Mennyit tudsz az ultraszűrésről a tiszta vízrendszerekben? (I)

1.1. Bevezetés a membrán elválasztási folyamatok osztályozásához

Az elválasztási pontosság alapján a membrán folyadék elválasztási technológiája általában négy kategóriába sorolható: mikrofiltráció (MF), ultraszűrés (UF), nanofiltráció (NF) és fordított ozmózis (RO). Szűrési pontosságuk a fenti sorrendben növekszik.

A mikrofiltráció elfoghatja a részecskéket a {{0}}. 1 és 1 mikron között. A mikrofiltrációs membránok lehetővé teszik a makromolekulák és az oldható szilárd anyagok (szervetlen sók) áthaladását, de elfogják a szuszpendált anyagokat, a baktériumokat és a nagy molekulatömegű kolloidokat. A mikrofiltrációs membránok működési nyomása általában 0. 7-7 bar.

Az ultraszűrés elfoghatja a makromolekulákat és a fehérjéket a {0}} 002 és 0,1 mikron között. Az ultraszűrőmembránok lehetővé teszik a kis molekulák és az oldható szilárd anyagok (szervetlen sók) áthaladását, miközben elfogják a kolloidokat, fehérjéket, mikroorganizmusokat és a makromolekuláris szerves anyagokat. Az ultraszűrő membránok pórusméretének jelzésére használt küszöbmolekulatömeg általában 1000 és 500000 között van. Az ultraszűrőmembrán működési nyomása általában 1-7} rud.

A nanofiltráció elfoghatja a nanoméretű (0. 001 mikron) anyagokat. A nanofiltrációs membrán működési tartománya az ultraszűrés és a fordított ozmózis között van. Az elfogott szerves anyag molekulatömege körülbelül 200-800 MW, és az oldott sók elfogásának képessége 20%-98%között van. Az oldható monovalens ionok eltávolítási sebessége alacsonyabb, mint a nagy valús ionoknál. A nanofiltrációt általában a felszín alatti vízben lévő szerves anyagok és pigmentek eltávolítására használják, és részben távolítják el az oldott sókat, és kihúzzák és koncentrálják a hasznos anyagokat az élelmiszer- és gyógyszerészeti termelésben. A nanofiltrációs membrán működési nyomása általában 3. 5-30 bar.

A fordított ozmózis a legkifinomultabb membrán -elválasztó termék, amely hatékonyan elfoghatja az összes oldott sót és a szerves anyagot, amelynek molekulatömege meghaladja a 100 -at, miközben lehetővé teszi a vízmolekulák áthaladását. A fordított ozmózis membránokat széles körben használják a tengervíz és a sós víz sótalanításában, a kazán takarmány-vízben, az ipari tiszta vízben és az elektronikus fokozatú nagy tisztaságú víz előkészítésében, tiszta víztermelés, szennyvízkezelés és speciális elválasztási folyamatok ivásában. A fordított ozmózis membránok működési nyomása általában 12 bar -os sós víz és 70 bár között van a tengervíznél.

1.2. Az ultraszűrőmembránok típusai és alkalmazás jellemzői

Az ultraszűrőmembránokat elsősorban négy típusra osztják szerkezetük szerint: lemezmembránok, tekercsmembránok, csőmembránok és üreges rostmembránok.

Lemezmembrán: Ez a legkorábbi membrán, de mivel nehéz biztosítani a megfelelő áramlási sebességet a membrán felületén és az összetett tömítési problémák, az ilyen típusú membrán alkalmazása nagyon korlátozott. Az előkezelési követelmények nem szigorúak;

Roll membrán: A lemezmembránokból fejlesztették ki, mert a tekercs membrán rácsja holtpontokat hoz, és nem mosható vissza, általában nem alkalmas ipari nyersvíz -kezelésre. Ezek alkalmasak a magas hőmérsékleten és a nagynyomású anyag elválasztáshoz stb., És az előkezelési követelmények nem szigorúak;

Tubuláris membrán: Nagy energiafogyasztása miatt nem alkalmas a szokásos vízkezelésre gazdasági szempontból. Általában nagy szilárd tartalommal vagy magas olajkoncentrációjú folyadékokra alkalmas. A négy membrán közül az előkezelési követelmények a legkevésbé szigorúak.

Üreges szálmembrán: Mivel alacsony nyomása van, nincs holtpont a csatornában, magas fluxus, és hátráltatható, ez jó választás, kivéve a speciális víztesteket (például magas olajtartalom, nagy szilárd tartalom stb.). A négy membrán közül ez a legszélesebb körben alkalmazott vízkezelésben.

Megjegyzés: Mivel az üreges rostmembrán a legszélesebb körben használható, kivéve a következő anyagok közös pontjait, az összes többi anyagot példaként üreges szálmembránnal magyarázzuk.

1.3. Alkalmazási kör

Az ultraszűrést széles körben használják a vízkezelés területén. Az alkalmazási alkalmak szerint elsősorban a következőkre használható:

1.3.1. Nyersvíz előkezelés (felszíni víz, talajvíz, csapvíz)

Clarifier, homokszűrő cseréje, RO előkezelés és ioncserélő előkezelés

Az előkezeléshez használt ultraszűrés helyettesíti a tisztítószert vagy a homokszűrőt a nyers vízben lévő szilárd anyagok és kolloidok eltávolításához, hogy javítsa a későbbi berendezések működését, például javítja az ioncserélő háttérmosási gyakoriságát és a fordított ozmózis membrán elemek cseréjének gyakoriságát, de ez gyakoribb tisztítást/öblítéshez szükséges. A membrán típusa általában 100, 000 molekuláris küszöb.

1.3.2. Tisztító kezelés

A részecskék (például 18WΩ víz) eltávolítása, a mikroorganizmusok és pirogének eltávolítása, RO vagy ioncsere utáni kezelés után

Az ultraszűrést a kolloidok és szilárd anyagok vízben történő eltávolítására használják fordított ozmózis/ioncserélő berendezések után. Magas vízáteresztő képességgel és alacsony tisztítási gyakorisággal rendelkezik. Nem igényel gyakori tisztítást/öblítést. Csak akkor tisztítják meg, ha a rendszer nyomás olyan szintre esik, amely a műveletet kellemetlenné vagy baktériumokat állítja elő. A gyógyszeriparban és az elektronikai iparban az ultraszűrést a mikroorganizmusok és pirogének eltávolításához használják. A membrán típusa általában 10, 000-100, 000 molekuláris küszöbök.

1.3.3. Vízkeringés és újrafelhasználás

Biokémiai kezelés és pontosítás után (másodlagos és tercier)

Anizotróp membrán

Szintetikus polimer üreges rost, amely nagyon szoros, vékony belső membránból és önellátó szivacsszerű külső szerkezetből áll. Ez a belső membrán félig áteresztő ultraszűrőmembránként működik.

Átlagos transzmembrán nyomás

A víztermelési oldal átlagos nyomása és a nyersvíz bemeneti és kimeneti pontja közötti különbség,

Átlagos transzmembrán nyomás=(p in + p out) / 2 - P víztermelés

Hátsó öblítés

Adja át a permeátum minőségű vizet az üreges rost külső oldaláról. Mivel a vizet a fordított irányból áthaladnak a roston, lazít és elmossa a szennyeződést a membrán felületén.

Megjegyzés: A szálmembrán belsejére nincs nyomás a folyamat során.

Kolloid szennyezés

A membrán felületén egy részecske -csapadékréteg képződik az üreges rost belsejében.

Koncentrálni vagy elutasítani

A nyersvíz azon része, amely nem tud átjutni a membránon, olyan szennyeződéseket tartalmaz, mint például a részecskék, a kolloidok, a baktériumok és a pirogének, amelynek nagyobb koncentrációja van, mint a nyers víz.

Koncentráció polarizációja

A jelenség, amely miatt az elutasított felfüggesztett anyag összegyűl a membrán felületén. A rostban lévő magas nyíróerő (magas áramlási sebesség) csökkentheti a polarizációt.

Keresztáramlás

A koncentrált víz a tényleges membránfelületgel párhuzamos irányba áramlik, ami elősegíti a szennyezőanyag -törmelék elárasztását a membrán felületén.

Eltérő nyomás

A nyomáskülönbség a szálmembráncső bemeneti és kimenete között. Nyomáskülönbség pd=p in - P Out

Lefelé irányuló áramlás

Az ultraszűrő membránmodul keringési áramlási iránya a modul tetejéig folyik.

Takarmányozás

Az ultraszűrő rendszerbe belépő vizet ezután előállított vízre és koncentrált folyadékra osztják.

Fényáram

A membránon áthaladó előállított víz áramlási sebessége, amelyet általában napi membránterület négyzetlábonkénti vízben fejeznek ki (GFD), GFD {{0}} lmh x 0,59

Előretolt áramlás

A szennyvíz keringési áramlási iránya általában felfelé van a függőlegesen beépített membráncsöveknél.

Gélréteg

Egy nagy koncentráció vagy szilárd üledék, általában nagy molekulatömegű anyagok, amelyek a működő ultraszűrőmembrán tényleges belső felületén képződnek. Gyakran a gélréteg permeabilitása, nem pedig a szűrőmembrán permeabilitása határozza meg az ultraszűrő vízáramot (amely szigorúbb szűrési hatást eredményez, mint a tényleges membrán molekulatömeg -küszöbértékek).

Molekulatömeg

A membrán tulajdonsága, amely leírja az oldott anyag nominális visszatartási sebességét egy ismert takarmányrendszerben, azaz a megtartott szennyező anyag minimális mérete.

Névleges levágás

Egy ismert oldott anyag egyetlen oldatrendszerében a membrán pórus mérete megfelel a maximális oldott anyag visszatartási sebességének (általában 90%).

Áthatol

A víz azon része, amely áthalad a szűrőmembránon, alapvetően kolloidoktól, részecskéktől és mikroorganizmusoktól mentes.

Gyógyulás

A teljes nyersvízben előállított víz százaléka.

% Recovery=Termékvíz/nyersvíz × 100

Megtart

Koncentrátumnak is hívják. Az a becsapódó része, amely nem tud átjutni a szűrőmembránon, beleértve a visszatartott szilárd anyagot, amelynek koncentrációja magasabb, mint a befolyóban.

Retenciós vérzés

Az ultraszűrő egységből kiürítve vagy újrahasznosított retenciós része. Ez a kisülési folyamat megakadályozza a visszatartott szilárd anyagok felhalmozódását a membránszűrő oldalán.

Visszafordítási áramlás

A folyadék lépcsőzetes módon lép be a membráncsőbe. A víz belép a membráncsőbe a felső bemeneti csőből, és egy idő elteltével az alulról változik. Ez a szakaszos változás javítja a membrán áramlási körülményeit.

Felfelé történő áramlás

Az ultraszűrőmembrán modul keringési áramlási iránya az aljától a modul tetejéig áramlik.

3.1 Áttekintés

Az ultraszűrés egy szűrési eljárás, amelyet a folyadék tangenciális áramlása és nyomás vezet, és a molekulatömeg szerint elválasztja a részecskéket. Az ultraszűrőmembrán pórusmérete megközelítőleg a 0 tartományban található. 002-0. Az oldott anyagok és a membrán pórusoknál kisebb anyagok áthaladhatnak a membránon, mint permeátum, míg az olyan anyagok, amelyek nem tudnak áthaladni a membránon, megtartják és a szennyvízbe koncentrálódnak. Ezért a termelt víz (permeátum) vizet, ionokat és kis molekulákat tartalmaz, míg a kolloidokat, részecskéket, baktériumokat, vírusokat és protozoákat a membrán távolítja el.

Az üreges szálas ultraszűrőmembrán egy nagyon vékony polimer anyag, amely poliszulfon PS -ből, polietersulfon PES -ből, PVDF -ből vagy poliakrilonitrilből (PAN), aszimmetrikus mikropórusos szerkezetű. Az aszimmetrikus ultraszűrési membrán rendkívül sima és vékony ({0}}. Ennek a kicsi pórusú, sima membránfelületnek és egy nagyobb póruskondiós anyagnak a kombinációja miatt az apró részecskék szűrése nagyon kicsi és nem könnyű eltömődni.

3.2 Alapvető alapelvek

Az ultraszűrés egy keresztáramlás és tangenciális áramlási folyamat, ahol a szűrni kívánt folyadék a membrán felületén áramlik. Ez folyékony nyírási körülményeket hoz létre az üreges rost belső falán, megnehezítve a szennyező anyagok kialakulását a membrán felületén.

A szűrt vizet az ultraszűrő vízszivattyúnyomással nyomás alatt áll, és bemélyedéssel jár a membrán szerelvénybe. A membrán belső és kívüli nyomáskülönbségének köszönhetően a víz egy része áthatolja a membránt, míg a víz szennyeződéseit a fennmaradó vízben megőrzik és kiszűrjük.

Ha az elválasztandó szennyeződések túl sokat helyeznek el a membránon, a membrán típusától függően, akkor az oldhatatlan sók lerakódását vagy egy részleges burkolat kialakulását okozza. Tehát ennek elkerülése érdekében a víz egy része koncentrátumként áramlik ki. A membrán típusától és az alkalmazástól függően ezt a folyamatot folyamatosan vagy reflux alatt kell végrehajtani.

3.3 Az ultraszűrés jellemzői

Az ultraszűrésnek számos előnye van a hagyományos tisztítási módszerekkel szemben:

• Teljesen eltávolíthatja a mikroorganizmusokat és részecskéket

A vízben lévő szennyező anyagok eltávolítási sebessége

Alkatrészek PM10 PM100

Kolloid szilícium -dioxid 99,8% 99. 0%

Kolloid vas 99,8% 99. 0%

Kolloid alumínium 99,8% 99. 0%

Felfüggesztett szilárd anyagok 5 lrv 4 lrv

Zavarosság <{{0}}. 3 NTU (általában kevesebb, mint 0,1 NTU)

Sdi <1. 0 SDI

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoa 6 lrv 5 lrv

Gombák 6 lrv 5 lrv

Vírus 5 LRV 4 LRV

Endovírus 4 lrv 2 lrv

TOC AVG. 70% AVG. 30%

• A szűrési hatást nem befolyásolja a nyersvíz minősége
• Eltávolíthatja a klór-rezisztens baktériumokat
• Az ultraszűrő koncentrátum csak az eredeti vízben található anyagokat tartalmazza
• Más hagyományos módszerekkel összehasonlítva az ultraszűrésben az üledék mennyisége lényegesen kevesebb
• A zárójel kompakt szerkezete javítja a helyfelhasználást, megtakarítja a költségeket, és rendkívül rugalmas lehet a meglévő növényekbe történő berendezések hozzáadásában.
• Az ultraszűrés teljesen automatizált ipari folyamatos termelést érhet el.
• Mivel az ultraszűrés szinte teljes mértékben kiszűri a burkolatréteget képező anyagokat, a terület terhelése a következő membrán tisztítási lépéseiben megnövelhető, ezáltal csökkentve a későbbi tisztító eszköz skáláját.

A nyers víz belép az üreges rost belső üregébe, és a roston belül belülről kifelé szűrt.

Általában a nyers víz a membrán elem egyik végéből lép be, és a rost teljes hosszán átfolyik a 30-40 psi nyomás alatt.

A nagyobb szilárd tartalommal rendelkező koncentrátumot a membrán elem másik végéből ürítik.

A permeátum a membrán elem közepén lévő permeátum -gyűjtőcsőbe áramlik a szálmembrán falán keresztüli szűrés után. A permeátum az egyes membránelemek közepéből kiáramlik a vízgyűjtő csőn keresztül.

Az ultraszűrésnek általában két működési módja van a nyersvíz minőségének megfelelően: zsákutcák szűrési mód és keringési szűrési mód.

4.1 HATÁSI FENNTARTÁSI SZÁMÍTÁS

Általában akkor használják, ha a szuszpendált szilárd anyagok és a nyers vízben található kolloid tartalom alacsony (például az 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 Keringés/keresztáramlás szűrési mód

Ha a nyers vízben a szuszpendált szilárd anyag tartalma magas, és a legtöbb nem vízben történő alkalmazásban csökkenteni kell a visszanyerési sebességet, hogy fenntartsa a nagy áramlási sebességet a membráncső belsejében. Ez sok szennyvizet okoz. A hulladék elkerülése érdekében a lemerült koncentrált vizet újra nyomja és visszatér a membráncsőhöz. Ilyen módon, bár a membráncső visszanyerési sebessége csökken, a teljes rendszer visszanyerési sebessége továbbra is nagyon magas lehet. Ebben az üzemmódban a befolyásos víz folyamatosan kering a membrán felületén. A keringő víz nagy sebessége megakadályozza a részecskék felhalmozódását a membrán területén, és növeli a fluxust. Mivel a kevésbé befolyásos víz előállítja a vizet, az azonos hozam elérése érdekében, az energiafogyasztás nagyobb, mint a zsákutcák szűrési módja.