Колко знаете за ултрафилтрацията в чистите водни системи? (I)

1.1. Въведение в класификацията на процесите на разделяне на мембраната

Въз основа на точността на разделяне, технологията за разделяне на течността на мембраната обикновено може да бъде разделена на четири категории: микрофилтрация (MF), ултрафилтрация (UF), нанофилтрация (NF) и обратна осмоза (RO). Тяхната точност на филтриране се увеличава в горния ред.

Микрофилтрацията може да пресече частици между {{0}}. 1 и 1 микрон. Микрофилтрационните мембрани позволяват да преминат макромолекули и разтворими твърди вещества (неорганични соли), но ще пресекат суспендираната материя, бактериите и колоидите с голямо молекулно тегло. Работното налягане на микрофилтрационните мембрани обикновено е 0. 7-7 бар.

Ултрафилтрацията може да пресече макромолекули и протеини между {{0}}. 002 и 0,1 микрона. Ултрафилтрационните мембрани позволяват да преминат малки молекули и разтворими твърди вещества (неорганични соли), докато прихващат колоиди, протеини, микроорганизми и макромолекулярно органично вещество. Диапазонът на отрязването на молекулното тегло, използван за обозначаване на размера на порите на ултрафилтрационните мембрани, обикновено е между 1000 и 500000. Работното налягане на ултрафилтрационната мембрана обикновено е 1-7 бар.

Нанофилтрацията може да пресече наноразмер (0. 001 Micron) вещества. Работният диапазон на нанофилтрационната мембрана е между ултрафилтрация и обратна осмоза. Молекулното тегло на прихванато органична материя е около 200-800 MW, а способността за прихващане на разтворени соли е между 20%-98%. Скоростта на отстраняване на разтворимите моновалентни йони е по-ниска от тази на високо валентни йони. Нанофилтрацията обикновено се използва за отстраняване на органични вещества и пигменти в повърхностни води, твърдост и радий в подземните води и частично отстраняване на разтворените соли и извличане и концентриране на полезни вещества в хранителната и фармацевтичната продукция. Работното налягане на нанофилтрационната мембрана обикновено е 3. 5-30 бар.

Обратната осмоза е най -усъвършенстваният продукт за разделяне на мембраната, който може ефективно да пресече всички разтворени соли и органична материя с молекулно тегло, по -голямо от 100, като същевременно позволява да преминат водните молекули. Мембраните за обратна осмоза се използват широко при обезсоляване на морска вода и солена вода, водна вода за котела, промишлена чиста вода и електронна подготовка на вода с висока чистота, пиене на чисто производство на вода, обработка на отпадни води и специални процеси на разделяне. Работното налягане на мембраните за обратна осмоза обикновено е между 12 бара за солена вода и 70 бара за морска вода.

1.2. Видове и характеристики на приложението на ултрафилтрационните мембрани

Ултрафилтрационните мембрани са разделени главно на четири типа според тяхната структура: мембрани на плочата, ролкови мембрани, тръбни мембрани и мембрани на кухи влакна.

Мембрана на плочата: Тя е най -ранната мембрана, но тъй като е трудно да се гарантира подходящата скорост на потока върху повърхността на мембраната и сложните проблеми за уплътняване, прилагането на този тип мембрана е много ограничено. Изискванията за предварителна обработка не са строги;

Roll Membrane: Разработена от мембраните на плочата, тъй като решетката на мембраната на ролката носи мъртви точки и не може да бъде промито, обикновено не е подходяща за промишлена обработка на сурова вода. Те са подходящи за разделяне на материалите с високо температура и високо налягане и т.н., а изискванията за предварително третиране не са строги;

Тръбна мембрана: Поради високата си консумация на енергия, тя не е подходяща за обикновена обработка на водата от икономическа гледна точка. Обикновено е подходящ за течности с високо съдържание на твърдо вещество или висока концентрация на масло. Сред четирите мембрани изискванията му за предварителна обработка са най -малко строги.

Мембрана на кухи влакна: Тъй като има ниско налягане, няма мъртва точка в канала, висок поток и може да се измие, той е добър избор, с изключение на специални водни тела (като високо съдържание на масло, високо съдържание на твърдо вещество и т.н.). Сред четирите мембрани той е най -широко използваният при пречистването на водата.

ЗАБЕЛЕЖКА: Тъй като мембраната на кухите влакна е най -широко използваната, с изключение на общите точки в следните материали, всички останали материали се обясняват с мембраната на кухите влакна като пример.

1.3. Обхват на приложение

Ултрафилтрацията се използва широко в областта на обработката на водата. Според случаите на приложение, той може да се използва главно за:

1.3.1. Предварителна обработка на сурова вода (повърхностна вода, подземни води, чешмяна вода)

Изгнилен, подмяна на пясъчен филтър, RO предварителна обработка и обмен на йонен обмен предварително обработка

Използвана при предварително лечение, ултрафилтрацията замества избистрянето или пясъчния филтър за отстраняване на твърди вещества и колоиди в суровата вода, за да се подобри работата на последващото оборудване, като подобряване на честотата на обратната промивка на йонния обменник и честотата на подмяна на елементите на мембраната на обратната осмоза, но изисква по-често почистване/промиване. Типът мембрана обикновено е 100, 000 молекулно отрязване.

1.3.2. Пречистване лечение

Отстраняване на частици (като 18WΩ вода), отстраняване на микроорганизми и пирогени, RO или йонен обмен след третиране

Ултрафилтрацията се използва за отстраняване на колоиди и твърди вещества във вода след оборудване за обратна осмоза/йонно обмен. Той има висока проницаемост на водата и ниска честота на почистване. Не изисква често почистване/промиване. Той се почиства само когато налягането на системата спадне до ниво, което прави работата неудобна или се произвежда бактерии. Във фармацевтичната и електроничната индустрия ултрафилтрацията се поставя в точката на използване за отстраняване на микроорганизми и пирогени. Типът мембрана обикновено е 10, 000-100, 000 молекулни прекъсвания.

1.3.3. Циркулация и повторна употреба на вода

След биохимично лечение и изясняване (вторично и третично)

Анизотропна мембрана

Синтетично полимерно кухо влакно, състоящо се от много стегната, тънка вътрешна мембрана и външна структура, подобна на гъба. Тази вътрешна мембрана действа като полупропусклива ултрафилтрационна мембрана.

Средно трансмембранно налягане

Разликата между средното налягане на страната на производството на вода и входа и изхода на суровата вода,

Средно трансмембранно налягане=(p in + p out) / 2 - p производство на вода

Назад

Предавайте качествената вода Permeate от външната страна на кухото влакно отвътре. Тъй като водата се предава през влакното от обратната посока, тя се разхлабва и измива мръсотията върху повърхността на мембраната.

Забележка: По време на този процес няма натиск върху вътрешността на мембраната на влакната.

Колоидно замърсяване

На повърхността на мембраната се образува слой за утаяване на частици вътре в кухото влакно.

Концентрат или отхвърлете

Частта от суровата вода, която не може да премине през мембраната, тя съдържа примеси като частици, колоиди, бактерии и пирогени с по -висока концентрация от суровата вода.

Поляризация на концентрацията

Явлението, което кара отхвърлената суспендирана материя да се събира на повърхността на мембраната. Високата сила на срязване (висок дебит) във влакната може да намали поляризацията.

Кръстосан поток

Концентрираната вода тече в посока, успоредна на ефективната повърхност на мембраната, която помага да се изхвърлят отломките на замърсителите върху повърхността на мембраната.

Диференциално налягане

Разликата на налягането между входа и изхода на тръбата на мембраната на влакната. Разлика в налягането pd=p in - p out

Низходящ поток

Посоката на потока на циркулацията на модула за ултрафилтрационна мембрана тече от горната част до долната част на модула.

Хранене

След това водата, влизаща в ултрафилтрационната система, се разделя на произведена вода и концентрирана течност.

Поток

Дебитът на произведената вода, преминаваща през мембраната, обикновено се изразява като галони вода на квадратен фут от мембранната площ на ден (GFD), GFD {{0}} lmh x 0,59

Поток напред

Посоката на потока на циркулацията на отпадъчните води обикновено е нагоре за вертикално инсталирани мембранни тръби.

Гел слой

Слой с висока концентрация или твърда утайка, обикновено вещества с високо молекулно тегло, образувани върху ефективната вътрешна повърхност на ултрафилтрационната мембрана в експлоатация. Често проницаемостта на гел слоя, а не пропускливостта на филтърната мембрана, определя водния поток на ултрафилтрацията (което ще доведе до по -строг ефект на филтриране от действителното прекъсване на молекулното тегло на мембраната).

Молекулно прекъсване на теглото

Свойство на мембраната, което описва номиналната скорост на задържане на разтворител в известна захранваща система, тоест минималният размер на задържания замърсител.

Номинална отрязана

В една система за разтвори на известен разтворител, размерът на порите на мембраната, съответстващ на максималната скорост на задържане на разтвора (обикновено 90%).

Пермеат

Частта от водата, която преминава през филтърната мембрана, е в основата си без колоиди, частици и микроорганизми.

Възстановяване

Процентът на произведената вода в общата сурова вода.

% Възстановяване=Продуктна вода/сурова вода × 100

Ретрантиране

Наричан още концентрат. Частта от влиянието, която не може да преминава през филтърната мембрана, включително задържани твърди частици с концентрация по -висока от тази във влиянието.

Задържане на кървене

Частта от ретинтата, която се изхвърля или рециклира от ултрафилтрационния блок. Този процес на изхвърляне предотвратява натрупването на задържани твърди вещества от страна на филтрацията на мембраната.

Поток на обръщане

Течността влиза в мембранната тръба по поетапна начин. Водата влиза в мембранната тръба от горната входна тръба и след определен период от време тя се променя от дъното. Тази подредена промяна подобрява условията на потока в мембраната.

Нагоре поток

Посоката на потока на циркулацията на модула за ултрафилтрационна мембрана тече от дъното до горната част на модула.

3.1 Преглед

Ултрафилтрацията е процес на филтриране, задвижван от течен тангенциален поток и налягане, и разделя частиците във вода според молекулното тегло. Размерът на порите на ултрафилтрационната мембрана е приблизително в обхвата на 0. 002-0. 1 Micron (MWCO е приблизително 1, 000-500, 000). Разтворените вещества и вещества, по -малки от размера на мембранната пора, могат да преминат през мембраната като пермеат, докато вещества, които не могат да преминат през мембраната, ще бъдат задържани и концентрирани в отпадъчните води. Следователно произведената вода (пермеат) ще съдържа вода, йони и малки молекули, докато колоидите, частиците, бактериите, вирусите и протозои ще бъдат отстранени от мембраната.

Ултрафилтрационната мембрана на кухите влакна е много тънък полимерен материал, изработен от полисулфон PS, полиетерсулфон PES, PVDF или полиакрилонитрил (PAN) с асиметрична микропореста структура. Асиметричната ултрафилтрационна мембрана има изключително гладка и тънка ({{0}}. 1 Микрон) вътрешна повърхност с размер на порите между 0. 002 и 0,1 микрона, която се поддържа от асиметрична структура на морската повърхност с размер на пората като 15 микрона. Комбинацията от тази малка порна гладка мембрана и по -голям материал за поддържане на порите прави устойчивостта на потока на филтриращи малки частици много малки и не е лесно да се запушва.

3.2 Основни принципи

Ултрафилтрацията е процес на напречен поток и тангенциален поток, при който течността, която се филтрира, тече по мембранната повърхност. Това създава условия на срязване на течността върху вътрешната стена на кухото влакно, което затруднява образуването на замърсители върху повърхността на мембраната.

Водата, която трябва да се филтрира, се наляга на налягане чрез ултрафилтрационната водна помпа и се въвежда в мембранния монтаж. Поради разликата в налягането между вътрешната и външната част на мембраната, част от водата прониква в мембраната, докато примесите във водата се задържат в останалата вода и се филтрират.

Ако примесите, които трябва да бъдат разделени, се отлагат твърде много върху мембраната, в зависимост от вида на мембраната, това ще доведе до отлагане на неразтворими соли или образуване на частичен покривен слой. Така че, за да се избегне това, част от водата ще изтича като концентрат. В зависимост от вида на мембраната и приложението, този процес трябва да се извършва непрекъснато или по време на рефлукс.

3.3 Характеристики на ултрафилтрацията

Ултрафилтрацията има много предимства пред традиционните методи за пречистване:

• Може напълно да премахне микроорганизмите и частиците

Степента на отстраняване на замърсителите във вода

Компоненти PM10 PM100

Колоиден силициев диоксид 99,8% 99. 0%

Колоидно желязо 99,8% 99. 0%

Колоиден алуминий 99,8% 99. 0%

Суспендирани твърди вещества 5 LRV 4 LRV

Мътност <{{0}}. 3 ntu (обикновено по -малко от 0,1 ntu)

SDI <1. 0 SDI

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoa 6 LRV 5 LRV

Гъбички 6 LRV 5 LRV

Вирус 5 LRV 4 LRV

Ендовирус 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70% ср. 30%

• Ефектът на филтрация не се влияе от качеството на суровата вода
• Може да премахне устойчиви на хлор бактерии
• Ултрафилтрационният концентрат съдържа само онези вещества, съдържащи се в оригиналната вода
• В сравнение с други традиционни методи, количеството утайка в ултрафилтрацията е значително по -малко
• Компактната структура на скобата подобрява използването на пространството, спестява разходите и може да бъде много гъвкава при добавянето на оборудване в съществуващите инсталации.
• Ултрафилтрацията може да постигне напълно автоматизирано индустриално непрекъснато производство.
• Тъй като ултрафилтрацията може почти напълно да филтрира веществата, които образуват покриващия слой, натоварването на площта може да се увеличи в следващите стъпки за пречистване на мембраната, като по този начин намалява скалата на последващото устройство за пречистване.

Суровата вода влиза във вътрешната кухина на кухото влакно и се филтрира отвътре навън през влакното.

Обикновено суровата вода влиза от единия край на мембранния елемент и тече през цялата дължина на влакното под налягането на 30-40 psi.

Концентрат с по -високо съдържание на твърдо вещество се изхвърля от другия край на мембранния елемент.

Пермеатът се влива в тръбата за събиране на пермеат в центъра на мембранния елемент след филтриране през стената на мембраната на влакната. Прометът изтича от центъра на всеки мембранен елемент през тръбата за събиране на вода.

Ултрафилтрацията обикновено има два режима на работа в процеса според качеството на суровата вода: режим на филтриране на задънена улица и режим на филтриране на циркулацията.

4.1 Режим на филтриране на задънена улица

Обикновено се използва, когато суспендираните твърди вещества и съдържанието на колоиди в суровата вода е ниско (като 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 Режим на филтриране на циркулация/кръстосан поток

Когато съдържанието на суспендирани твърди вещества в суровата вода е високо и в повечето неводни приложения е необходимо да се намали скоростта на възстановяване, за да се поддържа висок дебит вътре в мембранната тръба. Това ще доведе до много отпадни води. За да се избегне отпадъците, изхвърлената концентрирана вода ще бъде повторно налягане и ще се върне в мембранната тръба. По този начин, въпреки че скоростта на възстановяване на мембранната тръба е намалена, скоростта на възстановяване на цялата система все още може да бъде много висока. В този режим влиятелната вода циркулира непрекъснато върху повърхността на мембраната. Високата скорост на циркулиращата вода предотвратява натрупването на частици върху мембранната област и увеличава потока. Тъй като по-малко влияещата вода се произвежда вода, за да се получи същия добив, консумацията на енергия е по-голяма от режима на филтриране на мъртвия край.