Ile wiesz o ultrafiltracji w systemach czystej wody? (I)

1.1. Wprowadzenie do klasyfikacji procesów rozdziału błony

Na podstawie dokładności rozdziału technologia rozdziału cieczy membranowych można ogólnie podzielić na cztery kategorie: mikrofiltracja (MF), ultrafiltracja (UF), nanofiltracja (NF) i odwrotną osmozę (RO). Ich dokładność filtracji wzrasta w powyższej kolejności.

Mikrofiltracja może przechwycić cząstki między {{0}}. 1 i 1 mikron. Membrany mikrofiltracyjne pozwalają przechodzić przez makrocząsteczki i rozpuszczalne stałe (sole nieorganiczne), ale przechwytują zawieszoną materię, bakterie i koloidy o dużej masie cząsteczkowej. Ciśnienie robocze membran mikrofiltracji wynosi na ogół 0. 7-7.

Ultrafiltracja może przechwycić makrocząsteczki i białka między {0}}. 002 i 0,1 mikronów. Membrany ultrafiltracyjne pozwalają przechodzić przez małe cząsteczki i rozpuszczalne substancje stałe (sole nieorganiczne), podczas przechwytywania koloidów, białek, mikroorganizmów i makrocząsteczkowej materii organicznej. Zakres masy cząsteczkowej odcięcia stosowany do wskazania wielkości porów membran ultrafiltracyjnych wynosi na ogół od 1000 do 500000. Ciśnienie robocze membrany ultrafiltracyjnej wynosi ogólnie 1-7.

Nanofiltracja może przechwycić substancje nanoskali (0. 001 Micron). Zakres operacyjny membrany nanofiltracji odbywa się między ultrafiltracją a odwrotną osmozą. Masa cząsteczkowa przechwyconej materii organicznej wynosi około 200-800 MW, a możliwość przechwytywania rozpuszczonych soli wynosi między 20%-98. Szybkość usuwania rozpuszczalnych monowalentnych jonów jest niższa niż w jonach wysokiej wartości. Nanofiltracja jest ogólnie stosowana do usuwania materii organicznej i pigmentów w wodzie powierzchniowej, twardości i radu w wodzie gruntowej oraz częściowo usuwające rozpuszczone sole oraz ekstrakt i koncentrowanie przydatnych substancji w produkcji żywności i farmaceutycznej. Ciśnienie robocze membrany nanofiltracji wynosi ogólnie 3. 5-30.

Odwrócona osmoza jest najbardziej wyrafinowanym produktem rozdziału błony, który może skutecznie przechwycić wszystkie rozpuszczone sole i materię organiczną o masie cząsteczkowej większej niż 100, jednocześnie umożliwiając przejście cząsteczek wody. Odwrócona membrany osmozy są szeroko stosowane w wodzie morskiej i odsuwaniu wody słonawej, wodzie zasilającego kotła, przemysłową czystą wodę i elektronicznym przygotowaniu wody o wysokiej czystych, piciu produkcji czystej wody, oczyszczaniu ścieków i specjalnych procesach separacji. Ciśnienie robocze membran odwrotnej osmozy wynosi na ogół od 12 barów dla wody słonawej do 70 barów dla wody morskiej.

1.2. Rodzaje i charakterystyka zastosowania błon ultrafiltracyjnych

Membrany ultrafiltracyjne są podzielone głównie na cztery typy zgodnie z ich strukturą: błony płytowe, błony toczące, błony rurowe i puste błony włókien.

Membrana płytowa: Jest to najwcześniejsza membrana, ale ponieważ trudno jest zapewnić odpowiednią szybkość przepływu na powierzchni membrany i złożone problemy z uszczelnieniem, zastosowanie tego rodzaju membrany jest bardzo ograniczone. Wymagania wstępne nie są ścisłe;

Membrana rolka: opracowana z membran płytowych, ponieważ siatka membrany rolkowej przynosi martwe punkty i nie można jej zmywać wstecz, zwykle nie nadaje się do przemysłowego oczyszczania surowej wody. Są odpowiednie do separacji materiałów o wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem itp., A wymagania dotyczące obróbki wstępnej nie są ścisłe;

Membrana rurowa: Ze względu na wysokie zużycie energii nie nadaje się do zwykłego uzdatniania wody z ekonomicznego punktu widzenia. Jest ogólnie odpowiedni do płynów o wysokiej zawartości stałym lub wysokim stężeniu oleju. Spośród czterech membran jego wymagania dotyczące obróbki wstępnej są najmniej surowe.

Pusta błona światłowodowa: Ponieważ ma niskie ciśnienie, nie ma martwego punktu w kanale, wysoki strumień i może być zmywalny, jest to dobry wybór, z wyjątkiem specjalnych zbiorników wodnych (takich jak wysoka zawartość oleju, wysoka zawartość stała itp.). Spośród czterech membran jest najczęściej stosowany w uzdatnianiu wody.

Uwaga: Ponieważ najczęściej stosowana jest pusta błona światłowodowa, z wyjątkiem wspólnych punktów w następujących materiałach, wszystkie inne materiały są wyjaśnione jako przykład na pustej błonie włókien.

1.3. Zakres aplikacji

Ultrafiltracja jest szeroko stosowana w dziedzinie uzdatniania wody. Zgodnie z okazjami aplikacyjnymi można go używać głównie do:

1.3.1. Wstępna obróbka wody surowej (woda powierzchniowa, woda gruntowa, woda z kranu)

Orklifikator, wymiana filtru piaskowego, wstępna obróbka RO i wymiana jonów

Ultrafiltracja stosowana w wstępnym obróbce zastępuje klastrlik lub filtr piaskowy w celu usuwania ciał stałych i koloidów w surowej wodzie, aby poprawić działanie kolejnego sprzętu, takie jak poprawa częstotliwości płukania wstecznego wymiennika jonowego i częstotliwość wymiany elementów membrany odwróconej osmozy, ale wymaga częstszego czyszczenia/płukania. Typ membrany wynosi zwykle 100, 000 odcięcie molekularne.

1.3.2. Leczenie oczyszczania

Usunięcie cząstek (takich jak woda 18 WΩ), usunięcie mikroorganizmów i pirogenów, RO lub jonowa wymiana po leczeniu

Ultrafiltracja służy do usuwania koloidów i stałych w wodzie po odwróconej osmozie/wyposażeniu wymiany jonowej. Ma wysoką przepuszczalność wody i niską częstotliwość czyszczenia. Nie wymaga częstego czyszczenia/spłukiwania. Jest to oczyszczone tylko wtedy, gdy ciśnienie systemu spada do poziomu, który sprawia, że ​​operacja jest niewygodna lub wytwarzane są bakterie. W branży farmaceutycznej i elektronicznej ultrafiltracja jest umieszczana w punkcie użycia do usuwania mikroorganizmów i pirogenów. Typ membrany to ogólnie 10, 000-100, 000 odcięcia molekularne.

1.3.3. Krążenie wody i ponowne użycie

Po leczeniu biochemicznym i wyjaśnieniu (wtórne i trzeciorzędowe)

Membrana anizotropowa

Syntetyczne puste włókno polimerowe składające się z bardzo ciasnej, cienkiej membrany wewnętrznej i samowystarczalnej zewnętrznej struktury gąbki. Ta wewnętrzna membrana działa jako półprzewodnikowa membrana ultrafiltracyjna.

Średnie ciśnienie transbranowe

Różnica między średniego ciśnienia strony produkcyjnej wody a wlotem surowej wody i wylotu,

Średnie ciśnienie transbranowe=(P in + p out) / 2 - p produkcja wody

Flush z tyłu

Przekształcić wysokiej jakości wodę z zewnątrz pustego włókna do wewnątrz. Ponieważ woda przechodzi przez włókno od odwrotnego kierunku, rozluźnia się i zmywa brud na powierzchni membrany.

Uwaga: Podczas tego procesu nie ma nacisku na wnętrze błony światłowodowej.

Zrbotanie koloidalne

Na powierzchni błony powstaje warstwa wytrącania cząstek wewnątrz pustego włókna.

Koncentrować lub odrzucić

Część surowej wody, która nie może przechodzić przez błonę, zawiera zanieczyszczenia, takie jak cząstki, koloidy, bakterie i pirogenów o wyższym stężeniu niż surowa woda.

Polaryzacja koncentracji

Zjawisko, które powoduje, że odrzucona zawieszona materia zbiera się na powierzchni błony. Wysoka siła ścinania (wysoka natężenie przepływu) w włóknie może zmniejszyć polaryzację.

Przepływ krzyżowy

Stężona woda przepływa w kierunku równolegle do efektywnej powierzchni membrany, która pomaga wypłukać zanieczyszczenia zanieczyszczeń na powierzchni membrany.

Presja różnicowa

Różnica ciśnienia między wlotem i wylotem rurki błony włóknistej. Różnica ciśnienia pd=p in - p out

Przepływ w dół

Kierunek przepływu krążenia modułu membrany ultrafiltracyjnej przepływa od góry do dołu modułu.

Karmić

Woda wchodząca do systemu ultrafiltracyjnego jest następnie podzielona na wytwarzaną wodę i stężoną ciecz.

Strumień

Szybkość przepływu wytwarzanej wody przechodzącej przez membranę, zwykle wyrażoną jako galony wody na stopę kwadratową powierzchni membrany dziennie (GFD), GFD {0}} LMH x 0,59

Przepływ do przodu

Kierunek przepływu krążenia ścieków jest zwykle w górę dla instalowanych pionowo rur membranowych.

Warstwa żelowa

Warstwa o wysokim stężeniu lub osadzie stałym, zwykle substancje o wysokiej masie cząsteczkowej, utworzona na skutecznej wewnętrznej powierzchni działającej błony ultrafiltracyjnej. Często jest to przepuszczalność warstwy żelowej, a nie przepuszczalność membrany filtracyjnej określa strumień wody ultrafiltracyjnej (co doprowadzi do ściślejszego efektu filtracji niż faktyczna granica masy cząsteczkowej błony).

Odcięcie masy cząsteczkowej

Własność membrany, która opisuje nominalny wskaźnik retencji substancji rozpuszczonej w znanym systemie zasilającym, to znaczy minimalnej wielkości zatrzymanego zanieczyszczenia.

Nominalny odcięcie

W jednym roztworze znanej substancji rozpuszczonej wielkość porów membranowych odpowiadająca maksymalnej szybkości zatrzymania substancji rozpuszczonej (zwykle 90%).

Przesiąknąć

Część wody, która przechodzi przez błonę filtracyjną, jest zasadniczo wolna od koloidów, cząstek i mikroorganizmów.

Powrót do zdrowia

Procent produkowanej wody w całkowitej surowej wodzie.

% Recovery=Woda produktu/surowa woda × 100

Retentować

Zwany także koncentratem. Część wpływu, która nie może przejść przez błonę filtracyjną, w tym zachowała stałe o stężeniu wyższym niż w wpływie.

Zatrzymaj krwawienie

Część retenatu, która jest odprowadzana lub poddana recyklingowi z jednostki ultrafiltracyjnej. Ten proces rozładowania zapobiega gromadzeniu się zatrzymanych ciał stałych po stronie filtracji błony.

Przepływ odwrócenia

Ciecz wchodzi do rurki membranowej w sposób rozłożony. Woda wchodzi do rurki membranowej z górnej rurki wlotowej, a po pewnym czasie zmienia się, aby wejść z dna. Ta rozłożona zmiana poprawia warunki przepływu w błonie.

Przepływ w górę

Kierunek przepływu krążenia modułu membrany ultrafiltracyjnej przepływa od dołu do górnej części modułu.

3.1 Przegląd

Ultrafiltracja jest procesem filtracji napędzanym przepływem i ciśnieniem stycznym płynnym i oddziela cząstki w wodzie według masy cząsteczkowej. Rozmiar porów błony ultrafiltracyjnej znajduje się w przybliżeniu w zakresie 0. 002-0. 1 Micron (MWCO wynosi około 1, 000-500, 000). Rozpuszczone substancje i substancje mniejsze niż wielkość porów błony mogą przechodzić przez błonę jako permeat, podczas gdy substancje, które nie mogą przejść przez błonę, zostaną zatrzymane i zatężone w ścieku. Dlatego wytwarzana woda (permeat) będzie zawierać wodę, jony i małe cząsteczki, podczas gdy koloidy, cząsteczki, bakterie, wirusy i pierwotniaki zostaną usunięte przez błonę.

Błona ultrafiltracyjna z pustego włókna jest bardzo cienkim materiałem polimerowym wykonanym z polisulfonu PS, PES polietaltonu, PVDF lub poliakrylonitrylu (PAN) z asymetryczną mikroporowatą strukturą. Asymetryczna membrana ultrafiltracyjna ma wyjątkowo gładką i cienką ({{0}}. Połączenie tej małej powierzchni membrany gładkiej porów i większego materiału podporowego sprawia, że ​​odporność na przepływ filtrujących cząsteczek jest bardzo mały i nie łatwy do zatkania.

3.2 Podstawowe zasady

Ultrafiltracja jest procesem przepływu krzyżowego i stycznego, w którym ciecz do filtrowania przepływa wzdłuż powierzchni membrany. Tworzy to warunki ścinania płynów na wewnętrznej ścianie pustego włókna, co utrudnia utworzenie zanieczyszczeń na powierzchni membrany.

Woda do filtrowania jest pod ciśnieniem przez ultrafiltracyjną pompę wodną i wejście do zespołu membrany. Ze względu na różnicę ciśnienia między wewnętrzną i zewnętrzną membraną część wody przenika membranę, podczas gdy zanieczyszczenia w wodzie są zatrzymywane w pozostałej wodzie i filtrowane.

Jeśli zanieczyszczenia, które należy oddzielić, zostaną zdeponowane zbyt mocno na błonie, w zależności od rodzaju błony, spowoduje to osadzanie się nierozpuszczalnych soli lub tworzenie częściowej warstwy pokrycia. Aby tego uniknąć, część wody wypłynie jako koncentrat. W zależności od rodzaju membrany i zastosowania proces ten powinien być przeprowadzany w sposób ciągły lub podczas refluksu.

3.3 Charakterystyka ultrafiltracji

Ultrafiltration ma wiele zalet w stosunku do tradycyjnych metod oczyszczania:

• Może całkowicie usunąć mikroorganizmy i cząstki

Szybkość usuwania zanieczyszczeń w wodzie

Komponenty PM10 PM100

Krzemionka koloidalna 99,8% 99. 0%

Żelazo koloidalne 99,8% 99. 0%

Koloidalne aluminium 99,8% 99. 0%

Zawieszone ciałę stałe 5 LRV 4 LRV

Turbidity <{{0}}. 3 ntu (zwykle mniej niż 0,1 ntu)

Sdi <1. 0 sdi

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoa 6 LRV 5 LRV

Grzyb 6 LRV 5 LRV

Wirus 5 LRV 4 LRV

Endowirus 4 LRV 2 LRV

Toc Avg. 70% AVG. 30%

• Na efekt filtracji nie ma wpływu jakość surowej wody
• Może usunąć bakterie odporne na chlor
• Koncentrat ultrafiltracyjny zawiera tylko te substancje zawarte w oryginalnej wodzie
• W porównaniu z innymi tradycyjnymi metodami ilość osadów w ultrafiltracji jest znacznie mniejsza
• Kompaktowa struktura wspornika poprawia wykorzystanie przestrzeni, oszczędza koszty, a także może być bardzo elastyczna w dodawaniu sprzętu do istniejących roślin.
• Ultrafiltracja może osiągnąć w pełni zautomatyzowaną ciągłą produkcję przemysłową.
• Ponieważ ultrafiltracja może prawie całkowicie odfiltrować substancje, które tworzą warstwę pokrycia, obciążenie powierzchni można zwiększyć w kolejnych etapach oczyszczania membrany, zmniejszając w ten sposób skalę kolejnego urządzenia oczyszczania.

Surowa woda wchodzi do wewnętrznej jamy pustego błonnika i jest filtrowana od wewnątrz na zewnątrz przez błonnik.

Zwykle surowa woda wchodzi z jednego końca elementu membranowego i przepływa przez całą długość włókna pod ciśnieniem 30-40 psi.

Koncentrat o wyższej zawartości stałej jest rozładowywany z drugiego końca elementu membranowego.

Permat przepływa do rury zbierania permeatu w środku elementu membranowego po filtracji przez ścianę błony światłowodowej. Permat wypływa ze środka każdego elementu membrany przez rury zbierającą wodę.

Ultrafiltracja ma na ogół dwa tryby procesu operacyjnego zgodnie z jakością surowej wody: tryb filtracji ślepej i filtracji krążenia.

4.1 Tryb filtracji ślepej klasy

Zwykle stosowane, gdy zawieszone substancje substancje stałe i koloidowe w surowej wodzie są niskie (takie jak 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 Tryb filtracji krążenia/przepływu

Gdy zawartość zawartości ciał stałych w surowej wodzie jest wysoka i w większości zastosowań innych niż woda, konieczne jest zmniejszenie szybkości odzysku, aby utrzymać wysokie natężenie przepływu wewnątrz rurki membranowej. Spowoduje to dużo ścieków. Aby uniknąć odpadów, zwolniona skoncentrowana woda zostanie ponownie przycisk i wróci do rurki membranowej. W ten sposób, chociaż wskaźnik odzysku rurki membranowej jest zmniejszony, szybkość odzysku całego systemu może być nadal bardzo wysoka. W tym trybie wpływowa woda krąży ciągle na powierzchni membrany. Duża prędkość krążącej wody zapobiega gromadzeniu się cząstek na obszarze membrany i zwiększa strumień. Ponieważ mniej wpływowa woda staje się wytwarzaną wodą, aby uzyskać taką samą wydajność, zużycie energii jest większe niż tryb filtracji ślepej klasy.