Kiek žinote apie ultrafiltraciją gryno vandens sistemose? (I)

1.1. Įvadas į membranų atskyrimo procesų klasifikaciją

Remiantis atskyrimo tikslumu, membranos skysčių atskyrimo technologiją paprastai galima suskirstyti į keturias kategorijas: mikrofiltraciją (MF), ultrafiltraciją (UF), nanofiltraciją (NF) ir atvirkštinę osmosą (RO). Jų filtravimo tikslumas padidėja aukščiau nurodyta tvarka.

Mikrofiltracija gali perimti daleles tarp {{0}}}. 1 ir 1 mikronas. Mikrofiltracijos membranos leidžia praeiti makromolekules ir tirpias kietas medžiagas (neorganines druskas), tačiau jie perims suspenduotas medžiagas, bakterijas ir didelę molekulinės masės koloidus. Mikrofiltracijos membranų veikimo slėgis paprastai yra 0. 7-7 juosta.

Ultrafiltracija gali perimti makromolekules ir baltymus tarp {{{0}} 002 ir 0,1 mikronų. Ypač ultrafiltracijos membranos leidžia praeiti mažoms molekulėms ir tirpioms kietosioms medžiagoms (neorganinėms druskoms), perėmus koloidus, baltymus, mikroorganizmus ir makromolekulines organines medžiagas. Ribų molekulinės masės diapazonas, naudojamas ultrafiltracijos membranų porų dydžiui parodyti, paprastai yra nuo 1000 iki 500000. Ultrafiltracijos membranos veikimo slėgis paprastai yra 1-7 juosta.

Nanofiltracija gali perimti nanoskalę ({0. 001 mikrono) medžiagos. Nanofiltracijos membranos veikimo diapazonas yra tarp ultrafiltracijos ir atvirkštinės osmoso. Perėmtos organinių medžiagų molekulinė masė yra maždaug 200-800 MW, o gebėjimas perimti ištirpusias druskas yra tarp 20%-98%. Tirpių monovalentinių jonų pašalinimo greitis yra mažesnis nei aukšto valymo jonų. Nanofiltracija paprastai naudojama organinėms medžiagoms ir pigmentams pašalinti paviršiniame vandenyje, kietumą ir radiją požeminiame vandenyje, iš dalies pašalinti ištirpusias druskas, ekstraktas ir sutelkti naudingas medžiagas maisto ir farmacijos gamyboje. Nanofiltracijos membranos veikimo slėgis paprastai yra 3. 5-30 juosta.

Atvirkštinė osmozė yra sudėtingiausias membranos atskyrimo produktas, kuris gali efektyviai perimti visas ištirpusias druskas ir organines medžiagas, kurių molekulinė masė didesnė kaip 100, tuo pačiu leisdama praeiti vandens molekules. Atvirkštinės osmoso membranos yra plačiai naudojamos jūros vandens ir sūrus vandens gėlinimas, katilo pašaro vanduo, pramoninis gryno vandens ir elektroninio laipsnio aukšto grūdo vandens paruošimas, geriant gryno vandens gamybą, nuotekų valymą ir specialius atskyrimo procesus. Atvirkštinės osmoso membranų veikimo slėgis paprastai yra tarp 12 barų, skirtų sūrui ir 70 barų jūros vandeniui.

1.2. Ultrafiltracijos membranų tipai ir taikymo charakteristikos

Ultrafiltracijos membranos daugiausia suskirstytos į keturias rūšis pagal jų struktūrą: plokštelių membranos, ritininės membranos, vamzdinės membranos ir tuščiavidurių skaidulų membranos.

Plokštės membrana: Tai yra ankstyviausia membrana, tačiau todėl, kad sunku užtikrinti tinkamą membranos paviršiaus srauto greitį ir sudėtingas sandarinimo problemas, tokio tipo membranos taikymas yra labai ribotas. Išankstinio gydymo reikalavimai nėra griežti;

Roll Membrane: sukurta iš plokštelių membranų, nes ritininės membranos tinklelis atneša negyvų taškų ir negali būti plaunamas atgal, jis paprastai netinka pramoniniam neapdoroto vandens valymui. Jie yra tinkami aukštos temperatūros ir aukšto slėgio medžiagų atskyrimui ir kt., O išankstinio gydymo reikalavimai nėra griežti;

Vamzdinė membrana: Dėl didelės energijos suvartojimo ji netinka įprastam vandens valymui ekonominiu požiūriu. Paprastai jis tinka skysčiams, kuriems yra didelis kietas kiekis ar didelė aliejaus koncentracija. Tarp keturių membranų jos išankstinio gydymo reikalavimai yra mažiausiai griežti.

Tuščiavidurio pluošto membrana: Kadangi ji turi žemą slėgį, kanale nėra negyvo taško, didelio srauto ir gali būti plaunamas atgal, tai yra geras pasirinkimas, išskyrus specialius vandens telkinius (tokius kaip didelis aliejaus kiekis, didelis kietas kiekis ir kt.). Tarp keturių membranų ji yra plačiausiai naudojama vandens valyme.

Pastaba: Kadangi labiausiai naudojama tuščiavidurio pluošto membrana, išskyrus šias medžiagas bendrus taškus, visos kitos medžiagos paaiškinamos tuščiavidurio pluošto membrana kaip pavyzdys.

1.3. Taikymo apimtis

Ultrafiltracija yra plačiai naudojama vandens valymo srityje. Remiantis paraiškos progomis, jis gali būti daugiausia naudojamas:

1.3.1. Neapdoroto vandens išankstinis apdorojimas (paviršinis vanduo, požeminis vanduo, vandentiekis)

Clifier, Smėlio filtro pakeitimas, RO išankstinis apdorojimas ir jonų mainų išankstinis apdorojimas

Naudojamas išankstinio gydymo metu, ultrafiltracija pakeičia skaidrintuvą arba smėlio filtrą, kad būtų pašalintos kietos dalys ir koloidai žaliame vandenyje, kad pagerintų vėlesnės įrangos veikimą, pavyzdžiui, pagerinti jonų mainų plovimo dažnį ir pakeisti atvirkštinio osmoso membranos elementų dažnį, tačiau tam reikia dažnesnio valymo/praplovimo. Membranos tipas paprastai yra 100, 000 molekulinės ribos.

1.3.2. Valymo gydymas

Dalelių (tokių kaip 18 WΩ vanduo) pašalinimas, mikroorganizmų ir pirogenų, RO arba jonų mainų po gydymo pašalinimas

Ultrafiltracija naudojama koloidams ir kietosioms medžiagoms pašalinti vandenyje po atvirkštinės osmoso/jonų mainų įrangos. Jis turi didelį vandens pralaidumą ir mažą valymo dažnį. Tam nereikia dažnai valyti/pleiskanoti. Tai išvaloma tik tada, kai sistemos slėgis sumažėja iki tokio lygio, dėl kurio susidaro nepatogu ar bakterijos. Farmacijos ir elektronikos pramonėje ultrafiltracija dedama į naudojimo tašką mikroorganizmams ir pirogenams pašalinti. Membranos tipas paprastai yra 10, 000-100, 000 molekulinės ribos.

1.3.3. Vandens cirkuliacija ir pakartotinis naudojimas

Po biocheminio gydymo ir paaiškinimų (antrinė ir tretinė)

Anizotropinė membrana

Sintetinis polimero tuščiavidurio pluoštas, susidedantis iš labai įtemptos, plonos vidinės membranos ir savaime palaikančios kempinės panašios išorinės struktūros. Ši vidinė membrana veikia kaip pusiau pralaidi ultrafiltracijos membrana.

Vidutinis trans-membraninis slėgis

Skirtumas tarp vidutinio vandens gamybos pusės slėgio ir neapdoroto vandens įleidimo angos bei išleidimo angos,

Vidutinis trans-membraninis slėgis=(p in + p out) / 2 - p Vandens gamyba

Atgal

Permerkite kokybišką vandenį iš tuščiavidurio pluošto išorės į vidų. Kadangi vanduo praleidžiamas per pluoštą iš atvirkštinės krypties, jis atsilaisvina ir nuplauna nešvarumus ant membranos paviršiaus.

Pastaba: šio proceso metu pluošto membranos viduje nėra spaudimo.

Koloidinis užsikimšimas

Ant membranos paviršiaus, esančio tuščiavidurio pluošto viduje, susidaro dalelių kritulių sluoksnis.

Susikaupimas ar atmesti

Neapdoroto vandens, kuris negali praeiti pro membraną, dalis, joje yra priemaišų, tokių kaip dalelės, koloidai, bakterijos ir pirogenai, kurių koncentracija yra didesnė nei neapdorotas vanduo.

Koncentracijos poliarizacija

Fenomenas, sukeliantis atmestą suspenduotą medžiagą, kaupiasi ant membranos paviršiaus. Didelė šlyties jėga (didelis srautas) pluošte gali sumažinti poliarizaciją.

Kryžminis srautas

Koncentruotas vanduo teka lygiagrečiai veiksmingam membranos paviršiui, kuris padeda nuplauti teršalų šiukšles ant membranos paviršiaus.

Diferencinis slėgis

Slėgio skirtumas tarp pluošto membranos vamzdelio įleidimo ir išleidimo angos. Slėgio skirtumas pd=p in - p out

Žemyn srautas

Ultrafiltracijos membranos modulio cirkuliacijos srauto kryptis teka iš modulio viršaus iki apačios.

Pašaras

Tada į ultrafiltracijos sistemą patenkantis vanduo yra padalintas į pagamintą vandenį ir koncentruotą skystį.

Srautas

Per membraną einantis vandens srautas, paprastai išreiškiamas kaip galonai, per dieną membranos ploto kvadratinės pėdos galonais (GFD), GFD {{0}}} LMH x 0,59

Į priekį srautas

Nuotekų cirkuliacijos srauto kryptis paprastai yra aukštyn vertikaliai sumontuotiems membranos vamzdeliams.

Gelio sluoksnis

Didelės koncentracijos ar kietųjų nuosėdų sluoksnis, paprastai didelės molekulinės masės medžiagos, suformuotos ant efektyvaus ultrafiltracijos membranos vidinio paviršiaus. Dažnai tai yra gelio sluoksnio pralaidumas, o ne filtro membranos pralaidumas, nustatantis ultrafiltracijos vandens srautą (o tai sukels griežtesnį filtravimo efektą nei tikrasis membranos molekulinės masės ribos).

Molekulinės masės ribos

Membranos savybė, apibūdinanti tirpios medžiagos nominaliojo sulaikymo greitį žinomoje pašarų sistemoje, tai yra, mažiausias išsaugoto teršalo dydis.

Nominalus nukirstas

Vienoje žinomo tirpalo tirpalo sistemoje membranos porų dydis, atitinkantis maksimalų tirpiojo susilaikymo greitį (paprastai 90%).

Prasis

Vandens, praeinančio per filtro membraną, dalį iš esmės nėra koloidų, dalelių ir mikroorganizmų.

Atsigavimas

Gaminamo vandens procentinė dalis visame žaliame vandenyje.

% Atkūrimas=produkto vanduo/žalias vanduo × 100

Sulaikyti

Taip pat vadinamas koncentratu. Įtakos dalis, kuri negali praeiti per filtro membraną, įskaitant sulaikytas kietas medžiagas, kurių koncentracija yra didesnė nei įtakos.

Sulaikyti kraujavimą

Retentato dalis, kuri išleidžiama arba perdirbama iš ultrafiltracijos įrenginio. Šis iškrovos procesas neleidžia kauptis kaupimosi kietųjų medžiagų membranos filtravimo pusėje.

Atvirkštinis srautas

Skystis į membranos vamzdelį patenka sustiprintu būdu. Vanduo patenka į membranos vamzdelį iš viršutinio įleidimo vamzdžio, o po tam tikro laikotarpio jis keičiasi iš apačios. Šis pakopinis pokytis pagerina membranos srauto sąlygas.

Srautas į viršų

Ultrafiltracijos membranos modulio cirkuliacijos srauto kryptis teka iš apačios į modulio viršų.

3.1 Apžvalga

Ultrafiltracija yra filtravimo procesas, kurį lemia skysčio tangentinis srautas ir slėgis, ir atskiria daleles vandenyje pagal molekulinę masę. Ultrafiltracijos membranos porų dydis yra maždaug 0. 002-0} 1 mikrono diapazone (MWCO yra maždaug 1, 000-500, 000). Ištirpusios medžiagos ir medžiagos, mažesnės už membranos porų dydį, gali praeiti pro membraną kaip prasmę, o medžiagos, kurios negali praeiti per membraną, bus išlaikomos ir koncentruojamos nuotekose. Todėl pagamintame vandenyje (permeate) bus vandens, jonų ir mažų molekulių, o koloidai, dalelės, bakterijos, virusai ir pirmuonys bus pašalinti membranos.

Tuščiavidurio pluošto ultrafiltracijos membrana yra labai plona polimero medžiaga, pagaminta iš polisulfono PS, poliethersulfono PES, PVDF arba poliakrilonitrilo (PAN) su asimetrine mikroporine struktūra. Asimetrinė ultrafiltracijos membrana turi ypač lygią ir ploną ({{{0}}. 1 mikrono) vidinis paviršius, kurio poros dydis yra tarp 0. 002 ir 0,1 mikronų, kurį palaiko asimetrinės struktūros jūros paviršiaus atraminės konstrukcija, kurios dydis yra 15 mikronų. Dėl šio mažo porų lygaus membranos paviršiaus ir didesnės porų atraminės medžiagos derinys daro srauto atsparumą, kai mažos dalelės filtruoja labai mažą ir nėra lengva užsikimšti.

3.2 Pagrindiniai principai

Ultrafiltracija yra kryžminio srauto ir tangentinio srauto procesas, kai skystis, kurį reikia filtruoti, teka išilgai membranos paviršiaus. Tai sukuria skystas šlyties sąlygas ant tuščiavidurio pluošto vidinės sienos, todėl teršalams sunku susidaryti membranos paviršiuje.

Filtruojamas vanduo yra spaudžiamas dėl ultrafiltracinio vandens siurblio ir įvedant į membranos mazgą. Dėl slėgio skirtumo tarp membranos vidaus ir išorės, dalis vandens persmelkia membraną, o priemaišos vandenyje - likusiame vandenyje ir filtruojamos.

Jei priemaišos, kurias reikia atskirti, per daug nusėda ant membranos, atsižvelgiant į membranos tipą, tai sukels netirpių druskų nusėdimą arba susidarys dalinio dangos sluoksnio. Taigi, norint to išvengti, dalis vandens tekės kaip koncentratas. Priklausomai nuo membranos tipo ir taikymo, šis procesas turėtų būti vykdomas nuolat arba refliukso metu.

3.3 ultrafiltracijos charakteristikos

Iltafiltracija turi daug pranašumų, palyginti su tradiciniais valymo metodais:

• Gali visiškai pašalinti mikroorganizmus ir daleles

Teršalų pašalinimo greitis vandenyje

Komponentai PM10 PM100

Koloidinis silicio dioksidas 99,8% 99. 0%

Koloidinis geležis 99,8% 99. 0%

Koloidinis aliuminis 99,8% 99. 0%

Suspenduotos kietos medžiagos 5 LRV 4 LRV

Drumstumas <{{0}}. 3 ntu (paprastai mažesnis nei 0,1 ntu)

Sdi <1. 0 sdi

Giardia 6 LRV 5 LRV

Pirmuonys 6 LRV 5 LRV

Grybai 6 LRV 5 LRV

Virusas 5 LRV 4 LRV

Endovirusas 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70% AVG. 30%

• Filtravimo efektui įtakos neturi žaliavinio vandens kokybė
• Tai gali pašalinti chlorui atsparias bakterijas
• Ultrafiltracijos koncentrate yra tik tų medžiagų, esančių pradiniame vandenyje
• Palyginti su kitais tradiciniais metodais, nuosėdų kiekis ultrafiltracijoje yra žymiai mažesnis
• Kompaktiška laikiklio struktūra pagerina erdvės panaudojimą, taupo išlaidas ir taip pat gali būti labai lankstus pridedant esamų gamyklų įrangą.
• Ultrafiltracija gali pasiekti visiškai automatizuotą nuolatinę pramoninę gamybą.
• Kadangi ultrafiltracija beveik visiškai išfiltruoja medžiagas, kurios sudaro dengiantį sluoksnį, ploto apkrovą galima padidinti vėlesniuose membranos gryninimo etapuose, taip sumažinant vėlesnio valymo įtaiso skalę.

Neapdorotas vanduo patenka į tuščiavidurio pluošto vidinę ertmę ir per skaidulą filtruojamas iš vidaus į išorę.

Paprastai neapdorotas vanduo patenka iš vieno membranos elemento galo ir teka per visą pluošto ilgį esant slėgiui 30-40 psi.

Koncentratas, turintis didesnį kietą kiekį, yra išleidžiamas iš kito membranos elemento galo.

Persikartojimas teka į permainos surinkimo vamzdį membranos elemento centre po filtravimo per pluošto membranos sieną. Per vandens surinkimo vamzdį iš kiekvieno membranos elemento centro išleidžiamas permeatas.

Paprastai ultrafiltracija paprastai turi du eksploatavimo proceso režimus pagal neapdoroto vandens kokybę: aklavietės filtravimo režimą ir cirkuliacijos filtravimo režimą.

4.1 Dead-end filtravimo režimas

Paprastai naudojama, kai suspenduotos kietos dalys ir koloido kiekis žaliame vandenyje yra mažai (pvz., SS<5, turbidity <5NTU). The raw water enters the membrane tube at a low cross-flow rate, and the concentrated water is discharged from the other end of the membrane tube at a certain proportion. The produced water is produced on the filtrate side of the membrane tube, and the water recovery rate is usually 90%-99%, which is determined by the quality of the raw water. Compared with the circulation mode, the operating cost of dead-end filtration is low, but the recovery rate and the water output capacity of the system may be limited. This mode usually requires regular fast flushing and backwashing to maintain the system output. When the dirt accumulates to a certain extent, chemical cleaning is required for treatment.

4.2 Cirkuliacijos/kryžminio srauto filtravimo režimas

Kai suspenduotų kietųjų dalelių kiekis žaliame vandenyje yra didelis ir daugumoje ne vandens naudojimo būdų, būtina sumažinti atkūrimo greitį, kad būtų išlaikytas didelis srauto greitis membranos vamzdyje. Tai sukels daug nuotekų. Siekiant išvengti atliekų, išleidžiamas koncentruotas vanduo bus pakartotinai slopinamas ir grąžintas į membranos vamzdelį. Tokiu būdu, nors membranos vamzdžio atkūrimo greitis sumažėja, visos sistemos atkūrimo greitis vis dar gali būti labai didelis. Šiame režime įtakingas vanduo nuolat cirkuliuoja ant membranos paviršiaus. Didelis cirkuliuojančio vandens greitis neleidžia kauptis dalelių membranos srityje ir padidina srautą. Kadangi mažiau įtakingas vanduo gamina vandenį, norint gauti tą patį derlių, energijos suvartojimas yra didesnis nei aklavietės filtravimo režimas.