Kui palju teate ultrafiltreerimisest puhtates veesüsteemides? (I)

1.1. Sissejuhatus membraanide eraldamisprotsesside klassifitseerimisse

Eraldus täpsuse põhjal võib membraani vedeliku eraldamise tehnoloogia jagada üldiselt nelja kategooriasse: mikrofiltratsioon (MF), ultrafiltratsioon (UF), nanofiltratsioon (NF) ja pöördosmoosi (RO). Nende filtreerimise täpsus suureneb ülaltoodud järjekorras.

Mikrofiltratsioon võib osakesi vahetada {{0}} vahel 1 ja 1 mikroni vahel. Mikrofiltratsioonimembraanid võimaldavad makromolekulidel ja lahustuvatel tahketel ainetel (anorgaanilisi soolasid) läbi, kuid need peatavad riputatud ained, bakterid ja suured molekulmassiga kolloidid. Mikrofiltratsioonimembraanide töörõhk on üldiselt 0. 7-7 riba.

Ultrafiltratsioon võib makromolekuleid ja valke peatada {{0}}. 002 ja 0,1 mikroni vahel. Ultrafiltratsioonimembraanid võimaldavad läbi viia väikestel molekulidel ja lahustuvatel tahketel ainetel (anorgaanilisi soolasid), pealt pealtkuulates kolloide, valke, mikroorganisme ja makromolekulaarseid orgaanilisi aineid. Ultrafiltratsioonimembraanide pooride suuruse tähistamiseks kasutatav piirmolekulmassi vahemik on tavaliselt vahemikus 1000 kuni 500000. Ultrafiltratsioonimembraani töörõhk on üldiselt 1-7 riba.

Nanofiltratsioon võib nanoskaala (0. 001 mikron) aineid peatada. Nanofiltratsioonimembraani töövahemik on ultrafiltrimise ja vastupidise osmoosi vahel. Orgaaniliste ainete pealtkuulamise molekulmass on umbes 200-800 mW ja lahustunud soolade pealtkuulamise võimalus on vahemikus 20%-98%. Lahustuvate monovalentsete ioonide eemaldamiskiirus on madalam kui kõrge valentsete ioonide oma. Nanofiltreerimist kasutatakse tavaliselt orgaaniliste ainete ja pigmentide eemaldamiseks pinnavees, kareduses ja raadiumis põhjavees ning osaliselt lahustunud soolade eemaldamiseks ning kasulike ainete ekstraheerimiseks ja kontsentreerimiseks toidu ja farmatseutilise tootmise osas. Nanofiltratsioonimembraani töörõhk on üldiselt 3. 5-30 riba.

Pöördosmoos on kõige keerukam membraanide eraldamise produkt, mis suudab tõhusalt kõik lahustunud soolad ja orgaanilised ained pealtkuulada, mille molekulmass on suurem kui 100, võimaldades samas veemolekulidel läbi minna. Pöördosmoosi membraane kasutatakse laialdaselt merevee ja riimvee magestamisel, katla söödavees, tööstuslikust puhast veest ja elektroonilisest kõrge puhtusastmega vee valmistamisel, puhta vee tootmise, reoveepuhastuse ja spetsiaalsete eraldusprotsesside joomisel. Pöördosmoosi membraanide töörõhk on tavaliselt 12 baari vahemikus veevee ja 70 baari merevee jaoks.

1.2. Ultrafiltratsioonimembraanide tüübid ja rakenduse omadused

Ultrafiltratsioonimembraanid jagunevad vastavalt nende struktuurile peamiselt nelja tüüpi: plaadimembraanid, rullimembraanid, torukujulised membraanid ja õõnsad kiumembraanid.

Plaadimembraan: see on varaseim membraan, kuid kuna membraani pinna ja keerukate tihendusprobleemide sobivat voolukiirust on keeruline tagada, on seda tüüpi membraani rakendamine väga piiratud. Eeltöötluse nõuded pole ranged;

Rullmembraan: välja töötatud plaadimembraanidest, kuna rullimembraani võre toob surnud punktid ja seda ei saa tagasi pesta, ei sobi see tavaliselt tööstusliku toorvee töötlemiseks. Need sobivad kõrgtemperatuuriga ja kõrgsurve materjali eraldamiseks jne ning ravieelne nõuded ei ole ranged;

Tubulaarne membraan: suure energiatarbimise tõttu ei sobi see majanduslikust vaatepunktist tavaliseks veetöötluseks. Üldiselt sobib see kõrge tahke sisaldusega vedelike või kõrge õli kontsentratsiooniga. Nelja membraani hulgas on selle eeltöötluse nõuded kõige vähem ranged.

Õõnes kiudude membraan: kuna sellel on madalrõhk, kanalil pole surnud punkt, kõrge voog ja seda saab tagasi pesta, on see hea valik, välja arvatud spetsiaalsed veekogud (näiteks kõrge õlisisaldus, kõrge tahke sisaldus jne). Nelja membraani seas on seda veepuhastamisel kõige laialdasemalt kasutatav.

Märkus. Kuna õõneskiust membraan on kõige laialdasemalt kasutatav, välja arvatud järgmiste materjalide ühised punktid, seletatakse kõiki muid materjale näitena õõnes kiumembraaniga.

1.3. Rakendusala

Ultrafiltreerimist kasutatakse laialdaselt vee töötlemise valdkonnas. Rakendusjuhtude kohaselt saab seda kasutada peamiselt:

1.3.1. Toorvesi eeltöötlus (pinnavesi, põhjavesi, kraanivesi)

Selgitaja, liivafiltri asendamine, RO eeltöötlus ja ioonvahetuse eeltöötlus

Eeltöötluses kasutatud ultrafiltratsioon asendab selga või liivafiltri tahkete ainete ja kolloidide eemaldamiseks toorvees, et parandada järgmiste seadmete toimimist, näiteks parandada ioonivahetuse taustapesu sagedust ja pöördosmoosi membraanielementide asendamise sagedust, kuid see nõuab sagedamini puhastamist/lendumist. Membraani tüüp on üldiselt 100, 000 molekulaarne piir.

1.3.2. Puhastusravi

Osakeste (näiteks 18WΩ vesi) eemaldamine, mikroorganismide ja pürogeenide eemaldamine, RO või ioonvahetusjärgne ravi

Ultrafiltreerimist kasutatakse vees kolloidide ja tahkete ainete eemaldamiseks pärast pöördosmoosi/ioonivahetusseadmeid. Sellel on kõrge vee läbilaskvus ja madal puhastussagedus. See ei vaja sagedast puhastamist/loputamist. See puhastatakse ainult siis, kui süsteemi rõhk langeb tasemele, mis muudab operatsiooni ebamugavaks või tekitatakse baktereid. Farmaatsia- ja elektroonikatööstuses paigutatakse ultrafiltratsioon mikroorganismide ja pürogeenide eemaldamiseks kasutatavaks. Membraani tüüp on üldiselt 10, 000-100, 000 molekulaarsed piirmäärad.

1.3.3. Vee ringlus ja taaskasutamine

Pärast biokeemilist ravi ja selgitust (sekundaarne ja kolmanda astme)

Anisotroopne membraan

Sünteetiline polümeer õõneskiud, mis koosneb väga tihedast, õhukesest sisemisest membraanist ja isemajandavast käsnataolisest välimisest struktuurist. See sisemine membraan toimib pool läbilaskva ultrafiltratsioonimembraanina.

Keskmine transmembraanrõhk

Erinevus vee tootmise keskmise rõhu ning toorvee sisse- ja väljalaskeava vahel,

Keskmine transmembraanrõhk=(p + p out) / 2 - p veetootmine

Tagaosa

Edastage permeaadi kvaliteetset vett õõneskiust väljastpoolt. Kuna vesi juhitakse kiust läbi tagurpidi, see lahti ja peseb membraani pinnal mustuse.

MÄRKUS. Selle protsessi ajal ei ole kiumembraani siseküljele survet.

Kolloidne saastumine

Membraani pinnale õõneskiu sees moodustub osakeste sademete kiht.

Keskenduma või tagasi lükkama

Toores vee osa, mis ei pääse membraanist, sisaldab see lisandeid, nagu osakesed, kolloidid, bakterid ja pürogeenid, millel on suurem kontsentratsioon kui toores vesi.

Kontsentratsiooni polarisatsioon

Nähtus, mis põhjustab tagasilükatud peatatud asja membraani pinnale kogunemist. Kiud kõrge nihkejõud (kõrge voolukiirus) võib vähendada polarisatsiooni.

Ristvool

Kontsentreeritud vesi voolab efektiivse membraani pinnaga paralleelses suunas, mis aitab membraani pinnal saasteainete prahi ära loputada.

Diferentsiaalrõhk

Rõhuvahe kiudude membraanitoru sisselaskeava ja väljalaskeava vahel. Rõhu erinevus pd=p in - p välja

Allapoole vool

Ultrafiltratsioonimembraanimooduli ringluse voolu suund voolab mooduli ülalt alla.

Sööda

Seejärel jagatakse ultrafiltreerimissüsteemi sisenev vesi toodetud veeks ja kontsentreeritud vedelikuks.

Voog

Membraani läbiva tekkinud vee voolukiirus, mida tavaliselt väljendatakse gallonitena vett membraanipinna ruutjalga kohta päevas (GFD), GFD {{{0}}} lmh x 0,59

Edasi voolavus

Heitvee ringluse voolu suund on vertikaalselt paigaldatud membraanitorude jaoks tavaliselt ülespoole.

Geelkiht

Kiht kõrge kontsentratsiooni või tahke sette kiht, tavaliselt suure molekulmassiga ained, mis moodustuvad töötava ultrafiltratsioonimembraani efektiivsele sisepinnale. Ultrafiltratsiooni vee voo määrab sageli pigem geelkihi läbilaskvus kui filtrimembraani läbilaskvus (mis viib tihedama filtreerimisefekti kui tegeliku membraani molekulmassi piirini).

Molekulmassi piir

Membraani omadus, mis kirjeldab lahustunud aine nominaalset säilitamiskiirust teadaolevas söödasüsteemis, see tähendab säilinud saasteaine minimaalse suurusega.

Nominaalne lõik

Tuntud lahustunud aine ühes lahendussüsteemis vastab membraani pooride suurus, mis vastab maksimaalsele lahustunud aine säilitamiskiirusele (tavaliselt 90%).

Läbistama

Filtrimembraani läbiva vee osa on põhimõtteliselt kolloidide, osakeste ja mikroorganismideta.

Taastumine

Toodetud vee protsent kogu toores vees.

% Taastamine=tootevesi/toorvesi × 100

Tagastama

Nimetatakse ka kontsentraadiks. See osa, mis ei pääse filtrimembraani läbi, sealhulgas säilinud tahked ained, mille kontsentratsioon on kõrgem kui sissetuleku oma.

Tagasipööratud verd

Ultrafiltrimisüksusest välja lastud või ringlussevõetud retentaadi osa. See tühjendusprotsess hoiab ära säilinud kuivainete kogunemise membraani filtreerimise poolele.

Ümberpööramisvool

Vedelik siseneb membraanitorusse järk -järgult. Vesi siseneb membraanitorusse ülemisest sisselasketorust ja mõne aja pärast muutub see põhjast sisenemiseks. See järk -järguline muutus parandab membraani voolutingimusi.

Ülesvooluvool

Ultrafiltratsioonimembraanimooduli ringluse voolu suund voolab mooduli alt alla.

3.1 Ülevaade

Ultrafiltratsioon on filtreerimisprotsess, mida juhivad vedeliku tangentsiaalse voolu ja rõhku ning eraldab vees osakesed vastavalt molekulmassile. Ultrafiltreerimismembraani pooride suurus on ligikaudu vahemikus 0. 002-0. 1 Micron (MWCO on umbes 1, 000-500, {000). Membraani pooride suurusest väiksemad lahustunud ained ja ained võivad membraani läbida kui permeaadid, samas kui ained, mis ei saa membraani läbida, säilitatakse ja kontsentreeritakse heitvees. Seetõttu sisaldab toodetud vesi (permeaat) vett, ioone ja väikeseid molekule, samas kui membraan eemaldatakse kolloidid, osakesed, bakterid, viirused ja algloomad.

Õõneskiust ultrafiltratsioonimembraan on väga õhuke polümeermaterjal, mis on valmistatud polüsulfoonist PS -st, polüetrulfoone PE -dest, PVDF -ist või polüakrüülonitrilist (PAN) koos asümmeetrilise mikropoorse struktuuriga. Asümmeetrilisel ultrafiltratsioonimembraanil on äärmiselt sile ja õhuke ({{{0}}. 1 mikron) sisepind, mille pooride suurus on vahemikus 0. Selle väikese pooride sileda membraani pinna ja suurema pooride tugimaterjali kombinatsioon muudab pisikeste osakeste filtreerimise voolutakistuse väga väikeseks ja seda pole kerge ummistada.

3.2 Põhipõhimõtted

Ultrafiltratsioon on ristvoolu ja tangentsiaalse vooluprotsess, kus filtreeritav vedelik voolab piki membraani pinda. See loob õõneskiu siseseinal sujuvad nihketingimused, mis muudab saasteainete jaoks membraani pinnal moodustumise keeruliseks.

Filtreeritavat vett survestatakse ultrafiltratsiooni veepumba abil ja sisestage membraanikomplekti. Membraani sise- ja väliskülje rõhu erinevuse tõttu tungib osa veest membraani, samas kui vee lisandid säilitatakse järelejäänud vees ja filtreeritakse välja.

Kui eraldatavad lisandid ladestuvad membraanile liiga palju, sõltuvalt membraani tüübist, põhjustab see lahustumatute soolade ladestumist või osalise kattekihi moodustumist. Nii et selle vältimiseks voolab osa veest kontsentraadina välja. Sõltuvalt membraani tüübist ja rakendusest tuleks see protsess viia läbi pidevalt või tagasijooksu ajal.

3.3 Ultrafiltreerimise omadused

Ultrafiltreerimisel on traditsiooniliste puhastusmeetodite ees palju eeliseid:

• Võib mikroorganismid ja osakesed täielikult eemaldada

Saasteainete eemaldamise määr vees

Komponendid PM10 PM100

Kolloidne ränidioksiid 99,8% 99. 0%

Kolloidne raua 99,8% 99. 0%

Kolloidne alumiinium 99,8% 99. 0%

Riputatud tahked ained 5 LRV 4 LRV

Hägusus <{{0}}. 3 ntu (tavaliselt alla 0,1 ntu)

Sdi <1. 0 sdi

Giardia 6 LRV 5 LRV

Alglooma 6 LRV 5 LRV

Seened 6 LRV 5 LRV

Viirus 5 LRV 4 LRV

Endoviirus 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70% AVG. 30%

• Filtreerimise efekti ei mõjuta toorvee kvaliteet
• See võib eemaldada kloorikindlad bakterid
• Ultrafiltratsiooni kontsentraat sisaldab ainult neid aineid, mis sisalduvad algses vees
• Võrreldes teiste traditsiooniliste meetoditega on ultrafiltreerimisel sette kogus oluliselt väiksem
• Klassi kompaktne struktuur parandab ruumi kasutamist, säästab kulusid ja võib olla ka olemasolevate taimede seadmete lisamisel väga paindlik.
• Ultrafiltratsioon võib saavutada täielikult automatiseeritud tööstusliku pideva toodangu.
• Kuna ultrafiltratsioon võib peaaegu täielikult kattekihi moodustavaid aineid välja filtreerida, saab pindala koormust järgmistes membraanide puhastamise etappides suurendada, vähendades sellega järgneva puhastusseadme skaalat.

Toorvesi siseneb õõnsa kiu siseõõnsusesse ja filtreeritakse kiu kaudu seestpoolt väljapoole.

Tavaliselt siseneb toores vesi membraanielemendi ühest otsast ja voolab kogu kiu pikkuse 30-40 psi rõhu all.

Suurema tahke sisaldusega kontsentraat lastakse membraanielemendi teisest otsast välja.

Permeaat voolab membraanielemendi keskel olevasse permeaadi kogumisse torusse pärast filtreerimist läbi kiumembraani seina. Permeaat voolab iga membraanielemendi keskelt läbi veekogumitoru.

Ultrafiltrimisel on tavaliselt kaks tööprotsessirežiimi vastavalt toorvee kvaliteedile: ummikseisu filtreerimisrežiim ja ringluse filtreerimisrežiim.

4.1 Ummikseisus filtreerimisrežiim

Üldiselt kasutatakse siis, kui toorvees on riputatud tahke aine ja kolloidisisaldus madal (näiteks 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 Ringlus/ristvoolu filtreerimisrežiim

Kui suspendeeritud kuivainete sisaldus toorvees on kõrge ja enamikus veevälistes rakendustes, on vaja vähendada taastumiskiirust, et säilitada membraanitoru kõrge voolukiirus. See põhjustab palju reovett. Jäätmete vältimiseks lükatakse tühjendatud kontsentreeritud vesi uuesti survestatud ja tagastatakse membraanitorusse. Sel viisil, kuigi membraanitoru taastumiskiirus väheneb, võib kogu süsteemi taastamiskiirus siiski olla väga kõrge. Selles režiimis ringleb sissetulev vesi pidevalt membraani pinnal. Ringleva vee suur kiirus hoiab ära osakeste kogunemise membraani piirkonnale ja suurendab voogu. Kuna sama saagise saamiseks on vähem sissetulev vesi, on energiatarbimine suurem kui ummikseisu filtreerimisrežiim.