Скільки ви знаєте про ультрафільтрацію в системах чистої води? (I)

1.1. Вступ до класифікації процесів поділу мембран

Виходячи з точності розділення, технологія поділу рідини мембрани, як правило, може бути розділена на чотири категорії: мікрофільтрація (MF), ультрафільтрація (UF), нанофільтрація (NF) та зворотне осмос (RO). Їх точність фільтрації збільшується у вищезгаданому порядку.

Мікрофільтрація може перехоплювати частинки між {{0}}. 1 і 1 мкм. Мембрани мікрофільтрації дозволяють макромолекулам та розчинними твердими речовинами (неорганічними солями) проходити через, але перехоплюватимуть суспендовану речовину, бактерії та великі колоїди молекулярної маси. Робочий тиск мікрофільтраційних мембран, як правило, 0. 7-7 бар.

Ультрафільтрація може перехоплювати макромолекули та білки між {{0}}. 002 та 0,1 мкм. Ультрафільтраційні мембрани дозволяють малим молекулам та розчинними твердими речовинами (неорганічними солями) проходити через, перехоплюючи колоїди, білки, мікроорганізми та макромолекулярні органічні речовини. Діапазон молекулярної маси відсічки, що використовується для позначення розміру пор ультрафільтраційних мембран, як правило, становить від 1000 до 500000. Робочий тиск ультрафільтраційної мембрани, як правило, 1-7.

Нанофільтрація може перехоплювати нанорозмір (0. 001 мкм) речовини. Робочий діапазон мембрани нанофільтрації знаходиться між ультрафільтрацією та зворотним осмосом. Молекулярна вага органічної речовини перехоплена приблизно 200-800 MW, а здатність перехоплювати розчинені солі становить між 20%-98%. Швидкість видалення розчинних одноваляторних іонів нижча, ніж у високо валентних іонів. Нанофільтрація, як правило, використовується для видалення органічних речовин та пігментів у поверхневих водах, твердість та радю в ґрунтових водах та частково видалення розчинених солей, а також екстракт і концентрують корисні речовини в продуктах харчування та фармацевтичного виробництва. Робочий тиск мембрани нанофільтрації, як правило, 3. 5-30 бар.

Зворотний осмос - це найскладніший продукт поділу мембрани, який може ефективно перехоплювати всі розчинені солі та органічні речовини з молекулярною масою, що перевищує 100, дозволяючи проходити молекули води. Мембрани зворотного осмосу широко застосовуються в морській та солоній опрісненті води, кормовій воді котла, промислової чистої води та електронного підготовки води з високою чистотою, випивка чистої води, очищення стічних вод та спеціальні процеси поділу. Робочий тиск мембран зворотного осмосу, як правило, становить від 12 бар для солоної води та 70 бар для морської води.

1.2. Типи та характеристики застосування мембран ультрафільтрації

Ультрафільтраційні мембрани в основному поділяються на чотири типи відповідно до їх структури: мембрани з пластиною, мембрани, трубчасті мембрани та порожнисті волоконні мембрани.

Мембрана пластини: це найдавніша мембрана, але оскільки важко забезпечити відповідну швидкість потоку на поверхні мембрани та складні проблеми ущільнення, застосування такого типу мембрани є дуже обмеженим. Вимоги до попередньої обробки не є суворими;

Мембрана для рулону: Розроблена з мембран пластини, оскільки сітка рулону мембрана приносить мертві точки і не може бути промита, вона, як правило, не підходить для промислової обробки сирої води. Вони підходять для високотемпературного та високого тиску матеріалу тощо, а вимоги до попередньої обробки не є суворими;

Трубчаста мембрана: Через високе споживання енергії вона не підходить для звичайної обробки води з економічної точки зору. Він, як правило, підходить для рідин з високим вмістом твердого речовини або високою концентрацією масла. Серед чотирьох мембран його вимоги до попередньої обробки є найменш суворими.

Порожниста волокна мембрана: Оскільки вона має низький тиск, немає мертвої точки в каналі, високий потік, і його можна промивати, це хороший вибір, за винятком спеціальних водойм (таких як високий вміст масла, високий вміст твердих речовин тощо). Серед чотирьох мембран він найбільш широко застосовується при очищенні води.

Примітка: Оскільки мембрана з волокна з волокна є найбільш широко використовуваною, за винятком загальних точок у наступних матеріалах, всі інші матеріали пояснюються порожнистою волокною мембраною як приклад.

1.3. Обсяг застосування

Ультрафільтрація широко використовується в галузі очищення води. Відповідно до випадків застосування, його можна в основному використовувати для:

1.3.1. Попередня обробка сирої води (поверхневі води, ґрунтові води, водопровідна вода)

Оснащувач, заміна фільтра піску, попередня обробка та попередня обробка іонообміну

Використовується в попередній обробці, ультрафільтрація замінює очищувач або піщаний фільтр для видалення твердих речовин і колоїдів у сирої води для поліпшення роботи подальшого обладнання, наприклад, вдосконалення частоти промивання іонів та частоти заміни мембранних елементів зворотного осмосу, але для більш частого очищення/промивання. Тип мембрани, як правило, 100, 000 молекулярне відсічення.

1.3.2. Очищення

Видалення частинок (таких як вода 18 Вм), видалення мікроорганізмів та пірогенів, RO або іонного обміну після лікування

Ультрафільтрація використовується для видалення колоїдів і твердих речовин у воді після зворотного осмосу/іонообмінного обладнання. Він має високу проникність води та низьку частоту очищення. Це не вимагає частого очищення/промивання. Він очищається лише тоді, коли системний тиск падає до рівня, що робить операцію незручною або виробляються бактерії. У фармацевтичній та електронічній промисловості ультрафільтрація розміщується в точці використання для видалення мікроорганізмів та пірогенів. Тип мембрани, як правило, 10, 000-100, 000 молекулярні відсічки.

1.3.3. Циркуляція води та повторне використання

Після біохімічного лікування та уточнення (вторинне та третинне)

Анізотропна мембрана

Синтетична полімерна порожниста волокна, що складається з дуже щільної, тонкої внутрішньої мембрани та самопідтримуваної губчастої зовнішньої структури. Ця внутрішня мембрана діє як напівпроникна мембрана ультрафільтрації.

Середній трансмбранний тиск

Різниця між середнім тиском боку виробництва води та входом сирої води та виходом,

Середній трансмембранний тиск=(p in + p out) / 2 - P Виробництво води

Зворотний

Передайте воду якісної пермеата з зовнішньої сторони порожнистого волокна всередину. Оскільки вода пропускається через волокно з зворотного напрямку, вона розпускається і змиває бруд на поверхні мембрани.

Примітка. Немає тиску на внутрішній частині волоконної мембрани під час цього процесу.

Колоїдне забруднення

На поверхні мембрани утворюється шар осадження частинок всередині порожнистого волокна.

Концентруються або відкидають

Частина сирої води, яка не може проходити через мембрану, містить домішки, такі як частинки, колоїди, бактерії та пірогени з більшою концентрацією, ніж сира вода.

Поляризація концентрації

Явище, яке змушує відкинуту суспендіючу речовину зібратися на поверхні мембрани. Висока зсувна сила (висока швидкість потоку) у волокні може зменшити поляризацію.

Перехресний потік

Концентрована вода тече в напрямку, паралельна ефективній поверхні мембрани, що допомагає відмивати сміття забруднюючих речовин на поверхні мембрани.

Диференціальний тиск

Різниця тиску між входом і виходом трубки волоконної мембрани. Різниця тиску pd=p in - p out

Потік вниз

Напрямок потоку циркуляції модуля мембрани ультрафільтрації стікає зверху до нижньої частини модуля.

Годувати

Вода, що надходить у систему ультрафільтрації, потім поділяється на вироблену воду та концентровану рідину.

Протік

Швидкість потоку виробленої води, що проходить через мембрану, зазвичай виражається у вигляді галонів води на квадратний фут області мембрани на день (GFD), GFD {{0}} LMH X 0,59

Вперед

Напрямок потоку циркуляції стоків зазвичай вгору для вертикально встановлених мембранних труб.

Гель -шар

Шар високої концентрації або твердого осаду, як правило, високомолекулярних речовин, що утворюються на ефективній внутрішній поверхні ультрафільтраційної мембрани в експлуатації. Часто це проникність гель -шару, а не проникність фільтрувальної мембрани, що визначає потік води ультрафільтрації (що призведе до більш жорсткого ефекту фільтрації, ніж фактичне обрізання молекулярної маси мембрани).

Обрізання молекулярної ваги

Властивість мембрани, яка описує номінальну швидкість утримання розчиненого речовини в відомому системному подачі, тобто мінімальний розмір утримуваного забруднювача.

Номінальний відрізаний

В одній системі розчину відомого розчинника розмір мембранної пор, що відповідає максимальній швидкості утримання розчиненого речовини (зазвичай 90%).

Пронизувати

Частина води, яка проходить через фільтрувальну мембрану, в основному не містить колоїдів, частинок та мікроорганізмів.

Відновлення

Відсоток виробленої води в загальній сирої води.

% Відновлення=Вода/Сира вода × 100

Заплутуватися

Також називають концентратом. Частина впливу, який не може проходити через фільтрувальну мембрану, включаючи зберігання твердих речовин з концентрацією, вищою, ніж у впливі.

Запасний кровотеча

Частина оптитату, який виписується або переробляється з ультрафільтраційної одиниці. Цей процес розряду запобігає накопиченню збережених твердих речовин на стороні фільтрації мембрани.

Розворотний потік

Рідина потрапляє в мембранну трубку в посток. Вода потрапляє в мембранну трубку з верхньої вхідної труби, і через певний проміжок часу вона змінюється, щоб потрапити знизу. Ця суттєва зміна покращує умови потоку в мембрані.

Вгору

Напрямок потоку циркуляції модуля мембрани ультрафільтрації стікає знизу до верхньої частини модуля.

3.1 Огляд

Ультрафільтрація - це процес фільтрації, зумовлений тангенціальним потоком і тиском рідини, і відокремлює частинки у воді відповідно до молекулярної маси. Розмір пор мембрани ультрафільтрації приблизно в діапазоні 0. 002-0. Розчинені речовини та речовини, менші, ніж розмір мембранної пор, можуть проходити через мембрану, як пермеат, тоді як речовини, які не можуть проходити через мембрану, будуть зберігатися та концентруватися в стоках. Тому вироблена вода (пермеат) буде містити воду, іони та невеликі молекули, тоді як колоїди, частинки, бактерії, віруси та найпростіші будуть видалені мембраною.

Ультрафільтраційна мембрана з порожнистої волокна - це дуже тонкий полімерний матеріал, виготовлений з полісульфону PS, Polyethersulfone PES, PVDF або поліакрилонітрил (PAN) з асиметричною мікросхерою. Асиметрична мембрана ультрафільтрації має надзвичайно гладку і тонку ({{0}}. Поєднання цієї невеликої поверхні гладкої мембрани Pore та більшого матеріалу опорного матеріалу робить стійкість потоку фільтрування крихітних частинок дуже маленькими і непростими в засміченні.

3.2 Основні принципи

Ультрафільтрація-це процес перехресного потоку та тангенціального потоку, де рідина, що підлягає фільтруванню, тече по поверхні мембрани. Це створює умови зсуву рідини на внутрішній стінці порожнистого волокна, що ускладнює формування забруднювачів на поверхні мембрани.

Вода, що підлягає фільтруванню, під тиском насоса для ультрафільтрації та введення в мембранну збірку. Через різницю тиску між внутрішньою та зовні мембрани частина води пронизує мембрану, тоді як домішки у воді зберігаються у решті води і відфільтровані.

Якщо домішки, що підлягають розділенню, наносяться занадто сильно на мембрану, залежно від типу мембрани, це спричинить осадження нерозчинних солей або утворення шару часткового покриття. Отже, щоб уникнути цього, частина води витікає як концентрат. Залежно від типу мембрани та програми, цей процес повинен проводитися постійно або під час рефлюксу.

3.3 Характеристика ультрафільтрації

Ультрафільтрація має багато переваг перед традиційними методами очищення:

• Може повністю видалити мікроорганізми та частинки

Швидкість видалення забруднюючих речовин у воді

Компоненти PM10 PM100

Колоїдний кремнезем 99,8% 99. 0%

Колоїдне залізо 99,8% 99. 0%

Колоїдний алюміній 99,8% 99. 0%

Суспендовані тверді речовини 5 lrv 4 lrv

Пурсидність <{{0}}. 3 ntu (зазвичай менше 0,1 ntu)

Sdi <1. 0 sdi

Giardia 6 lrv 5 lrv

Найпростіший 6 LRV 5 LRV

Гриби 6 LRV 5 LRV

Вірус 5 LRV 4 LRV

Ендовірус 4 LRV 2 LRV

Toc avg. 70% AVG. 30%

• На ефект фільтрації не впливає якість сирої води
• Він може видалити бактерії, стійкі до хлору
• Ультрафільтраційна концентрат містить лише ті речовини, що містяться в початковій воді
• Порівняно з іншими традиційними методами, кількість осаду при ультрафільтрації значно менша
• Компактна структура дужки покращує використання простору, економить витрати, а також може бути дуже гнучкою у додаванні обладнання на існуючих заводів.
• Ультрафільтрація може досягти повністю автоматизованого промислового безперервного виробництва.
• Оскільки ультрафільтрація майже може повністю відфільтрувати речовини, що утворюють покриваючий шар, навантаження площі може бути збільшене в наступних етапах очищення мембрани, тим самим зменшуючи шкалу наступного пристрою очищення.

Сира вода потрапляє у внутрішню порожнину порожнистого волокна і фільтрується зсередини назовні через волокно.

Зазвичай сира вода потрапляє з одного кінця мембранного елемента і протікає по всій довжині волокна під тиском 30-40 psi.

Концентрат з більш високим вмістом твердого періоду викидається з іншого кінця мембранного елемента.

Пермеат надходить у трубу збору пермеатів у центрі мембранного елемента після фільтрації через стінку волоконної мембрани. Пермеат витікає з центру кожного мембранного елемента через трубу, що збирає воду.

Ультрафільтрація, як правило, має два режими операційного процесу відповідно до якості сирої води: режим фільтрації тупики та режим фільтрації циркуляції.

4.1 Режим фільтрації в тупику

Зазвичай використовується, коли суспендовані тверді речовини та вміст колоїдів у сирої води низький (наприклад, 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 циркуляції/перехресного потоку

Коли вміст суспендованих твердих речовин у сирої води високий, і в більшості не водних застосувань необхідно зменшити швидкість відновлення для підтримки високої швидкості потоку всередині мембранної трубки. Це спричинить багато стічних вод. Для того, щоб уникнути відходів, виписана концентрована вода буде перероблена та повернута до мембранної трубки. Таким чином, хоча швидкість відновлення мембранної трубки знижується, швидкість відновлення всієї системи все ще може бути дуже високою. У цьому режимі впливова вода постійно циркулює на поверхні мембрани. Висока швидкість циркулюючої води запобігає накопиченню частинок на площі мембрани та збільшує потік. Оскільки менш впливова вода створює воду, щоб отримати той самий вихід, споживання енергії більше, ніж режим фільтрації тупики.