
Recomendado: Separación de petróleo-Flotación → Coagulación y sedimentación → Ultrafiltración de tuberías; Las membranas de las tuberías son altamente resistentes a las incrustaciones y pueden eliminar la necesidad de una filtración fina en múltiples etapas, pero la separación y flotación del petróleo son esenciales.
5. Aguas residuales municipales que ingresan directamente a la MBR sumergida
El tanque de tratamiento biológico MBR en sí es un proceso de pretratamiento, y la parte frontal consta principalmente de una criba y un tanque de sedimentación primaria; No se requieren filtración de arena ni carbón activado.
III. Conceptos erróneos utilizados con frecuencia durante la implementación del proyecto
1. Tratar los filtros auto-limpiantes y los filtros de disco como único pretratamiento para la ultrafiltración, sin coagulación ni sedimentación ni multimedia-, permitiendo que los coloides entren directamente a la membrana, lo que provoca un aumento repentino en el diferencial de presión.
2. La adición excesiva de PAM al sistema de coagulación puede no ser visible a simple vista, pero causa contaminación orgánica irreversible de la membrana de ultrafiltración y el diferencial de presión inicial no se puede restaurar sin importar cuánta limpieza química se realice.
3. El apelmazamiento y las fugas de los medios filtrantes multi- permiten que las partículas de arena entren en la carcasa de la membrana y dañen las fibras de la membrana, lo que produce un SDI anormal en el permeado.
4. La falta-de retrolavado a largo plazo del tanque de carbón activado provoca el crecimiento de una gran cantidad de microorganismos, lo que provoca una contaminación biológica continua de la membrana de ultrafiltración.
5. En el proceso de ozono-BAC, el ozono residual no se elimina por completo, lo que oxida la membrana de PVDF y debilita la resistencia de la fibra de la membrana.
6. Agregar filtros de arena y carbón activado al sistema MBR es una inversión innecesaria y aumenta el riesgo de obstrucción.
El objetivo del pretratamiento no es tratar el agua para cumplir con el estándar del afluente de ultrafiltración, sino cumplirlo de manera consistente y estable. El cumplimiento ocasional no tiene sentido; El valor del pretratamiento radica en su capacidad para resistir las fluctuaciones en la calidad del agua. La ultrafiltración puede tolerar una cierta cantidad de contaminantes, pero no puede soportar los fallos periódicos del pretratamiento.
El pretratamiento es la primera línea de defensa en un sistema de ultrafiltración. Las diferentes membranas de ultrafiltración tienen distintos niveles de resiliencia: las membranas tubulares y cerámicas son las más resistentes a los golpes; a continuación se encuentran las membranas de fibra hueca presurizadas externamente; y las membranas de fibra hueca presurizadas internamente son las más vulnerables.
Al seleccionar una membrana, primero debe determinar la combinación de pretratamiento en función de la calidad del agua cruda y luego elegir la configuración de la membrana de ultrafiltración, en lugar de simplemente seleccionar una membrana de ultrafiltración y luego agregar un sistema de pretratamiento.