|
Мембранные технологии очистки воды
Администратор: Администратор Сайта
 | Мембранные технологииМембранные технологии очистки воды Промышленные мембранные установки должны соответствовать следующим требованиям, которые необходимо учитывать на стадии проектированиия: большая рабочая поверхность мембран на единицу объема установки;
простота монтажа и обслуживания системы;
жидкость при движении по мембранным элементам должна распределяться равномерно и обладать достаточно высокой скорость течения для уменьшения вредного воздействия концентрационной поляризации; обеспечивать минимальный перепад давления в установке (потеряюнапора питающего потока);
обладать герметичностью, коррозионной стойкостью и достаточным запасом механической прочности для работы аппарата при повышенных давлениях и с агрессивными химическими средами.
Создать обрудование, полностью удовлетворяющее всем перечисленным выше требованиям, невозможно, следовательно для каждого конкретного мембранного процесса проектируется установка такой конструкции, которая обеспечит оптимальные условия ведения процесса разделения / концентрирования. Мембранные установки имеют основные четыре типа, различающиеся по способу расположения мембран: установки с плоскими мембранными элементами установки с трубчатыми мембранными элементами установки с мембранными элементами рулонного типа установки с половолоконными мембранами
Во всех установках для ведения мембранных процессов могут быть использованы как мембраны с жесткой структурой (керамические) так и уплотняющиеся мембраны (полимерные). Ниже представлены наиболее распространенные области применения мембранных технологий для очистки сточных вод, основные рабочие диапазоны мембран, а также стандартные энергетические затраты и степень извлечения для различных мембранных процессов. Сферы применения мембранных технологий в водоочистке | Применение мембран | Описание технологии | | Микрофильтрация и ультрафильтрация | | Аэробная биологическая очистка | Мембрана применяется для отделения очищенных сточных вод от иловых масс, образовавшихся в процессе очистки с помощью биологически активного ила. Подобные процессы проводят в мембранных биореакторах. Разделительный мембранный модуль может быть погружен внутрь биореактора или находиться вне его | | Анаэробная биологическая очистка | Мембрана применяется для отделения очищенных сточных вод от биомасс, образовавшихся в анаэробном реакторе полного смешения | | Аэрация при биологической очистке | Плоские, рамочные, трубчатые, половолоконные мембраны используются для подачи чистого кислорода в биореактор. Подобные процессы проводят в мембранных аэрационных биореакторах | | Мембранная экстракция при биологической очистке | Мембраны применяются для экстракции разлагающихся органических молекул из неорганических компонентов (кислот, оснований и солей) сточных вод с последующей биологической очисткой. Подобные процессы проводят в экстракционных мембранных биореакторах | | Предварительная очистка для эффективной дезинфекции | Применяется для удаления остаточных взвешенных твердых частиц из вторичных промышленных отходов или из сточных вод с глубины или с поверхности фильтра для достижения эффективной дезинфекции с использованием хлора, ультрафиолетового излучения | | Предварительная очистка для нанофильтрации и обратного осмоса | Микрофильтрация применяется для удаления остаточных коллоидных и взвешенных твердых частиц как этап предварительной очистки | | Нанофильтрация | | Оборотное водоснабжение предприятий (повторное использование сточных вод после очистки) | Нанофильтрация применяется для очистки предварительно отфильтрованных стоков (обычно с микрофильтрацией) для вторичного использования | | Умягчение воды и очищенных сточных вод | Используется для снижения концентрации ионов, способствующих появлению жесткости | | Обратный осмос (Гиперфильтрация) | | Оборотное водоснабжение предприятий (повторное использование сточных вод после очистки) | Используется для обессоливания предварительно очищенных сточных вод(обычно с электрофлотацией и ультрафильтрацией). Также можно применять для обеззараживания воды, когда используется обратный осмос | | Мембранное концентрирование загрязнений | Процессы обратного осмоса, как было подтверждено, способны удалять большие количества отобранных компонентов | | Двухстадийная очистка в процессе водоподготовки для котельных и бойлеров | Две стадии обратного осмоса применяются для производства воды, пригодной для бойлерных, работающих под высоким давлением |
Характеристики мембранных процессов | Мембранный процесс | Размер пор, мкм | Рабочее давление, бар | Мембранные элементы | | Материал | Конфигурация | | Микрофильтрация | 0,02-4,0 | <2 | Полипропилен, ПВДФ, лавсан, фторопласт, керамика | Рулонные, полые волокна, трубчатые | | Ультрафильтрация | 0,02-0,2 | 1-10 | Полипропилен, акрилонитрил, ПВДФ, полисульфон,
керамика | Рулонные, половолоконные, трубчатые | | Нанофильтрация | 0,001-0,01 | 5-35 | Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды (полисульфон), керамика* | Рулонные, половолоконные, трубчатые* | | Обратный осмос | 0,0001-0,001 | 10-70 | Ацетат целлюлозы, ароматические полиамиды | Рулонные, половолоконные, плоскорамные |
Необходимо отметить, что за последние годы наблюдается тенденция снижения рабочего давления для всех мембранных процессов, за исключением электродиализа. Ожидается, что рабочие давления будут и дальше снижаться по мере разработки новых мембран. Консультацию специалистов Вы можете получить по телефону: (495) 768-06-46. Для того, чтобы сотрудники РХТУ им. Д.И. Менделеева подготовили для Вас технико-коммерческое предложение, просим Вас заполнить следующий опросный лист: Скачать опросный лист Заполненный опросный лист просим направить по адресу электронной почты info@enviropark.ru
|
|
Обратный осмос
| Обратный осмосОчистка воды обратным осмосом Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей. Поскольку поток фильтрата прямо пропорционален площади поверхности мембраны и обратно пропорционален ее толщине, при проектировании обратноосмотических установок следует подбирать мембраны с максимально возможной площадью и минимально возможной толщиной на единицу объема аппарата. Надежность установок обратного осмоса повышают благодаря установке резервного оборудования, с возможностью его многофункциональное применения, оптимизации количества мембранных элементов в каждой секции аппарата, а также повышая надежность фильтрующих элементов и оснащая компьютерной системой поиска отказавшего мембранного элемента и модуля. Как правило, обратный осмос применяется в технологических процессах опреснения морской и солоноватой воды, производства сверхчистой воды для фармацевтической, радиоэлектронной и приборостроительной отраслей промышленности, а также в при создании систем оборотного водоснабжения предприятий (мембранное концентрирование промывных вод и обессоливание очищенных сточных вод в гальваническом производстве и производстве печатных плат). За границей наиболее широкое распространение в промышленности получили мембранные установки обратного осмоса: Dow Chemical "Filmtec", GE Osmonics, Toray, Norit, Inge, Hydranautics и др. В России для сборки установок обратного осмоса (Технопарк РХТУ им Д.И Менделеева, ФГУП "Исследовательский центр имени М. В. Келдыша") широкое применение находят как рулонные и половолоконные элементы перечисленных выше производителей, так и отечественные обратноосмотические ацетатцеллюлозные (АЦ) и полиамидные (ПА) полимерные мембраны производства НТЦ "Владипор". Характеристика рулонных элементов обратного осмоса | Модель мембранного элемента | Типоразмер | Рабочее давление, бар | Рабочая поверхность, м2 | Селективность по NаСl, % | Поток, м3/сутки | | Filmtec BW30-4040 | 4040 | 16 | 7.2 | 99,0 | 8,3 | | Filmtec BW30-400 | 8040 | 16 | 37,0 | 99,5 | 40,1 | | Hydranautics ESPA4-4040 | 4040 | 10 | | 99,0 | 9,5 | | Hydranautics ESPA4 | 8040 | 10 | | 99,0 | 45,4 | | Hydranautics LFC3-4040 | 4040 | 16 | | 99,5 | 7,6 | | Hydranautics LFC3 | 8040 | 16 | | 99,6 | 36,0 | | Toray TMG10 | 4040 | 16 | 8,0 | 99,5 | 7,6 | | Toray TM720-400 | 8040 | 16 | 37,2 | 99,7 | 39,0 | | GE Osmonics Desal AG4040F | 4040 | 13,8 | | 99,4 | 8,3 | | GE Osmonics Desal AK4040F | 4040 | 7 | | 99,0 | 8,3 | | Владипор ЭРО-КН-100-1016 | 4040 | 16 | - | 92,0 | 24,0 | | Владипор ЭРО-КН-200-1016 | 8040 | 16 | - | 90,0 | 6,0 |
Применение установок обратного оспоса для очистки сточных вод гальванического производства Технология очистки гальванических сточных вод с применением комбинирования электрофлотации, микрофильтрации (ультрафильтрации) и обратного осмоса представлена ниже. На первом этапе производится извлечение дисперсных веществ в электрофлотаторе, на втором этапе производится микро- ультрафильтрационная тонкая очистка воды перед подачей на установку обратного осмоса для обессоливания на третьем этапе Рис.1. Удаление из воды тяжелых металлов, органических соединений и растворимых солей позволяет получить очищенную воду очень высокого качества, которую можно использовать для оборотного водоснабжения по замкнутому циклу. Данное техническое решение позволяет получить два различных типа воды для повторного использования на операция промывки и приготовления растворов электролитов (Вода категории 2 и 3 по ГОСТ 9.314). Использование воды различного качества позволяет снизить эксплуатационные затраты без ухудшения качества нанесения покрытий. Схема технологического процесса Сокращение водопотребления предприятия на 95% Отсутствие платы за превышения ПДК загрязняющих веществ Отсутствие сброса сточных вод 
Консультацию специалистов Вы можете получить по телефону: (495) 768-06-46. Для того, чтобы сотрудники РХТУ. им Д.И. Менделеева подготовили для Вас технико-коммерческое предложение, просим Вас заполнить следующий опросный лист: Опросный лист Мембранные установки Заполненный опросный лист просим направить по адресу электронной почты info@enviropark.ru |
|
Нанофильтрация
| НанофильтрацияНанофильтрация воды Нанофильтрация - мембранный процесс, обеспечивающий удаление из воды многозарядных ионов и молекул размером 0,01 - 0,001, молекул органических веществ массой более 200 Дальтон (Dalton) и вирусов. Селективность при очистке воды от тяжелых металлов и солей жесткости составляет 98-99%, при удалении однозарядных ионов порядка 50%. В процессах нанофильтрация и обратного осмоса разделение происходит на молекулярном уровне. На разделение оказывают влияние гидратация, адсорбция, гидравлическое сопротивление мембран и осмотический эффект. Концентрационная поляризация вызывает повышение концентрации загрязняющих веществ непосредственно вблизи поверхности мембран, при этом происходит снижение производительности мембранной установки и требуется повышение рабочего давления. 
Промышленная установка нанофильтрации воды Сравнительные характеристики рулонных нанофильтрационных элементов | Модель мембранного элемента | Типоразмер | Рабочее давление, бар | Рабочая поверхность, м2 | Селективность по MgSO4, % | Поток, м3/сутки | | Filmtec NF270-2540* | 2540 | 4,8 | 2,6 | 99,0 | 3,2 | | Filmtec NF270-4040* | 4040 | 4,8 | 7,6 | 95,0 | 9,5 | | Filmtec NF270-400* | 8040 | 4,8 | 37,0 | 95,0 | 55,6 | | Toray SU-610* | 4040 | 3,5 | 6,8 | - | 4,5 | | Toray SU-620* | 8040 | 3,5 | 28,0 | - | 18,0 | | Hydranautics ESNA1-4040* | 4040 | 5,2 | 7,9 | - | 8,0 | | Hydranautics ESNA1-LF* | 8040 | 5,2 | 37,1 | - | 31,0 | | GE Osmonics Desal HL4040F | 4040 | 4,8 | - | 98,0 | 10,3 | | Владипор ЭРН-КП-100-1016 | 4040 | до 16 | - | 97,0 | 10,8 | | Владипор ЭРН-КП-200-1016 | 8040 | до 16 | - | 97,0 | 48 |
*Условия испытаний: раствор NaCl = 500 мг/л, Т = 25ºС, pH = 6,5-7,0. Ниже представлены среднестатистические данные о селективности рулонных фильтрующих элементов, полученные обобщением показателей большого числа нанофильтрационных установок эксплуатируемых в различтых отрослях промышленного производства. Селективность нанофильтрационных элементов | Ион / Показатель | Селективность, % | | Кальций | 93-95 | | Магний | 92-94 | | Железо (III) | 98-99 | | Алюминий | 95-98 | | Сульфаты | 96-98 | | Фосфаты | 90-95 | | Бикарбонаты | 50-60 | | Силикаты | 90-95 | | Хлориды | 40-60 | | Общий органический углерод | 90 | | ХПК | 50-70 | | ПАВ (анионные и неионогенные) | 90-95 | | Цветность (красители) | 95 |
Представленные данные свидетельствуют о получение воды высокого качества для оборотного водоснабжения, как прачечных предприятий, так и производств моющих средств. В настоящее время специалистами РХТУ им. Д.И. Менделеева ведется разработка и пилотные испытания аналогичных систем водоочистки для объектов ЖКХ, энергетического комплекса и фармацевтической промышленности. При этом по уровню капитальных и эксплуатационных затрат разрабатываемые технологии в области оборотного водоснабжения и очистки сточных вод в 1,5-2,2 раза дешевле современных зарубежных аналогов. |
|
Ультрафильтрация
| УльтрафильтрацияУльтрафильтрация воды Ультрафильтрация - мембранный процесс очистки воды от взвешенных веществ, крупных органических макромолекул массой более 50 000 Дальтон (Dalton) коллоидных частиц (коллоидные растворы). Установки ультрафильтрации собираются на могут быть собраны на основе трубчатых керамических элементов, рулонных элементов и полых волокон. Размер пор УФ мембран составляет 0,01 - 0,1 мкм. Установки ультрафильтрации воды с полыми волокнами имеют следующие преимущества: Высокая удельная поверхность мембран; Отсутствие необходимости применения специальных систем дренажа; Низкие энергозатраты на турбулизацию потока; Простота и надежность в эксплуатации.
Рис.1. Модуль ультрафильтрации: 1 - поток разделяемой смеси; 2 - крышка модуля ультрафильтрации; 3 - корпус модуля ультрафильтрации; 4 - полые волокна; 5 - блок-коллектор; 6 - поток, концентра; 7 - поток, фильтрата, А и Б - варианты подачи и отвода компонентов разделяемой системы Разделительный элементом - пучок параллельно установленных полых волокон, концевые части которых закреплены в пластиковом блоке-коллекторе. Очистка промышленных сточных вод методом ультрафильтрации, вода может подаваться как в каналы полых волокон, так и в межволоконное пространство. В первом случае компонент системы, проникающий сквозь стенки полых волокон, отводится через боковые штуцеры корпуса модуля (вариант Б, рис. 1). Концентрат отводится со стороны, противоположной подаче жидкости, через штуцер крышки. Во втором случае смесь подается в один из боковых штуцеров, а фильтрат отводится из торцов установки ультрафильтрации. Таблица 1 Характеристика элементов на основе полого волокна | Показатели | DuPont | НПО Химволокно | Тоуоbо | | 0040 | 0840 | А70-150 | А70-205 | АРО-300 | НА 8130 | | Длина, мм | 1350 | 1220 | 1200 | 1345 | 1240 | | Диаметр, мм | 254 | 203 | 170 | 225 | 320 | 320 | | Производительность, м3/сутки, не менее | 94,64 | 60 | 2,5 | 6,5 | 9,0 | 60> | | Селективность, %, не менее | 90,0 | 75,0 | 90,0 | | Рабочее давление, МПа, не более | 2,76 | 2,5 | - | | Конверсия, % | 75 | - | | Срок службы, г | 3> | 1 | - |
Рис.2. Установка ультрафильтрации на основе половолоконных мембран При обессоливании воды методом обратного осмоса, на стадии предварительной очистки обычно используют установки ультрафильтрации. |
|
Микрофильтрация
Администратор: Enviropark TransEcoProject
| Микрофильтрация - процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления. Размер разделяемых частиц от 0,05 до 10 мкм. Микрофильтрация - переходный процесс от обычного фильтрования к мембранным методам. Объемный поток через микрофильтрационные мембраны подчиняется закону Дарси: поток через мембрану J прямо пропорционален приложенному давлению: J = K ·?P где константа проницаемости К зависит от структурных факторов, таких, как пористость и размер пор (распределение пор по размерам). В константу К так же входит вязкость проникающей жидкости. Конвективный поток зависит только от параметров мембраны и не содержит параметров, относящихся к растворенным веществам. Для микрофильтрации используют мембраны с симметричной микропористой структурой. Размеры пор от 0,1 до 10 мкм. Они могут быть изготовлены из разнообразных органических (полимеры) или неорганических (керамика, металлы, стекла) материалов. Мелкие частицы растворенного вещества и растворитель проходят через мембрану, а концентрация задерживаемых частиц возрастает. Поток раствора вдоль разделит 
Применяемые для микрофильтрации мембраны имеют пористую структуру и действуют как глубокие фильтры. Удерживаемые частицы осаждаются внутри мембранной структуры. Концентрационная поляризация при микрофильтрации относится к учитываемому явлению. Для удаления осаждающихся частиц с поверхности микрофильтрационной мембраны используют приемы специального воздействия: поперечный поток, обратная промывка, ультразвуковая вибрация. Долговечность мембран зависит от химической стойкости материала, из которого они сделаны. Микрофильтрацию осуществляют в аппаратах плоскорамного типа. При промышленном использовании микрофильтрации обычно применяют горизонтальные пластинчатые системы или патронные фильтры; наиболее распространены рамные фильтр прессы. В качестве патронных фильтров применяют гофрированный мембранный патрон, расположенный в корпусе, рассчитанном на работу под давлением. Исходный раствор поступает в фильтр со стороны корпуса, продукт собирается в центральной трубе, которая уплотнена с корпусом прокладкой. При постоянном гидростатическом давлении производительность фильтра постепенно уменьшается до значения, при котором дальнейшая эксплуатация становится неэкономичной и фильтр заменяют. 
|
|
|
|
