Membranele cu canale mai mici de 0,1 microni pentru a îndepărta particulele infime de apă din molecule organice mari în ioni de soluți au puțin orificiu, o rezistență de curgere relativ ridicată și, prin urmare, pentru a asigura performanțe predeterminate necesită suprafață mare de filtrare. Ca urmare, costul pe unitate de productivitate este ridicat. În afară de limitările economice și tehnologice există, împiedicând utilizarea unor astfel de membrane în modul „mort-end“. Mai presus de toate, această polarizare concentrare a membranelor, adică. E. Acumularea de pe stratul de suprafață a moleculelor și suspensiilor de particule întârziate. Prin efectul rezultat, acesta este aproape de găurile de colmatare cu suspensii. Când dovedit a fi considerabil mai mare decât în soluția de curățare, efectul osmotic de scădere a ratei de filtrare la concentrația de suprafață a membranei de apă extrasă substanțe (impurități).
Pentru a elimina aceste contradicții, se utilizează sisteme cu o mișcare continuă intensă de apă de-a lungul suprafeței membranei. "Filtrarea tangențială a apei". În acest caz, concentratul de substanțe extrase din apă este îndepărtat definitiv din aparat. Viteza de mișcare a apei de-a lungul membranei ar trebui să asigure un regim turbulent de mișcare și este, de obicei, de cel puțin 2 m / h. În aceste condiții, cu o singură trecere de-a lungul membranei în filtrat, numită permeat. nu mai mult de 20% din apă trece cu particule mai mici decât dimensiunea porilor membranei. Pentru a reduce volumul concentratului, se folosesc numeroase tehnici care diferă pentru micro- și ultrafiltrare. și nanofiltrarea și osmoza inversă.
Proiectarea hardware a sistemelor de microfiltrare, ultrafiltrare, nanofiltrare și osmoză inversă este aproape una de cealaltă și diferă în primul rând prin tipul de membrane utilizate și presiunea de lucru a soluției inițiale.
În funcție de tipul membranelor utilizate, se disting principalele tipuri de filtre cu membrană:
- filme și plăci - cadre plane;
- tuburi tubulare;
- bobine laminate - laminate;
- fibre goale - fibre goale.
Pentru fiecare dintre aceste tipuri există o gamă optimă de aplicații.
Peliculele polimerice și plăcile metalo-ceramice fără sau cu un strat de separare sunt utilizate pe scară largă pentru procesele membranare, de la microfiltrare la osmoză inversă pentru dispozitive plate și disc. Filmele de polimeri sunt, de asemenea, utilizate în modulele de rolă (vezi mai jos), destinate acelorași procedee.
Cel mai mare progres a fost înregistrat în tehnologia de producere a membranelor plate semipermeabile. Ea se bazează pe trecerea întâi din izotropă (omogenă, simetrică), m. E. având pori uniform în grosime de film, la anizotrope membrane (asimetrica) având un filtru subțire (separare) strat și o bază relativ gros, și apoi la membrane multistrat compozite . Acestea din urmă sunt relativ mari substrat pori web (celuloză, polisulfonă și așa mai departe. F.) acoperită cu un strat de filtrare foarte subțire. Datorită acestui fapt, presiunea de lucru necesară pentru procesul de separare a fost redusă drastic. Datorită grosimii reduse a stratului de separare a acestor membrane au o productivitate specifică ridicată. selectivitatea lor este, de asemenea, semnificativ mai mare decât cea a anizotrope, ca și noile tehnologii fac posibilă efectuarea unor astfel de filme cu pori de dimensiuni aproape egale. Posibila selecție a materialelor, atât substratul și stratul de separare, stabil în diferite medii chimice.
membrane compozite cu peliculă subțire de joasă presiune moderne au următoarea structură: pe substratul macroporoasa acoperit de armare membrană de ultrafiltrare care include stratul intermediar de transport fin de aproximativ 1 micron grosime. Acest strat este acoperit cu un strat de separare ultrathin (aproximativ 0,03 μm), care este acoperit cu un strat protector. Aceste membrane sunt compozite cu anisotropie pronunțată pronunțată. Fiecare dintre straturile membranei își îndeplinește funcția - substratul rezistă încărcărilor mecanice și straturile cu porozitate ridicată - fiecare susține următorul strat cu o dimensiune chiar mai mică a porilor.
Pentru ultrafiltrare, membranele cu două straturi sunt cele mai frecvente.
Pentru osmoza inversa - membrane cu trei sau mai multe straturi.
Datorită optimizării designului membranei și reducerii grosimii stratului selectiv, a fost posibilă crearea membranelor pentru osmoză inversă cu nanofiltrare, joasă presiune și ultra-joasă.
Membranele de nanofiltrare au selectivitate foarte scăzută la cationi Na + încărcați singular. Acestea funcționează la o presiune de 0,2 până la 1,6 MPa (2-16 atm), dar păstrează numai cationi de sare cu duritate (selectivitate 40-80%) și metale mai grele.
Membranele pentru osmoză inversă de joasă presiune funcționează la o presiune de 1-2 MPa (10-20 atm). Selectivitatea lor la cationi Na + - incarcati singular este destul de mare - pana la 99%, si asigura obtinerea de apa desalinizata de inalta calitate.
Membranele pentru osmoză inversă cu presiune ultra scăzută asigură o separare suficient de eficientă a ionilor la o presiune a apei de 2-3 atm și sunt utilizate pe scară largă în filtrele interne pentru purificarea apei.
Materialele de bază sunt sunt pentru producerea de membrane plate: acetat de celuloză (CA), polisulfonamidă (PS), fluoropolimeri, fluorură de viniliden (PVDF), polietilen tereftalat (PET), poliacrilonitrilul (PAN), și câteva zeci de polimeri utilizați pentru a crea diferite elemente ale membranei moderne .
Acetat de celuloză (AC). Acesta este primul material din care au fost realizate membrane pentru toate procesele. Se caracterizează prin costuri reduse și rezistență relativ ridicată la acțiunea apei clor active active. Membranele din AC sunt hidrofile și se caracterizează prin contaminare scăzută.
Principalele dezavantaje ale acestor membrane sunt rezistența chimică și biologică redusă, precum și presiunea ridicată de funcționare și selectivitatea scăzută. Domeniul de funcționare al pH-ului este de la 4 la 8. În cazul soluțiilor chimice de spălare pe termen scurt, pot fi utilizate soluții cu pH de la 3 la 9 (figura 1). Temperatura apei nu trebuie să depășească 35 ° C. Microorganismele sunt capabile să se hrănească cu materialul membranei și să germineze prin aceasta, perturbând structura și dimensiunea găurilor. Ca urmare, selectivitatea membranelor scade.
Tehnologia de fabricație a membranei AC nu poate asigura uniformitatea dimensiunilor porilor și grosimea mică a stratului de separare. Prin urmare, selectivitatea lor este scăzută, dar este necesară o presiune de funcționare ridicată de aproximativ 5 MPa (50 atm), ceea ce duce la costuri mari de energie. Din aceste motive, utilizarea membranelor AC, în special în osmoza inversă. este în scădere, iar în prezent, cota lor pe piața mondială nu depășește 5%.
Utilizarea membranelor de acetat de celuloză este justificată în instalațiile de tratare a apei atunci când este tratată apa clorurată și este necesară depozitarea acestui clor în apă purificată.
Fig. 1. Compararea intervalului de pH permis pentru funcționare
și spălări chimice pe termen scurt, pentru membrane compozite și acetat de celuloză
Toate membranele moderne sunt compozite și constau din mai multe straturi din diferite materiale. Eficiența separării și a productivității este asigurată de stratul de separare, rezistența chimică și la temperatură - de toate materialele folosite.
Astfel, membranele de polisulfonă (PS) pe bază de polisulfonamidă aromatică sunt fabricate pe un substrat de hârtie lavsan sau polipropilenă. Polisulfona este stabilă din punct de vedere chimic, intervalul de funcționare a pH-ului este de 2-12. Are o bună stabilitate a temperaturii până la 100 ° C. Folosit singur în membrane pentru microfiltrare și ultrafiltrare a apei și în compozit pentru osmoză inversă - ca material substrat.
Membranele de tip foaie sunt utilizate direct în aparate de mai multe tipuri. În plus, din ele, sunt făcute elemente de role.
Dispozitivele de tip placă din presa de filtrare este prima mostră de dispozitive cu membrană sunt sub formă de pachete de elemente separate de membrane garnituri de cauciuc sculptate care sunt intercalate între două plăci ale bolțurilor de fixare (Fig. 2). Element cu membrană de formă dreptunghiulară are pe ambele suprafețe sale o rețea de canale speciale de drenaj, fante pentru instalarea membranei și deschiderile pentru trecerea soluției de alimentare și concentratul, precum și colectarea și lateral te montarea permeat apă. Canalele de drenaj sunt acoperite cu un material poros special, o cârpă. Membrana acoperă elementul de membrană de pe ambele părți, astfel încât stratul de separare este în afara. Între elementele de membrană adiacente sunt instalate tampoane elastice cu un sistem de canale, oferind turbulență în curgerea apei.
apa de curățare este introdus prin duza în orificiul din placa și trece prin canalele formate prin găurile aliniate în elementele de membrana si distantierele sunt introduse uniform în fiecare spațiu între elementul a cărui lățime este determinată de grosimea distanțiere. Apa se mișcă paralel curge simultan de-a lungul tuturor membranelor. Trecând de-a lungul membranei, o parte a soluției în interiorul pachetului etsya de filtru cu membrană și prin canalele de scurgere este colectat și afișat de la capătul elementului de membrană. Din fiecare element, permeatul este transferat la colectorul de sticlă transparent. Odată cu distrugerea unității membranei Permeatul turbiditate acestei celule poate determina locația de eroare și țineți de înlocuire doar membrana de urgență. Concentratul a fost colectat de la elementul de membrană opusă furajului și prin canalele din modulele și distanțierele sunt colectate și afișate prin conectarea pe placa de cuplare.
În Fig. 2 prezintă dispozitivul membranar A1-OUS dezvoltat de NPO "Prodmash" și utilizat pentru diferite procese de ultrafiltrare a apei. Este un pachet de 53 de elemente de membrană, sandwich între plăcile de sus și de jos.
Un astfel de modul are o suprafață de filtrare de lucru de aproximativ 7,5 m 2, care asigură o ieșire UV de până la 1,5 m 3 / h. Dimensiunile sale sunt de 600 x 400 x 500 mm cu o greutate de 60 kg.
În spațiul intermembranar de 2-3 mm grosime, o viteză mare de mișcare a apei de-a lungul membranei este asigurată cu ușurință.
Astfel de dispozitive utilizează cele mai simple și mai ieftine membrane sub forma unui film. Ele sunt relativ ușor de înlocuit. Distanța mare dintre membrane face posibilă procesarea celor mai contaminate soluții în comparație cu alte dispozitive cu membrană. Cu toate acestea, densitatea plasării membranei pe unitate de volum este cea mai mică dintre toate opțiunile. Conținutul mare de metale, care crește brusc odată cu creșterea presiunii de lucru, limitează utilizarea lor în ultrafiltrarea apei. Deficiențele unui astfel de dispozitiv includ, de asemenea, contracția inegală a membranelor în înălțime, un număr mare de îmbinări sigilate și posibilitatea scurgerii soluției care trebuie separată.
Fig. Schema 2. tip placă de filtrare aparat de presare (a) și tipul de instalație cu astfel de unități (b):
1 - flanșă; 2 - conectarea soluției inițiale; 3 - element de membrană; 4 - o căptușeală; 5 - tija de legătură; 6 - colector de filtrat
Elemente de membrană tubulară pentru microfiltrare și ultrafiltrare a apei
Aparatele tubulare sunt "după vârstă" un al doilea dispozitiv de separare cu membrană.
Elementele tubulare sunt tuburi din ceramică poroasă, din metal, din sticlă și plastic din grafit.
Elementele ceramice pot fi sub forma unui tub cu strat subțire sau a unui produs cu numeroase canale longitudinale (Figura 3), care mărește zona de filtrare a apei. Pentru a îndepărta particulele mici în timpul ultrafiltrare a apei, se aplică un strat de separare pe suprafața interioară a tuburilor. Avantajele membranelor ceramice sunt rezistența chimică ridicată la temperaturi și microbiene. Acestea permit operarea și regenerarea cu reactivi agresivi și la temperaturi ridicate. Cu toate acestea, au dezavantaje foarte importante, în primul rând, este fragilitatea, ceea ce complică construcția aparatului cu membrană și determină ca membranele să fie pereți groși. Acestea din urmă reduc brusc productivitatea specifică, care este de 2-3 ori mai mică decât cea a celor polimerice.
Un element de membrană din sticlă sau grafit este un tub poros cu o membrană separatoare pe suprafața sa interioară.
Fig. 3. Elementele ceramice pot fi sub forma unui tub cu pereți subțiri (1) sau a unui produs figurat cu 7 sau 19 canale longitudinale (2,3)
Aparat cu elemente tubulare este un corp dintr-o țeavă de metal sau plastic, cu conexiuni permeat de ieșire, din care în interior sunt plasate mai multe tuburi paralele drepte, capetele deschise ale care sunt separate de etanș carcasa. La capetele corpului sunt camerele, conectate hidraulic la cavitățile interne ale tuburilor. În mod schematic, dispozitivul respectiv este aproape de fibrele goale. Soluția de pornire din camera de capăt vatra etsya, și de acolo este distribuit pe conducta interiorul trece prin ele sub forma unui concentrat la ieșire de la capătul opus al modulului, iar permeatul este scos din cavitatea dintre exteriorul modulului tubular și carcasă.
Avantajul acestor dispozitive este abilitatea de a uda tratamentul cu mai multe coloizi, substanțe cu masă moleculară mare, suspensii fine și grosiere, până la mari precum și înlocuirea relativ ușor modulelor defecte. Un dezavantaj este suprafața specifică foarte scăzută (densitatea de ambalare) a membranelor.
Dificultatea asigurării unei uniformități ridicate a aplicării stratului interior în tuburi și obținerea unei selectivități ridicate de separare determină utilizarea elementelor tubulare în principal pentru microfiltrare și ultrafiltrarea apei.
Elemente de membrană din fibre goale pentru ultrafiltrare, nanofiltrare și osmoză inversă
Fibra goală este un tub microscopic cu structură anizotropă. Diametrul interior al fibrelor este de 0,5-0,8, iar diametrul exterior este de 1,0-1,2 mm. Diferența principală între fibrele goale și tuburile nu este atât de mare ca în absența unui strat care susține membrana de separare. În fibra goală, funcțiile stratului de separare și a substratului realizează materialul fibros de bază cu o grosime suficientă. În acest sens, productivitatea lor specifică în comparație cu membranele moderne de film este mult mai mică. Cu toate acestea, utilizarea paralelă simultană a unui număr foarte mare de astfel de fibre, cu o suprafață mare într-un volum mic, permite obținerea unei productivități suficient de ridicate pe unitate de echipament.
Aparat cu elemente cu membrană sub formă de fibre tubulare (fig. 4) este un corp din plastic 4 cu duze, care sunt stivuite într-un mănunchi de mii de fibre tubulare 5. Capetele fibrelor sunt sigilate pe ambele părți, astfel încât capetele deschise sunt situate în camere terminale 8.
Filtrarea apei se efectuează fie în interiorul fibrelor, fie în afară. Prima metodă este utilizată în osmoză inversă la presiune înaltă, iar cea de-a doua în micro- și ultrafiltrarea apei.
Fig. 4. Element de membrană cu fibre goale:
1 - conexiune de alimentare cu apă; 2 - acoperiri; 3 - duză de permeat; 4 - locuințe; 5 - fibre goale; 6 - o conductă de ramificație a unui concentrat; 7 - umplere de etanșare; 8 - camere de capăt
În ultrafiltrarea apei, soluția inițială este furnizată camerei de capăt, distribuită din ea în interiorul cavității interioare a fibrelor și, în interiorul lor, este filtrată prin pereții porosi. Filtratul este colectat în interiorul cavității corpului și este drenat din acesta. Concentratul este ieșit din partea opusă a modulului.
Elemente de membrană rulantă pentru nanofiltrare și osmoză inversă
Uzat de încleiere role „mare“ tehnologie membrana plat cu ambalajul lor densa a dus la faptul că elementele de role sunt în prezent cele mai eficiente sunt eficiența criteriului / costuri. Și prin eficiență se înțelege productivitatea specifică sau volumetrică la o anumită presiune și un grad de separare. Prin urmare, acestea sunt cele mai frecvente în procesele de nanofiltrare și osmoză inversă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: