Profesionalus apsauginių filtrų membranų apdorojimo sistemose atrankos vadovas (I)

Apsauginiai filtrai (taip pat žinomi kaip tikslūs filtrai) yra „paskutinė gynybos linija“ membranų apdorojimo sistemose (RO, UF, MF ir kt.). Pagrindinė jų funkcija yra pašalinti smulkias skendinčias kietąsias medžiagas, koloidus ir kietąsias daleles (didesnes arba lygias 1 μm) iš tiekiamo vandens, užkertant kelią įbrėžimams ir membranos elementų užsikimšimui, pailginant membranos tarnavimo laiką ir sumažinant membranos valymo dažnumą bei eksploatavimo išlaidas. Jų pasirinkimas tiesiogiai lemia membraninės sistemos stabilumą ir ekonominį efektyvumą; netinkamai parinkus, membrana gali lengvai užsiteršti, sugadinti ir sumažėti permeato išeiga. Šiame straipsnyje, iš inžinerinės praktikos perspektyvos, išsamiai aprašoma pagrindinė logika, pagrindiniai parametrai, konkrečių scenarijų pritaikymo sprendimai, praktiniai aspektai ir dažniausiai pasitaikančios klaidingos nuomonės renkantis saugos filtrus, derinant profesionalumą ir praktiškumą. Jis tinka įvairiems membranų apdorojimo scenarijams, pvz., komunaliniam, pramoniniam, akvakultūros ir elektrinių pritaikymui.

(I) Pagrindinės pozicijos nustatymas (pramonės konsensusas, atrankos reikšmės paaiškinimas)
Apsaugos filtrai įrengiami prieš membraninės sistemos (RO/UF/MF) aukšto -slėgio siurblį (arba stiprintuvą). Jie laikomi galutiniu -parengiamojo apdorojimo etapu, į kurį patenka nuotekos po kvarcinio smėlio filtravimo, aktyvintos anglies filtravimo ir koaguliacijos sedimentacijos. Pagrindinės jų funkcijos yra šios:
Sulaikyti skendinčias kietąsias medžiagas, koloidus, rūdis, mikrobų flokus ir kitas priemaišas, kurių dalelių dydis yra didesnis arba lygus 1 μm, neleidžiant joms patekti į membranos elementus, subraižyti membranos paviršių ir užkimšti membranos poras;
Buferiniai įtekančio vandens kokybės svyravimai, membranos sistemos smūgio apkrovos mažinimas, membranos užsiteršimo rizikos mažinimas ir membranos valymo ciklo pailginimas (įprastomis aplinkybėmis membranos valymo ciklas pailginamas daugiau nei 30%);
Apsaugoti aukšto{0}}slėgio siurblio sparnuotę, neleidžiant kietosioms dalelėms nusidėvėti sparnuotės ir sumažinti įrangos gedimų dažnį.

Pagrindinis priminimas: apsauginiai filtrai negali pakeisti išankstinio apdorojimo (kvarcinio smėlio, aktyvintos anglies ir kt.). Jie naudojami tik kaip „atsarginė apsauga“. Neužbaigtas išankstinis apdorojimas gali lemti dažną apsauginio filtro elemento užsikimšimą, padidinti priežiūros išlaidas ir netgi turėti įtakos normaliam membranos sistemos veikimui.

(II) Būtinos atrankos sąlygos (3 pagrindiniai kriterijai, siekiant išvengti aklo pasirinkimo) Prieš pasirenkant filtrą, turi būti aiškiai apibrėžti trys pagrindiniai parametrai. Tai yra atrankos proceso pagrindas, tiesiogiai nulemiantis filtro specifikacijas, medžiagą ir kasetės tipą. Nieko negalima praleisti:
Įleidžiamo vandens kokybės parametrai: dėmesys sutelkiamas į SS (suspenduotų kietųjų medžiagų) kiekį (Mažiau arba lygus 10mg/L, rekomenduojama Mažiau arba lygu 5mg/L prieš membraną), drumstumą (Mažiau arba lygu 1NTU), kietųjų dalelių pasiskirstymą pagal dydį (susitelkite į dalelių proporciją Didesnė nei arba lygi chlorido kiekiui, chlorido kiekiui arba diapazonui);
Membranos sistemos parametrai: membranos tipas (RO, UF, MF), membranos elementų specifikacijos, projektinis prasiskverbimo srautas, darbinis slėgis ir įleidimo srauto greičio svyravimų diapazonas (paprastai apskaičiuojamas kaip 1,2 karto didesnis už projektinį srautą);
Eksploatavimo sąlygos: Nepertraukiamas / su pertrūkiais veikimas, darbinė temperatūra (normali / aukšta temperatūra), įrengimo erdvė, techninės priežiūros galimybės (ar galima dažnai keisti kasetę) ir aplinkos reikalavimai (ar būtina korozijos ir nuotėkio prevencija).

Apsaugos filtrų pasirinkimo esmė sukasi aplink tris pagrindinius modulius: „filtro elementą, korpusą ir specifikacijas“. Kiekvienas modulis turi būti pritaikytas prie įtekančio vandens kokybės, membranos sistemos parametrų ir veikimo sąlygų. Toliau pateikiami konkretūs atrankos svarstymai, suderinti su pramonės inžinerijos standartais.

(I) Filtro elemento pasirinkimas (Šerdies šerdis, tiesiogiai lemianti filtravimo efektyvumą) Filtro elementas yra pagrindinė saugos filtro sudedamoji dalis. Renkantis daugiausia dėmesio turėtų būti skiriama „filtravimo tikslumui, medžiagai ir struktūrai“. Šie trys veiksniai turi veikti darniai; vien siekti didelio tikslumo nepatartina.

1. Filtravimo tikslumo pasirinkimas (prisitaikymas prie membranos sistemos, vengiant per-filtravimo arba per mažo-filtravimo) Pagrindinis filtravimo tikslumo pasirinkimas yra „atitikti membranos elemento porų dydį“, vadovaujantis principu „filtravimo tikslumas, mažesnis nei 1/5–1/10 membranos porų dydžio arba jam lygus“. Jei nuotekoje yra daug suspenduotų kietųjų dalelių (SS) (5–10 mg/l) arba daug kietųjų dalelių, prieš apsauginį filtrą (dviejų{12}pakopų filtravimas) galima įdėti 10 μm išankstinį filtrą, kad pailgėtų šerdies filtro tarnavimo laikas. Jei įtekančio vandens kokybė gera (SS Mažiau arba lygi 1mg/L), prieš RO membraną galima naudoti 5 μm filtrą, kad būtų sumažintas filtro keitimo dažnis.

2. Filtro kasetės medžiagos pasirinkimas (tinka ėsdinančiajai vandens kokybei, apsaugo nuo filtrų kasetės pažeidimo ir išplovimo)
Filtro kasetės medžiaga turi būti parenkama atsižvelgiant į tokius parametrus kaip įtekančio pH, chlorido jonų kiekis ir temperatūra. Pagrindiniai reikalavimai yra „atsparumas korozijai, neišplovimas ir stabilus filtravimo efektyvumas“. Pagrindinės pramonės medžiagos ir tinkami jų taikymo scenarijai yra tokie:

• PP išlydyto filtro kasetė (pageidautina bendrosios paskirties):
- Medžiaga: polipropilenas (PP), geras cheminis stabilumas, rūgštims-atsparus (pH 1–14), šarmams-, bekvapis ir ne{5}}išplaunamas;
- Tinkami taikymo scenarijai: komunalinių nuotekų pakartotinis naudojimas, giluminis akvakultūros nuotekų valymas, koncentruotas nuotekų valymas iš elektrinės nusierinimo, geriamojo vandens išankstinis apdorojimas ir kitos įprastinės vandens savybės (chlorido jonų kiekis Mažiau arba lygus 2000 mg/L);
- Privalumai: maža kaina, lengvas pakeitimas, vienodas filtravimo tikslumas, gali sulaikyti koloidus ir suspenduotas medžiagas, tinka daugeliui membranų apdorojimo scenarijų;
- Contraindications: Not suitable for high-temperature (>60 laipsnių) arba didelės-koncentracijos organinio tirpiklio scenarijus.

• Plisuota filtro kasetė (pageidautina didelio{0}}tikslumo darbams): - Medžiagos: PP, PTFE (politetrafluoretilenas), nailonas; filtravimo tikslumas iki 0,1~5μm; didelis filtravimo plotas; - Tinka: RO membranos pirminiam-filtravimui, geriamojo vandens membranos apdorojimui, itin gryno vandens pirminiam apdorojimui elektronikos pramonėje (nereikalaujantis priemaišų išplovimo); - Privalumai: didelis filtravimo efektyvumas, didelė nešvarumų-laikymo talpa ir 30–50 % ilgesnis tarnavimo laikas nei lydytu pūstų filtrų kasečių; - Kontraindikacijos: PTFE medžiaga yra palyginti brangi; nailono medžiaga nėra{11}}atspari rūgštims (pH < 4).

• Nerūdijančio plieno filtro kasetė (scenarijai, kuriuos galima plauti atgal): - Medžiaga: 304 arba 316 l nerūdijantis plienas, atsparus aukštai temperatūrai (Mažiau arba lygus 120 laipsnių), atsparus korozijai (chlorido jonų kiekis mažesnis arba lygus 5000 mg/l ir pakartotinai plaunamas); - Tinkami scenarijai: pramoninių nuotekų su dideliu drumstumu ir dideliu kietųjų dalelių kiekiu (pvz., kasybos nuotekos, anglies plovimo nuotekos), aukštos-temperatūros sąlygos (pvz., elektrinės katilų tiekiamas vanduo) valymas membraniniu būdu; - Privalumai: galima plauti atgal, todėl sumažėja filtrų kasetės keitimo dažnis ir priežiūros išlaidos; - Kontraindikacijos: maksimalus filtravimo tikslumas yra tik 1 μm, o tai neatitinka aukštų{10}}RO membranų apsaugos tikslumo reikalavimų. Jis turi būti naudojamas kartu su PP klostuota filtro kasete.

3. Filtro kasetės struktūros ir specifikacijų pasirinkimas (filtro korpuso suderinimas, kad būtų užtikrintas vienodas srautas)
Filtro kasetės struktūra ir specifikacijos turi atitikti filtro korpusą. Pagrindiniai aspektai yra "ilgis, skersmuo ir sąsajos tipas". Pagrindinės pramonės specifikacijos yra šios:

• Ilgis: dažniausiai naudojami 10 colių, 20 colių, 30 colių ir pageidautina 40 colių. 20 colių (tinka daugumai mažų ir vidutinių membranų sistemų); esant dideliam- srautui (vandens gamyba > 50 m³/h), filtrų kasečių skaičiui sumažinti naudojamas 40 colių; esant mažo- srauto scenarijui (vandens gamyba < 10 m³/val.), siekiant sutaupyti vietos įrengimui, naudojamas 10 colių.

• Skersmuo: dažniausiai naudojamas φ65 mm (standartinė filtro kasetė), suderinama su įprastais apsauginiais filtrų korpusais, todėl nereikia papildomo pritaikymo ir sumažinamos išlaidos.

• Sąsajos tipas: dažniausiai naudojami plokščio{0} slėgio ir įterpimo tipai. Plokščiojo-slėgio tipai tinka daugeliui scenarijų, juos lengva montuoti ir išardyti; Įterpimo tipai užtikrina geresnį sandarumą ir tinka aukšto -slėgio sąlygoms (darbinis slėgis > 1,0 MPa).

(II) Korpuso pasirinkimas (prisitaikymas prie eksploatavimo sąlygų, stabilaus ir saugaus veikimo užtikrinimas)
Korpuso medžiaga, slėgio įvertinimas ir konstrukcijos konstrukcija tiesiogiai veikia apsauginio filtro tarnavimo laiką ir veikimo saugą. Renkantis reikia atsižvelgti į įtakingą koroziją, darbinį slėgį ir įrengimo erdvę.

1. Korpuso medžiagos pasirinkimas (atsparumas šerdies korozijai, korpuso nuotėkio prevencija)

• FRP (stiklo pluoštu sustiprinto plastiko) apvalkalas (pageidautinas bendrosios paskirties): - Charakteristikos: atsparus korozijai, lengvas, vidutinės kainos, atsparus rūgštims ir šarmams, tinka daugeliui vandens savybių (chlorido jonų kiekis yra mažesnis arba lygus 5000 mg/l); - Tinkami scenarijai: komunalinių, akvakultūros, elektrinių nuotekų sieros šalinimo ir kitų įprastinių membraninių valymo sistemų darbinis slėgis, mažesnis arba lygus 1,6 MPa; - Pastaba: venkite tiesioginių saulės spindulių; reikalingos tinkamos apsaugos nuo saulės priemonės, kad būtų išvengta lukšto senėjimo.

• Nerūdijančio plieno apvalkalas (atsparus korozijai-atsparus aukštam-slėgiui): - Medžiaga: 304 nerūdijantis plienas (bendras korozijos scenarijus), 316 l nerūdijantis plienas (labai korozijos atveju, chlorido jonų kiekis > 5000 mg/l); - Tinkami scenarijai: didelės-druskos, didelio-chlorido nuotekos (pvz., pakartotinis RO koncentrato naudojimas), aukšto-slėgio veikimas (slėgis > 1,6 MPa), geriamojo vandens membranos valymas (nereikalaujantis sunkiųjų metalų išplovimo); - Privalumai: didelis tvirtumas, geras sandarumas, ilgas tarnavimo laikas (iki 10 ar daugiau metų); - Pastaba: norint išvengti nerūdijančio plieno rūdžių, būtina reguliariai atlikti antikorozinę{16}}priežiūrą.

• Anglies plieno gumos -apvalkalas (didelio-tekėjimo, žemo{2}}slėgio scenarijai): - Charakteristikos: maža kaina, didelis tvirtumas, guminis pamušalas užtikrina atsparumą korozijai, tinka didelio-tėkmės scenarijams; - Tinkami scenarijai: didelio{6}}pramoninių nuotekų srauto membraninis valymas (produkto vanduo > 100 m³/h), darbinis slėgis mažesnis arba lygus 1,0 MPa; - Pastaba: guminis pamušalas yra linkęs nusidėvėti ir luptis, todėl reikia reguliariai tikrinti, kad būtų išvengta korpuso korozijos ir nuotėkio.

2. Slėgio normos pasirinkimas (Membranos sistemos darbinio slėgio suderinimas, kad būtų išvengta viršslėgio pažeidimo)

Apsauginio filtro korpuso slėgio vertė turi būti 1,25 karto didesnė už membraninės sistemos darbinį slėgį arba jam lygi, taip pat atsižvelgiant į įleidžiamo vandens slėgio svyravimus. Pramonės-standartiniai slėgio įvertinimai ir tinkamas jų pritaikymas yra tokie:

• 0,6 MPa: tinka žemo slėgio membranų sistemoms (tokioms kaip UF ultrafiltravimo membranos, darbinis slėgis 0,1–0,3 MPa), pirmiausia naudojamos mažoms ir vidutinėms akvakultūros nuotekoms ir pakartotiniam komunalinių nuotekų naudojimui;

• 1,0 MPa: tinka įprastoms RO membranų sistemoms (darbinis slėgis 0,4–0,8 MPa), pirmiausia naudojamas daugelyje pramoninių ir komunalinių membranų apdorojimo scenarijų;

• 1,6 MPa: tinka aukšto -slėgio RO membranų sistemoms (darbinis slėgis 0,8–1,2 MPa), pirmiausia naudojamas didelio- druskingumo nuotekoms, jūros vandens gėlinimui ir elektrinės katilų tiekimui;

• 2,5 MPa: tinka itin -aukšto-slėgio RO membranų sistemoms (darbinis slėgis 1,2–2,0 MPa), pirmiausia naudojamas jūros vandens gėlinimui ir didelės-koncentracijos koncentrato pakartotiniam naudojimui.

3. Struktūrinio projekto parinkimas (pritaikymas prie montavimo ir priežiūros, efektyvumo didinimas)

• Montavimo būdas: Vertikalus (pageidautina, taupo montavimo vietą, palengvina filtro elementų keitimą ir dumblo šalinimą), Horizontalus (tinka montavimo patalpoms su ribotu pajėgumu ir dideliu debitu, kai gamybos pajėgumas > 100 m³/h);

• Įleidimo / išleidimo angos kryptis: įprastinė „iš apačios į, iš viršaus į išorę“ užtikrina tolygų vandens tekėjimą per filtro elementą ir išvengia trumpojo{0} jungimo (nefiltruoto vandens patekimo tiesiai į membranos sistemą); „iš viršaus į apačią“, „iš apačios į apačią“ gali būti naudojamas specialiuose scenarijuose, siekiant palengvinti oro pašalinimą iš filtro;

• Pagalbinė konstrukcija: reikalingas diferencinio slėgio matuoklis (siekiant stebėti filtro elemento užsikimšimą, diapazonas 0–0,2 MPa), išleidimo angos (reguliariam drenažui, kad nesusikauptų nešvarumai), išmetimo angos (orui pašalinti ir oro užsikimšimui) ir filtro elemento suspaudimo įtaiso (kad filtro elementas neatsipalaiduotų ir būtų užtikrintas sandarumas).

(III) Specifikacijos parametrų pasirinkimas (srauto greičio atitikimas, filtravimo efekto ir veikimo efektyvumo užtikrinimas)
Pagrindinės specifikacijos yra „filtro elementų skaičius ir filtro skersmuo“, kuriuos reikia apskaičiuoti pagal suprojektuotą membranos sistemos gamybos pajėgumą, kad būtų išvengta nepakankamo srauto arba per didelės filtro elementų apkrovos.

1. Filtro kasetės kiekio apskaičiavimas (pagrindinė formulė, tiesiogiai taikoma inžinerinėje praktikoje)

Filtro kasetės kiekis=Projektinis srautas (m³/h) ÷ Nominalus srautas vienai filtro kasetei (m³/h) × 1,2 (saugos koeficientas, siekiant susidoroti su srauto greičio svyravimais)

Vardinis srautas vienai filtro kasetei (pramonės standartas, pagrįstas filtro kasetės ilgiu):

• 10 colių filtro kasetė: 0,5–1,0 m³/h;

• 20 colių filtro kasetė: 1,0–2,0 m³/h;

• 30 colių filtro kasetė: 1,5–3,0 m³/h;

• 40 colių filtro kasetė: 2,0–4,0 m³/val.

Pavyzdys: tam tikra RO membraninė sistema skirta gaminti 20 m³/h vandens. Naudojant 20-colių PP lydalo pūtimo filtrų kasetes (vardinis srautas vienoje kasetėje 1,5 m³/h), kasečių skaičius=20 ÷ 1,5 × 1,2 ≈ 16 kasečių. 16 kasečių iš tikrųjų sunaudojama (arba 18 kasečių).

2. Filtro skersmens pasirinkimas (suderinamas su filtro kasetės kiekiu, užtikrinantis vienodą vandens srautą)

Filtro skersmuo turi būti apskaičiuojamas pagal filtrų kasečių skaičių ir skersmenį, kad tarp kasečių būtų pakankamai vandens srauto kanalų (atstumas didesnis nei 10 mm arba lygus 10 mm), kad netolygus vandens srautas neperkrautų kai kurių kasečių.

• 1~5 filtrų kasetės: φ200mm korpusas;

• 6~12 filtrų kasečių: φ300mm korpusas;

• 13~20 filtrų kasečių: φ400mm korpusas;

• 21~30 filtrų kasečių: φ500mm korpusas.

Papildymas: esant dideliam-sraumui (vandens gamyba > 50 m³/h), galima lygiagrečiai prijungti kelis apsauginius filtrus, kad būtų išvengta per didelio vieno filtro skersmens, kuris gali turėti įtakos veikimui, priežiūrai ir montavimui.