Керамічна UF мембрана

 

 

 

1. Що таке ультрафільтраційна мембрана

Ультрафільтраційна мембрана є однією з найбільш ранніх розроблених полімерних мембран. Це мікропориста фільтруюча мембрана з номінальним діапазоном розмірів пор 0,001~0,02 мікрона. Коли до однієї сторони мембрани прикладається відповідний тиск, розчинник у розчині та деякі розчинені речовини з меншою молекулярною масою проникають із крихітних пор ультрафільтраційної мембрани на іншу сторону мембрани, тоді як розчинені речовини з більшою молекулярною масою або деякі емульговані міцели утримуються, таким чином досягаючи ефекту фільтраційного розділення.

 

У сфері очищення води ультрафільтраційна мембранна технологія є більш ефективною у фільтрації домішок, ніж інші технології фільтрації. Його точність фільтрації може досягати 99,99%, що може ефективно видалити більшість шкідливих речовин у воді; і він використовує мало або зовсім не використовує хімічних агентів, щоб ефективно уникнути вторинного забруднення якості води, тому якість очищеної води є кращою. На робочому рівні система фільтрації на основі ультрафільтраційної мембранної технології має високий ступінь автоматизації, просту та надійну роботу та лише дві операції: увімкнення та вимкнення. Оскільки матеріал ультрафільтраційної мембрани має сильну хімічну стабільність, стійкість до кислотної та лужної корозії та стійкість до високих температур, її можна стерилізувати при високій температурі та має широкий спектр застосування.

 

 

Принцип ультрафільтраційної мембранної технології:

 

Ультрафільтраційна мембранна технологія - це технологія мембранного проникнення, її фільтраційна здатність знаходиться між нанофільтрацією та мікрофільтрацією. Його принцип роботи:

 

Коли розчин проходить через напівпроникну мембрану, під дією тиску невеликі молекули розчинника та розчиненої речовини можуть пройти через мембрану фільтра на іншу сторону мембрани, тоді як макромолекули та колоїди в розчиненій речовині перехоплюються, оскільки вони не можуть пройти через пори мембрани фільтра. У міру того як розчин продовжує текти, все більше і більше речовин перехоплюється на мембрані. Тому для досягнення ультрафільтрації до розчинника необхідно прикладати більший тиск. У той же час речовини, що утворюються на поверхні мембрани, також демонструють певні хімічні властивості, а також мають ефект перехоплення та розкладання деяких забруднюючих речовин, завдяки чому досягається очищення води.

 

Оскільки макромолекули продовжують збиратися на поверхні мембрани, швидкість фільтрації продовжує зменшуватися, і виникає явище «концентраційної поляризації». Щоб ультрафільтрація могла проводитися безперервно та ефективно, у реальній роботі часто використовуються ультрафільтраційні пристрої з перемішуванням для усунення явища «концентраційної поляризації».

 

Характеристики ультрафільтраційної мембранної технології:

 

Порівняно з іншими технологіями очищення води ультрафільтраційна мембранна технологія має багато незрівнянних переваг:

 

По-перше, ультрафільтраційна мембрана має високу хімічну стабільність, може витримувати високу температуру, кислоту та луг, тому вона не вимагає високої якості води та має сильну універсальність;

 

По-друге, принцип ультрафільтраційної мембранної технології є простим, легким у реалізації автоматичної роботи, економією робочої сили та простотою експлуатації, простотою обслуговування, безпечною та стабільною роботою;

 

По-третє, ультрафільтраційна мембранна технологія є фізичним методом, і під час процесу очищення води не потрібні хімічні агенти, тому вона може ефективно запобігати вторинному забрудненню водойм;

 

По-четверте, технологія ультрафільтраційної мембрани має високу ефективність і великий об’єм очищення води, особливо для очищення міської питної води з меншим забрудненням, демонструючи надзвичайно високу ефективність;

 

 

Очищення міської питної води

З розвитком суспільства люди висувають все більш високі вимоги до безпеки питної води, але в той же час забруднення міських джерел води в моїй країні стає все більш і більш серйозним, і якість прямої води не відповідає стандартам питної води, тому необхідно очищати міську питну воду.

 

Міська питна вода в основному надходить із підземних і поверхневих вод. Механізми забруднення двох джерел води різні, але забруднювачами є переважно нестатеві організми, бактерії, гриби, віруси, зважені речовини тощо.

 

Традиційні методи очищення питної води можуть досягти інактивації та очищення мікроорганізмів і грибків, а також очищення зважених часток на мікрон-рівні. На цій основі технологія ультрафільтраційної мембрани також може досягти ефективного видалення частинок нано-рівня, тому якість стічної води є вищою, що має велике значення для здоров’я питної води міських жителів.

 

Опріснення морської води

Не-відновлювані ресурси, ресурси прісної води, доступні людині для пиття на землі, дедалі більше виснажуються, і нестача води стала однією з найнагальніших проблем, з якими стикається сучасна людина. Опріснення морської води вважається ефективним способом вирішення проблеми питної води. На даний момент технологія опріснення морської води, яка більше вивчається у світі, це технологія електродіалізу. Незважаючи на те, що електродіаліз вважається ефективним методом опріснення морської води, його експлуатаційні витрати високі, а швидкість відновлення низька. З розвитком технології ультрафільтраційна мембранна технологія почала використовуватися для опріснення морської води методом зворотного осмосу. Його чудова продуктивність розділення та фізико-хімічні властивості ще більше підвищили ефективність опріснення морської води та значно знизили споживання енергії.

 

Очищення гальванічних стічних вод

Обсяг стічних вод, які утворюються в електропромисловості, величезний, і вони містять велику кількість шестивалентного хрому, міді, нікелю та інших важких металів. Він надзвичайно шкідливий і має дуже низьку здатність до біологічного розкладання. У реальній роботі часто використовуються окислення заліза та електроліз, але окислення заліза призведе до утворення великої кількості шламу, який потребує подальшої обробки: хоча електроліз добре очищає електричні стічні води, його експлуатаційні витрати є високими, і він не підходить для-широкомасштабного просування. Комбіноване використання технології ультрафільтрації та технології зворотного осмосу вважається ефективним методом гальванічного очищення стічних вод. Використання двох мембранних технологій може видалити більшість важких металів, органічного вуглецю та нітратів у гальванічних стічних водах, а використання ультрафільтраційних мембран також зменшує забруднення осмотичних мембран і збільшує термін служби.

 

Очищення замаслених стічних вод

Основні джерела забруднених стічними водами включають розливи сирої нафти, стічні води бійні та побутові стічні води тощо. Його основними компонентами є плаваюча нафта, дисперсна нафта, емульговане масло та важка нафта тощо. Зазвичай використовуваним пристроєм для очищення нафтовмісних стічних вод є масловіддільник, але він не може очищати емульговане масло, тому флотація часто використовується для допоміжної обробки. Оскільки емульговані молекули нафти, як правило, великі, технологія ультрафільтраційної мембрани може бути використана для проходження маслянистих стічних вод через ультрафільтраційну мембрану під тиском, і емульгована нафта та інші макромолекулярні забруднюючі речовини будуть перехоплені з високою ефективністю видалення.

 

Повторне використання міських стічних вод

Повторне використання міських стічних вод є важливим заходом для зменшення тиску міської води. Після того, як міські побутові стічні води будуть очищені відповідно до стандартів повторного використання, вони будуть використовуватися для озеленення міської води та міських систем рекультивованої води. Використання ультрафільтраційної мембранної технології може швидко очищати міські стічні води відповідно до стандартів. Оскільки міські стічні води мають хорошу здатність до біологічного розкладання, у реальній роботі, щоб покращити якість стоків, процес циклічного активованого мулу (CASS) і ультрафільтраційна мембранна технологія часто використовуються одночасно. За умов часу гідравлічної дії 12 годин швидкість видалення ХПК цим методом сягає понад 86%. Швидкість видалення аміачного азоту досягає понад 90%, а значення рН стоків коливається від 7,25 до 7,89, що відповідає стандарту повторного використання міської води.

 

Рекуперація стічних вод харчової промисловості

Окрім покращення якості стоків, ультрафільтраційна мембранна технологія також може концентрувати та переробляти велику кількість корисних твердих речовин. Найбільш типове застосування в харчовій промисловості. Стічні води харчової промисловості містять велику кількість жиру, білка, крохмалю, дріжджів тощо. Якщо ці речовини потраплять у зовнішнє середовище, вони не лише спричинятимуть забруднення навколишнього середовища, а й створюватимуть багато відходів. Таким чином, технологія модуля ультрафільтрації використовується для перехоплення корисних компонентів у стічній воді, і в той же час БПК і ГПК у воді також відокремлюються від води. Відокремлені речовини навколишнього середовища витягуються та переробляються, що може принести більші економічні вигоди підприємству.

 

 

1. Повно-режим фільтрації потоку
Якщо вміст завислих речовин, каламутність і ХПК у потоках ультрафільтрації низькі, як-от поверхнева вода, вода з колодязів, водопровідна вода та морська вода з гарною якістю води, або перед ультрафільтрацією встановлено сувору попередню обробку, як-от обладнання для коагуляції та освітлення, піщаний фільтр і багато-медійний фільтр та інші джерела води з низькою якістю води, ультрафільтрація може працювати в повно-режимі фільтрації потоку. Цей режим фільтрації схожий на традиційну фільтрацію. Поточна вода потрапляє в вузол ультрафільтраційної мембрани, і вся проходить через поверхню мембрани, перетворюючись на вироблену воду та витікаючи з боку фільтрату ультрафільтраційної мембрани. Такі домішки, як суспендовані тверді речовини, колоїди та макромолекулярні органічні речовини, що перехоплюються ультрафільтраційною мембраною, виводяться з мембранного вузла за допомогою зворотного промивання водою за часом, зворотного промивання з хімічним посиленням і регулярного хімічного очищення.

 

2. Перехресна-фільтрація

Коли вміст завислих речовин і каламутність у воді, що надходить на ультрафільтрацію, є високими, наприклад у стічних водах або системах повторного використання стічних вод, ультрафільтрація може працювати в режимі-перехресної фільтрації. Потік потрапляє в мембранний вузол ультрафільтрації, частина його проходить через поверхню мембрани, перетворюючись на вироблену воду, а інша частина виводиться з вузла мембрани разом із домішками, такими як зважені речовини, перетворюючись на концентровану воду. Скинута концентрована вода повторно -піддається тиску та циркулює назад до мембранного вузла, зберігаючи силу зсуву, створювану високою швидкістю потоку на поверхні мембрани, і видаляючи домішки, такі як зважені речовини, що перехоплюються на поверхні мембрани, щоб утримувати шар забруднення ультрафільтраційної мембрани на відносно тонкому рівні.

 

3. Фільтрація зливу концентрату

Коли вміст зважених твердих речовин у надходженні UF низький, UF може працювати в режимі фільтрації концентрату. Потік потрапляє в мембранний вузол UF і виводиться з мембранного вузла з низькою часткою концентрату, як правило, 5-10% від об’єму потоку, і більша частина потоку проходить через поверхню мембрани, перетворюючись на пластову воду.

 

Роботи в режимі фільтрації нагнітання концентрату та перехресного-потоку також вимагають зворотного промивання водою за певним часом, зворотного промивання з хімічним посиленням і регулярного хімічного очищення для відновлення ефективності фільтрації UF-мембрани. Повно{2}}режим фільтрації має низьке енергоспоживання та низький робочий тиск, тому експлуатаційні витрати нижчі; у той час як режим-перехресної фільтрації може обробляти вплив із високим вмістом завислих речовин. Вибір конкретного режиму повинен бути визначений на основі вмісту зважених твердих речовин, каламутності та ХПК у вхідній рідині.

 

 

1. Виявлення роботи UF мембрани

Щоб перевірити робочий ефект УФ-пристрою та можливість забруднення мембрани, необхідно контролювати деякі ключові параметри під час роботи УФ-пристрою.

 

1.1 Каламутність: відноситься до зважених речовин, таких як бруд, пил, дрібна органічна речовина, планктон і колоїдні речовини у воді, які призведуть до того, що якість води стане каламутною та матиме певний ступінь каламутності. Зазвичай ці зважені речовини та колоїдні речовини також паразитують у бактеріях і вірусах. Наприклад, каламутність питної води, як правило, не повинна перевищувати 1 NTU, а каламутність потоку, що витікає з ультрафільтраційної мембрани, зазвичай не повинна перевищувати 0,1 NTU.

 

1.2 TSS (загальний вміст завислих речовин): відноситься до твердих речовин, які утримуються на мембрані фільтра після того, як зразок води проходить через мембрану фільтра з розміром пор 0,45 мкм і висушується до постійної ваги при 103 градусах ~105 градусах. Загальна кількість завислих речовин є одним із важливих показників для вимірювання ступеня забруднення води. Цей параметр, як правило, більш точний, ніж каламутність (каламутність зазвичай не може виявити дуже дрібні частинки).

 

1.3 SDI (індекс щільності замулення): це один із важливих параметрів індексу якості води системи очищення води зворотним осмосом. Значення SDI представляє вміст частинок, колоїдів та інших речовин у воді, які можуть блокувати різне обладнання для очищення води. Цей параметр зазвичай використовується для визначення можливості блокування частками та колоїдами у воді різного обладнання для очищення води (див. малюнок нижче).

 

Визначення SDI полягає в постійному додаванні певного тиску (30 фунтів/кв. дюйм, що еквівалентно 2,1 кг/см) до виміряної проби води на мембрані мікропористого фільтра діаметром 47 мм і розміром пор 0,45 мкм, а також запис часу Ti (у секундах), необхідного для фільтрації 500 мл води, і часу Tf (у секундах), необхідного для повторного фільтрування 500 мл води після безперервної фільтрації. протягом 15 хвилин (T). Значення SDI розраховується за формулою; зазвичай вимагається, щоб значення SDI входу системи зворотного осмосу (тобто ультрафільтраційної води) не перевищувало 5.

 

1.4 TOC (загальний органічний вуглець): цей параметр найчастіше використовується для визначення вмісту органічних речовин у воді. Він відноситься до загальної кількості вуглецю в розчиненій і зваженій органічній речовині у воді, включаючи природні та синтетичні органічні речовини. Загальний вміст органічного вуглецю зазвичай використовується для оцінки можливості та тенденції органічного забруднення та біологічного забруднення мембрани в потокі ультрафільтрації. Коли ТОС потоку ультрафільтраційної мембрани перевищує 2 мг/л, це означає, що ймовірність біологічного забруднення на поверхні ультрафільтраційної мембрани дуже висока.

 

1.5 DOC (розчинений органічний вуглець): Частина загального органічного вуглецю (TOC), яка може бути розчинена у воді, зазвичай відноситься до органічного вуглецю, який може проходити через мембрану фільтра з розміром пор 0,45 мікрон і не випаровується та не втрачається під час процесу аналізу. За винятком стічних вод, частка розчиненого органічного вуглецю (DOC) у більшості природних водойм до загального органічного вуглецю (TOC) становить приблизно 80-95%.

 

1.6 Залізо та марганець: окислені форми заліза та марганцю можуть утримуватися системою ультрафільтраційної мембрани, але вони також можуть спричинити забруднення мембрани. Іони заліза, як правило, існують у природі (наприклад, у ґрунтових водах) або утворюються в результаті корозії трубопроводів або обладнання для попередньої ультрафільтраційної обробки, або залишковими флокулянтами, доданими до обладнання для коагуляції та очищення ультрафільтраційної попередньої обробки.

 

1.7 Кальцій і магній: Жорсткість води в основному залежить від іонів кальцію та іонів магнію. За жорсткістю воду можна розділити на м’яку воду (розраховується як CaCO3, максимум не перевищує 60 мг/л), жорстку воду (розраховується як CaCO3, максимум не перевищує 180 мг/л) і дуже жорстку воду (розраховується як CaCO3, більше 180 мг/л). Жорсткість не шкідлива для здоров'я людини, але якщо жорсткість води занадто висока, це спричинить утворення накипу на поверхні трубопроводів, обладнання або мембран під час очищення води.

 

1.8 Провідність: провідність води лінійно пов’язана із загальною кількістю розчинених твердих речовин (TDS), що вказує на провідність води.

 

1.9 Значення pH: використовується для позначення значення pH води. Значення pH менше 7 вважається кислим, а значення pH більше 7 - лужним. Значення рН чистої води становить 7, що є нейтральним. Високе значення pH зробить воду гірким на смак і легко спричинить утворення накипу на водопровідних трубах та обладнанні. Вода з низьким значенням pH роз'їдає або розчиняє метали та інше обладнання.

 

1.10 Кремнезем: поділяється на активний кремнезем (розчинений кремнезем) або неактивний кремнезем (колоїдний кремнезем). Загалом, колоїдний кремнезем прискорює забруднення ультрафільтраційних мембран.

 

2. Види забруднення ультрафільтраційної мембрани

2.1 Колоїдне забруднення: Колоїди в основному присутні в поверхневих водах. Особливо зі зміною пір року вода містить велику кількість зважених речовин, таких як глина, мул та інші колоїди, які присутні у водоймі. Це надзвичайно шкідливо для ультрафільтраційних мембран. Тому що в процесі фільтрації велика кількість колоїдних частинок надходить на поверхню мембрани разом з утвореною водою, що протікає через мембрану. Частинки, перехоплені мембраною, легко утворюють шар гелю. Частина частинок, еквівалентна або менша за розмір пор мембрани, проникне в пори мембрани та заблокує канал потоку води, що призведе до незворотних змін. Крім того, залізо, марганець у воді та колоїди, утворені додаванням залізних або алюмінієвих коагулянтів під час попередньої обробки ультрафільтрацією, можуть утворювати шар гелю на поверхні мембрани.

 

2.2 Органічне забруднення: деякі органічні речовини штучно додаються у воду під час очищення води, такі як поверхнево-активні речовини, мийні засоби та полімерні флокулянти, а деякі існують у природній воді; ці речовини також можуть адсорбуватися на поверхні мембрани та пошкоджувати роботу мембрани.

 

2.3 Мікробне забруднення: Мікробне забруднення також є небезпечним фактором для безпечної роботи ультрафільтраційних мембран. Деякі поживні речовини перехоплюються мембраною і накопичуються на поверхні мембрани. У цьому середовищі бактерії швидко розмножуються. Живі бактерії разом зі своїми виділеннями утворюють мікробний слиз і щільно прилягають до поверхні мембрани. Ці слизи поєднуються з іншими відкладеннями, утворюючи складний покривний шар, який не тільки впливає на водопроникність мембрани, але й спричиняє необоротне забруднення мембрани.