Что значит размер фильтруемых частиц
Классификация мембран для очистки воды
Одним из способов очистки воды являются фильтры мембранного типа
Типы мембран:
Отличие состоит в размерах пор мембраны и, соответственно, в размере частиц, которые они способны удержать.
Классификация мембран для очистки воды:
Макрофильтрация (механическая очистка воды).
Размер пор от 1 до 100 мкм.
Виды загрязнений: механические взвеси, окисленные загрязнения.
Микрофильтрация.
Размер пор от 0,1 до 1 мкм.
Виды загрязнений: бактерии, коллоиды, взвеси.
Ультрафильтрация.
Размер пор от 0,002 до 0,1 мкм.
Виды загрязнений: коллоиды, бактерии, вирусы, молекулы больших соединений.
Ультрафильтрационные мембраны позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы ( молекула с высокой молекулярной массой ), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии, вирусы и т.д.
Нанофильтрация.
Размер пор от 0,001-0,002 мкм.
Виды загрязнений: многозарядные ионы, молекулы, вирусы
Нанофильтрация применяется для получения особо чистой воды, очищенной от бактерий, вирусов, микроорганизмов, коллоидных частиц органических соединений (в том числе пестицидов), молекул солей тяжелых металлов, нитратов, нитритов и других вредных примесей. Большим плюсом при очистке воды в домашних условиях является сохранение жизненно необходимых для здоровья человека солей и микроэлементов.
Обратный осмос.
Размер пор Есть три основных фактора влияющих на качество и количество производимой очищенной воды:
Полипропиленовые картриджи для воды: размеры, микронность, назначение
Полипропиленовые картриджи — это расходные материалы для фильтров водоочистки. Также их называют сменными модулями или просто фильтрующими элементами.
Картриджи изготавливаются из пищевого полипропилена — синтетического материала, который не влияет на цвет и химический состав воды. Они предназначены для механической очистки воды и отличаются друг от друга размером, микронностью, назначением и типом полипропилена.
Размер
По высоте картриджи обычно бывают двух видов: десятидюймовые и двадцатидюймовые. Стандартный картридж на 10 дюймов имеет высоту 250 мм, картридж на 20 дюймов — в два раза больше.
По ширине они тоже делятся на два вида: Slim Line (слимлайн, SL) и Big Blue (бигблю, BB). Картриджи стандарта слимлайн более узкие, потому что имеют диаметр
60–65 мм. Картриджи бигблю шире, так как их диаметр
Если говорить о производительности, то при одной и той же высоте в 10 дюймов картриджи бигблю имеют больший ресурс, то есть могут задержать больше загрязнений.
Микронность полипропилена зависит от размера микроячеек, которые и призваны задерживать в себе загрязнения. Она бывает разной: 0.5, 1, 5, 10, 20, 50 или 100 микрон. Микрон, или по-другому микрометр — это единица длины, которая сокращенно обозначается буквами мкм. Фактически это одна миллионная доля метра (1 мкм = 0,001 мм).
Чем выше микронность, тем более крупные загрязнения способен задерживать картридж и тем дольше по времени он может работать. И наоборот, чем она меньше, тем более мелкие загрязнения задерживает фильтр и тем быстрее забивается при наличии в воде крупных частиц. Именно поэтому в качестве фильтров грубой очистки используются картриджи с большей микронностью: они задержат крупные частицы, а более мелкие будут удалены в системе фильтрации и фильтре тонкой очистки, в который устанавливается картридж с минимальной микронностью.
В питьевых системах проточного и обратноосмотического типа полипропиленовый картридж ставится первой ступенью, защищая последующие фильтры от попадания в них средних и мелких нерастворимых частиц. Поэтому если в воде, например из скважины, есть песок, то магистральный фильтр грубой очистки нужно ставить еще до поступления воды в дом.
Также существуют картриджи с градиентной пористостью, которые служат дольше обычных, потому что работают по той же схеме: сначала задерживают крупные частицы, а потом уже более мелкие.
Назначение
По назначению полипропиленовые картриджи делятся на три группы: для очистки холодной воды, для очистки горячей воды и универсальные — для холодной и горячей.
Если в полипропилен добавлена специальная пропитка, то его дополнительным назначением может быть очистка воды от небольшого количества железа, марганца или солей жесткости.
Тип полипропилена
Сменные модули изготавливаются из вспененного полипропилена или полипропиленовой нити. Картридж из полипропиленовой нити практически ничем не отличается от вспененного, но он лучше удерживает крупные частицы, особенно при небольшом давлении. Он состоит из полипропиленовых волокон собранных в верёвку. Изготовление таких модулей более трудоёмкий процесс, поэтому и стоят они дороже.
Отдельно стоит сказать о лепестковых гофрированных картриджах. Они состоят из пластмассового сердечника и “лепестков” — тонких листов вспененного полипропилена или нетканной целлюлозы. Достоинства таких модулей в том, что они обеспечивают хорошую пропускную способность и не снижают давление в системе. Некоторые из них можно промывать и использовать повторно.
Важно: полипропиленовые картриджи необходимо заменять на новые один раз в 3—6 месяцев (в зависимости от степени загрязнения воды и интенсивности ее использования). Такая замена модулей входит в работы по сервисному обслуживанию, которые необходимы для любых фильтров водоочистки.
Если вашей воде есть любые загрязнения, обращайтесь:
Мы подберем фильтр водоочистки или спроектируем систему фильтров. В итоге ваша вода будет соответствовать санитарным нормам.
Если решите заказать у нас систему водоочистки, помните о бесплатных услугах:
Что такое тонкость фильтрации
В зависимости от вероятности удерживания частиц заданного размера различают понятия абсолютной и номинальной тонкости фильтрации.
Для того, чтобы разобраться чем отличаются эти понятия, ознакомимся с методом определения тонкости фильтрации.
Как определяют тонкость фильтрации
Через фильтр пропускается загрязненная жидкость, производится подсчет частиц загрязнения размером больше выбранной величины Х перед фильтром и за фильтром. Манометр необходим для измерения перепада давления на фильтре, он не должен превышать заданную величину.
Для обозначения величины тонкости фильтрации используется размер задерживаемых частиц Х в микрометрах.
Например выбирается размер частиц 25 мкм, измеряется число частиц 100000 перед фильтром, 1000 после фильтра получается:
β25 = 100000/1000 = 100
Абсолютная тонкость фильтрации
Тонкость фильтрации, соответствующая коэффициенту βx ≥ 100 или степени очистки 99%.
То есть если для фильтра указана абсолютная тонкость фильтрации 10 мкм, это означает, что он задерживает не менее 99% частиц этого размера.
Как правило производители фильтров указывают номинальную тонкость фильтрации.
Номинальная тонкость фильтрации
Жесткие значение коэффициента βx для номинальной тонкости фильтрации на установлены. С точки зрения эксплуатации и применения, это означает, что поглощается только часть загрязняющих частиц, отфильтрованных оптимальным фильтром. βx при этом устанавливается производителем, как правило, он равен или меньше 20, это соответствует степени очистки в 95%.
Это означает, что напорный фильтр с номинальной тонкостью фильтрации будет удерживать 95% частиц размером 25 мкм.
Что значит размер фильтруемых частиц
Размер, форма, плотность и способность к деформации – это свойства частиц, которые влияют на процесс фильтрации.
Размер частиц – очевидный показатель, который объясняет, почему фильтрующие материалы оцениваются по их способности удалять частицы именно этого размера.
Форма частиц – показатель ответственный за способность частиц образовывать, так называемый, «дополнительный фильтрующий слой». Частицы неправильной формы за счет эффектов адгезии и суффозии могут формировать на поверхности фильтрующего материала проницаемые «мостики», в то время как частицы правильной и плоской формы способны окружить поверхность фильтра водонепроницаемым слоем.
Плотность частиц – показатель, влияние которого практически определяет эффективность удержания микрочастиц на фильтрующей перегородке. Чем больше разница в соотношении удельных весов частиц и растворителя, тем больше эффект инерционного взаимодействия. Эта разница объясняет, почему эффективней работа одного и того же фильтра в газовом потоке, чем в потоке жидкости. Чтобы иллюстрировать такой процесс, вообразите, что Вы выпускаете шарик пинг-понга и мяч для гольфа в воздушный поток. Естественно, что шарик пинг-понга будет унесен намного дальше воздушным потоком, чем мяч для гольфа. По этим же законам частицы захватываются фильтрующей перегородкой из потока.
Способность частиц к деформации – показатель, определяющий возможность частицы изменять свою форму, разрушаться под действием инерционных сил, образовывать агломераты и конгломераты. Наименьшей способностью к деформации обладают твердые частицы (песок, металлическая стружка и т.д.), наибольшей – коллоидные частицы (оксиды железа, желатин и пр.). Частицы с высокой способностью к деформации вызывают эффект экранирования поверхности фильтрующей перегородки. При подборе фильтров способность к деформации частиц, содержащихся в потоке, определяет порядок расположения фильтрационных перегородок в каскадных системах очистки с целью защиты фильтров тонкой (финишной) очистки от «зарастания».
В процессе микрофильтрации частицы, размер которых больше размера пор используемого мембранного фильтра, задерживаются на его поверхности, тогда как более мелкие частицы способны проходить через фильтр. Поэтому теоретически можно произвести разделение частиц по их величине. Такое фракционное фильтрование возможно, однако, лишь для растворов с чрезвычайно низким содержанием взвешенных частиц и только в тех случаях, когда адсорбционные и другие эффекты не играют большой роли. На практике обычно частицы, собирающиеся на фильтре, образуют на его поверхности дополнительный фильтрующий слой, который задерживает самые мелкие фракции. Чем крупнее частицы, взвешенные в фильтруемой жидкости, тем быстрее происходит образование этого слоя, наличие которого вызывает постепенное снижение скорости фильтрации до тех пор, пока слой не станет настолько плотным, что полностью затормозит фильтрование.
Частицы, которые дают фильтрующий слой, наиболее быстро забивающий фильтр, – это волокна, слизеподобные частицы и коллоиды (такие, как желатин, растительные экстракты, кремниевая кислота). Частицы с размером, близким к размеру пор мембранного фильтра, быстрее забивают его, чем сравнительно грубые частицы, так как образуемый ими эффективный фильтрующий слой более проницаем. При фильтровании воздуха и газов забивание фильтра пренебрежимо мало, что обусловлено очень низким содержанием «грязи» и сильным электростатическим зарядом, возникающим на поверхности мембранного фильтра.
После того, как мембранный фильтр полностью забьется, жидкость больше не может проходить через него. Фильтрование прекращается, и ни повышение давления, ни его пульсирующие изменения не способны продавить собранные частицы или бактерии через фильтр. Таким образом, отсутствует опасность «прорыва» фильтра, что часто случается при работе с намывными фильтрами.
3. Свойства жидкости, влияющие на процесс фильтрации
Основными факторами, влияющими как на скорость фильтрации, так и на ее эффективность являются:
Если любое из этих свойств игнорируется, результаты процесса фильтрации могут быть достаточно плачевны. Например, если давление среды будет очень высоким – выйдут из строя уплотнения фильтродержателя, что приведет к разгерметизации, как фильтрующих патронных элементов, так и внешних прокладок. В дополнение к упомянутому выше: при увеличении вязкости жидкости, потери давления на процесс «продавливания» этой жидкости через фильтрующую перегородку увеличиваются логарифмически. Вспомните «шарик пинг-понга»…
Что такое HEPA-фильтр: принципы работы и неочевидные факты
Приветствуем вас в блоге компании Тион Умный микроклимат. Тема статьи — HEPA-фильтры.
Это высокоэффективные фильтры, главная цель которых – удалять из воздуха мелкодисперсные частицы, в том числе PM2.5 и PM10 (с диаметром менее 2,5 и 10 мкм соответственно). HEPA – это не бренд и не марка, а класс фильтров, который определяется международным и национальным стандартами ЕН 1822-1:2009 и ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010.
Давайте посмотрим на HEPA-фильтр «с расстояния вытянутой руки», расскажем про принцип его работы и основные эффекты, благодаря которым происходит осаждение частиц на фильтре.
Основа любого HEPA-фильтра – хаотично расположенные волокна разной толщины, примерно 0,5-5 мкм. Расстояние между волокнами – порядка 5-50 мкм. Диаметр мелкодисперсных частиц – в пределах нескольких микрон или даже нескольких долей микрона. Возникает вопрос: как фильтр с такими большими порами задерживает такие мелкие частицы?
Обычно мы представляем фильтр в виде рыболовной сети или сачка: если фильтруемый объект больше ячейки, он застревает. Этот механизм называется эффектом сита (straining). Он работает для частиц, диаметр которых превышает размер пор в фильтре. На упрощенной модели эффект сита выглядит так:
Волокна фильтра представляются в виде цилиндров, расположенных поперек воздушного потока. Сам поток считается безвихревым. Модель частицы – шар с радиусом R. Если 2R больше расстояния между волокнами, частица застревает в фильтре. Чем крупнее частица, тем вероятнее она застревает в волокнах. Поэтому для крупных частиц эффект сита работает лучше:
На графике нет привязки к конкретным размерам, так как фильтры с разной толщиной волокон и разной плотностью упаковки будут задерживать разные фракции частиц. Форма кривой будет примерно той же, но она может «плавать» по горизонтальной шкале. Например, для фильтра грубой очистки класса G кривая будет располагаться правее, чем для фильтра тонкой очистки класса F. В фильтрах HEPA эффект сита тоже наблюдается. И если бы HEPA работал только по этому механизму, то кривая его эффективности выглядела бы примерно так же. Однако на деле она выглядит совсем по-другому:
По графику видно, что HEPA-фильтр задерживает частицы любого размера. И если эффективная фильтрация крупных частиц (около 5 мкм и больше) происходит по механизму сита, то фильтрация мелкодисперсных фракций (порядка 1-0,01 мкм) имеет другую природу.
Как HEPA-фильтр «ловит» мелкодисперсную пыль?
Основное отличие HEPA от фильтров грубой и тонкой очистки в том, что для фильтрации частице не обязательно застревать в волокнах. Если пылинка просто коснулась фильтровального материала, этого уже достаточно для и эффективного осаждения. Это связано с двумя процессами: адгезией и аутогезией.
Адгезия – это взаимодействие пыли с осаждающей поверхностью, в нашем случае с волокнами HEPA. Благодаря адгезии на чистых волокнах появляется первый слой пыли.
Аутогезия, или слипаемость – это взаимодействие пылевых частиц между собой. Благодаря аутогенному взаимодействию частицы продолжают наслаиваться друг на друга, образуя на волокнах многослойные конгломераты. Выглядят они так:
Природа адгезии и аутогезии – в молекулярном взаимодействии частиц друг с другом и с волокнами (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы появляются на расстоянии от одного до нескольких сот диаметров частиц. Для мельчайших частиц притяжение к волокну и пылевому слою настолько большое, что частицы оседают в HEPA-фильтре фактически навсегда. Цифры это подтверждают: для частиц меньше 10 мкм прочность пылевого слоя на разрыв – больше 600 Па.
Итак, из-за сил притяжения частица практически намертво прилипает к волокну HEPA-фильтра, стоит только коснуться его поверхности. Это объясняет удерживание частиц на фильтре, но по-прежнему нет ответа на вопрос:
Как мельчайшие частицы касаются волокна HEPA-фильтра?
Как мы выяснили, эффект сита тут ни при чем – мельчайшие частицы свободно пролетают через поры. В фильтрах НЕРА действуют другие механизмы.
Любая частица удерживается в воздушном потоке, и, если в фильтре не возникают силы, отклоняющие частицу от линии тока воздуха в сторону волокна, то осаждения не будет. В результате частица проскочит через фильтр вместе с потоком. Поэтому вопрос «Как частицы касаются волокна?» можно перефразировать: «Как частицы выходят из воздушного потока?» И ответ на него будет разным, в зависимости от размера и массы частицы.
Самые мелкие частицы (с диаметром меньше 0,1 мкм) обладают небольшой массой и постоянно находятся в хаотичном броуновском движении. Их траектория постоянно колеблется относительно линии тока воздуха. В ходе колебаний частица выходит из потока, касается волокна и осаждается. Это эффект диффузии:
Более крупные частицы (с диаметром больше 0,3 мкм) весят больше, поэтому их колебания относительно линии тока меньше либо отсутствуют вообще. Такие частицы осаждаются по другому механизму. На модели видно, что линии воздушного потока искривляются вблизи волокна, огибая препятствие. Крупные и тяжелые частицы за счет инерции выходят из воздушного потока, сталкиваются с волокном и осаждаются. Это эффект инерции:
Диффузионный и инерционный эффекты дополняют друг друга: один отвечает за фильтрацию самых мелких частиц, другой – более крупных:
Сложнее всего посадить на волокно частицы с «промежуточным» размером. Их инерция еще недостаточно большая, а диффузия уже работает слабо, так как колебания их траектории относительно линии тока уже не такие сильные. Поэтому такие частицы с большей вероятностью остаются в потоке и огибают волокна вместе с воздухом. Их называют частицами с максимальной проникающей способностью, Most Penetrating Particle Size (MPPS). И для их осаждения наибольшее значение имеет последний механизм – эффект зацепления:
Эффект зацепления работает, когда частица приблизилась к поверхности волокна на расстояние своего радиуса. Такого касания достаточно для ее осаждения. Этот механизм работает не только для MPPS. Он универсальный и действует для частиц любого размера. Пылинки могут оставаться в воздушном потоке, совершать диффузионные колебания относительно линии тока или вылетать из потока благодаря инерции – в любом случае, если частица коснулась волокна, она осаждается.
Эффективность этого механизма зависит от размера частицы. Чем больше частица, тем вероятнее она коснется волокна. В этом эффект зацепления похож на эффект сита, потому и график почти одинаковый (естественно, с привязкой в другому диапазону частиц):
В действительности в HEPA-фильтре на частицу одновременно действуют все механизмы, поэтому общая эффективность HEPA-фильтра равняется сумме вкладов каждого эффекта:
Если постоянно нагружать HEPA аэрозолем с крупными частицами, то срок работы фильтра значительно сокращается. Это происходит из-за эффекта сита: крупные частицы быстро забивают фильтр и снижают его проницаемость. Чтобы избежать эффекта сита, перед HEPA-фильтром устанавливают один или несколько префильтров более низкого класса: G и/или F. Они защищают HEPA от преждевременного засорения. Если префильтры стоят, то HEPA работает строго «по специальности» — фильтрация мелкодисперсных частиц. Таким образом, остаются три эффекта:
Если сложить все три графика эффективности для каждого механизма, то получим ту самую кривую общей эффективности HEPA-фильтра, которую мы показывали в начале статьи:
Как видим в диапазоне MPPS (примерно от 0,1 до 0,3 мкм) общая эффективность HEPA-фильтра «падает в яму». И именно по MPPS измеряют общую эффективность. HEPA-фильтра класса H10 (по новой номенклатуре E10) работает с эффективностью более 85%, а фильтра класса H11 (E11) – более 95%. Это значит, что в HEPA-фильтре E11 осаждаются 95 из 100 частиц MPPS. При этом остальные частицы осаждаются с вероятностью почти 100%, но итоговую эффективность принято указывать по MPPS, 95%.
От чего зависит эффективность HEPA-фильтра?
Эффективность HEPA зависит не только от размеров фильтруемых частиц, но и от параметров самого фильтра:
При осаждении частиц уменьшается расстояние между волокнами:
В результате площадь волокон увеличивается, и с этим связан парадоксальный факт: со временем эффективность HEPA не уменьшается, а растет. С другой стороны, при загрязнении уменьшается проницаемость фильтра, увеличивается его сопротивление, растет перепад давления на фильтре и, как следствие, уменьшается производительность прибора, в котором тот установлен. Если фильтр забился полностью и производительность прибора упала почти до нуля, единственный выход – заменить фильтр. Частота замены зависит от емкости фильтра. Этот показатель определяет, как много пыли сможет осадить HEPA, прежде чем перепад давления на нем станет критическим.
Теперь, когда мы имеем представление о HEPA-фильтре, соберем по пунктам принцип его работы:
На этом пока все: мы рассказали про принципы осаждения и удержания мелкодисперсной пыли в HEPA-фильтрах. Если у вас есть вопросы, будем рады ответить на них в комментариях.
Фото НЕРА фильтров взяты отсюда и отсюда.