Библиотека |
|
Все документы предоставляются в формате *.pdf, *.djvu
|
|
|
СТАТЬИ
ОБРАТНЫЙ ОСМОС. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ (Старая версия 2009 г.) (автор: Ген.директор компании "МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ" - С.В.Черкасов)
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБРАТНОГО ОСМОСА
Обратный осмос имеет очень широкий спектр использования, который можно классифицировать на две основные группы:
- Очистка растворителя. В этом случае продуктом является пермеат
- Концентрирование растворенного вещества. В этом случае продукт — концентрат.
Основным направлением использования обратного осмоса является очистка воды, главным образом, обессоливание солоноватых вод и особенно морской воды с целью получения питьевой воды. Другой важной областью применения обратноосмотических установок является использование обратного осмоса как стадии предварительного обессоливания воды при производстве ультрачистой воды для полупроводниковой, медицинской и теплоэнергетической отраслей промышленности. На стадии концентрирования обратный осмос широко используется в пищевой промышленности (концентрирование фруктовых соков, сахара, кофе) и в молочной промышленности (для концентрирования молока на начальной стадии сыроделия), а также при очистке сточных вод (в гальванике для концентрирования гальваностоков).
Состав установки обратного осмоса
Теперь давайте остановимся на назначении отдельных составляющих установки обратного осмоса. На Рис.1 представлена принципиальная технологическая схема типовой одноступенчатой обратноосмотической установки. На Рис.2 приведен общий вид ОО-установки. Первой стадией процесса обратного осмоса является тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры патронного типа, размещаемые в однопатронных или мультипатроных фильтродержателях, в зависимости от производительности ОО-установки. Данный фильтр относится к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Механизм работы патронных фильтрующих элементов относится к глубинной и/или поверхностной фильтрации, т.е. механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки. Вода, очищенная на патронных фильтрах, подается на насос высокого давления, назначением которого является достижение давления исходной среды расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Подбор высоконапорного насоса производится исходя из его рабочей характеристики. При этом рабочая точка насоса должна находится в диапазоне от 0,6 – 0,7 максимальной его производительности. При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления (а это бывает чаще всего) между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпассный вентиль, с помощью которого и осуществляется данная операция (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса). Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пуско-наладочных работ. В процессе эксплуатации ОО-установки осуществляется только контроль указанных параметров исходной воды.
|
|
После того как давление исходной воды повышено, она поступает на модули, в которых размещены обратноосмотические мембраны, где собственно и происходит разделение исходной воды на пермеат и концентрат. Концентрат, выходящий из установки обратного осмоса, имеет достаточно высокое давление и его транспортировка к месту сброса или утилизации не вызывает особых трудностей. Давление пермеата после обратноосмотической установки редко превышает 1 атм. Поэтому, чаще всего его приходиться подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется на дальнейшие стадии очистки. Несколько отдельных ОО-модулей, размещенных параллельно или последовательно по отношению друг к другу, образуют каскад. Задача инженера, проектирующего ОО-установку — собрать модули таким образом, чтобы оптимизировать систему при минимальной себестоимости продукта. Схема потоков в модуле является одним из главных факторов, определяющих степень достигаемого разделения. В принципе в одностадийном или многостадийном процессах обратного осмоса используются две базовые конфигурации потоков: 1) однопроходная система и 2) система с рециркуляцией (см. рис. 3 – схемы однопроходной и рециркуляционной систем).
однопроходная схема схема с рециркуляцией
В однопроходной системе сырьевой раствор проходит через единственный модуль (одностадийная система) или систему модулей (многостадийна система) только один раз, т. е. здесь рециркуляция отсутствует. Другими словами, объемная скорость потока над мембраной уменьшается по мере продвижения от входа в модуль к выходу из него. В многостадийных однопроходных процессах это снижение потока компенсируется определенной сборкой модулей, так называемая коническая каскадная схема («елочка»), как это показано на рис. 4 а. При такой конфигурации установка может быть спроектирована так, чтобы скорость потока оставалась фактически постоянной. Для этой системы характерно то, что общая длина пути над мембраной и падение давления велики. Фактор уменьшения объема, т.е. отношение начального объема сырья и объема концентрата определяется, главным образом, конфигурацией «елочка», а не приложенным давлением. Другая конфигурация — это рециркуляционная система, показанная на рис.4 б. В этом случае сырье компримируется и прокачивается несколько раз через одну и ту же ступень, состоящую из нескольких модулей. Каждая ступень снабжена рециркуляционным насосом, что позволяет оптимизировать гидродинамические условия. При этом наблюдается лишь небольшое падение давления в каждой ступени, где можно регулировать скорость потока и давление. Система рециркуляции сырья является гораздо более гибкой, чем однопроходная системами ей отдают предпочтение в процессах микрофильтрации и ультрафильтрации, когда можно ожидать сильной концентрационной поляризации и быстрого отложения осадков на мембранах. В то же время, для более простых задач, например, при обессоливании морской воды, использование однопроходной системы оказывается экономически оправданным.
ОБРАТНООСМОТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ
В отличие от микрофильтрации и ультрафильтрации, примеси, задерживаемые в процессе обратного осмоса, имеют размеры на уровне молекул, ассоциатов, ионов, кислотных остатков. Благодаря своим столь малым размерам растворенные вещества свободно проходят через любые ультрафильтрационные мембраны. Поэтому для процессов обратного осмоса используют более плотные мембраны, обладающие гораздо большим гидродинамическим сопротивлением. Мембраны для обратного осмоса могут рассматриваться, как промежуточные между типом мембран с открытыми порами (микрофильтрационными и ультрафильтрационными) и плотными непористыми мембранами (газоразделительными). В противоположность ультрафильтрации и микрофильтрации, выбор материала мембраны для обратного осмоса прямо влияет на эффективность разделения. Другими словами, материал, из которого изготавливается мембрана, должен иметь высокое сродство к растворителю (главным образом к воде) и низкое сродство к растворенному компоненту. Под понятием «сродство» имеется ввиду высокая проницаемость растворителя через мембрану и низкая проницаемость растворенных соединений. Именно поэтому, мембраны, использующиеся в процессах обратного осмоса, называют полупроницаемыми. Сказанное подчеркивает, что процесс выбора материала мембраны для обратного осмоса становится чрезвычайно важным, поскольку свойства материал-растворитель определяют характеристические свойства (селективность) мембраны. Здесь отчетливо проявляется разница между мембранами для обратного осмоса и микрофильтрационными или ультрафильтрационными мембранами, поскольку эффективность очистки последних определяется в основном размерами пор мембраны, а выбор материала мембраны зависит в основном от его устойчивости к химическим реагентам или устойчивостью к фильтруемой среде. Величина потока, проходящего через обратноосмотическую мембрану, является столь же важной характеристикой, как и ее селективность по отношению к различным типам растворенного вещества. Если выбор материала для мембраны основывался на характеристических разделительных свойствах материал-растворитель, то величину потока, проходящего через приготовленную из этого материала мембрану, можно повышать/снижать за счет уменьшения/увеличения толщины мембраны. При этом зависимость величины потока, проходящего через мембрану, от ее толщины, можно рассматривать как приблизительно обратно пропорциональную толщине мембраны. По этой причине большинство мембран обратного осмоса выполняются как асимметричные: с плотным верхним слоем (толщиной до 1 мкм) и пористой нижележащей подложкой (толщиной 50-150 мкм). Сопротивление транспорту в таких мембранах определяется, в основном, плотным верхним слоем. Важным классом асимметричных мембран для обратного осмоса, получаемых методом инверсии фаз, являются эфиры целлюлозы, в частности, диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы. Эти материалы чрезвычайно подходят для обессоливания, поскольку они высокопроницаемы для воды, в сочетании с весьма низкой проницаемостью для солей. Однако, если характеристические свойства мембран, приготовленных из этих материалов, достаточно хороши, их стабильность по отношению к химическим реагентам, температуре и бактериям очень низка. Во избежание гидролиза полимера такие мембраны, как правило, можно использовать в узком интервале условий: при рН 5-7 и температуре ниже 30 оС. Среди других материалов, которые часто использовались для обратного осмоса, выделяются ароматические полиамиды. Эти материалы также обладают высокой селективностью по отношению к солям, но поток воды через них немного ниже. Полиамиды могут использоваться в более широком интервале рН, приблизительно 5-9. Главным недостатком полиамидов (или полимеров с амидной группой вообще ) является их чувствительность к свободному хлору (Cl), который вызывает разрушение амидной группы. При этом пленки из таких материалов имеют достаточно большую толщину − до 150 мкм. Столь толстые пленки мембран приводят к резкому снижению скорости массопереноса. Однако этот эффект компенсируется чрезвычайно высокой поверхностью мембраны в расчете на единицу объема: удельная поверхность достигает 30 000 м2/м3. Третий класс применяемых мембранных материалов включает по либензимидазолы, полибензимидазолоны, полиамидогидразиды и полиимиды. Однако эти материалы являются весьма специфичными и используются при производстве мембран с определенными свойствами. Различают два типа мембран с асимметричной структурой:
- интегральные или асимметричные мембраны;
- композиционные мембраны.
В асимметричных мембранах, как верхний слой, так и подложка состоят из одного и того же материала. Такие мембраны получают по методу инверсии фаз. В связи с этим важно, чтобы полимерный материал, из которого получают мембрану, был бы растворим в каком-либо растворителе или смеси растворителей. Так как большинство полимеров растворимы в одном или нескольких растворителях, можно изготавливать асимметричные мембраны почти из любого материала. Однако это, конечно, не означает, что все такие мембраны окажутся пригодными для обратного осмоса. В композиционных мембранах верхний рабочий слой и расположенная под ним подложка состоят из разных полимерных материалов, что позволяет оптимизировать каждый слой по отдельности. Первой стадией получения композиционной мембраны является приготовление пористой подложки. Важными характеристиками подложки являются ее поверхностная пористость и распределение пор по размерам. В качестве подложки часто используют ультрафильтрационные мембраны. В настоящее время на рынке имеются мембраны двух основных типов, изготавливаемые из ацетилцеллюлозы (смесь моно-, ди- и триацетата) и из ароматических полиамидов. Краткие физико-химические характеристики указанных мембран приведены в Таблице 1.
Сравнительные характеристики ОО-мембран
Таблица 1
Физико-химические характеристики |
Мембраны из ароматического полиамида |
Мембраны из ацетилцеллюлозы |
Давление, МПа -нормальное рабочее -максимальное (обратное пермеату) |
2,8 0,35 |
3,0 – 4,2 - |
Максимальная температура, °С -рабочая -хранения |
35 40 |
30 30 |
Допустимое значение pH |
4 – 11 |
4,5 – 6,5 |
Подверженность гидролизу |
Не подвержена |
Очень чувствительна |
Степень воздействия бактерий |
Не подвержена |
Очень чувствительна |
Содержание свободного хлора, мг/л -максимально допустимое при pH<0,8 -непрерывная доза при pH<8
|
0,1 0,25 |
0,5 – 1 0,5 – 1 |
Степень воздействия других окислителей |
Очень чувствительна |
Средне чувствительна |
Срок службы, лет |
3 – 5 |
2 – 3 |
Солепроницаемость, % |
5 – 10 |
5 – 10 |
Мембраны собираются в обратноосмотические модули (элементы). По своим конструктивным особенностям ОО-элементы различаются на спирально навитые и половолоконные.
Спирально навитые модули. Спирально-навитые обратноосмотические модули нашли наиболее широкое применение. В этой конструкции (см. Рис. 5) две мембраны навиваются на центральную трубу, по которой отводится фильтрат. Раствор, подлежащий деминерализации, протекает параллельно центральной трубе через щель, образованную прокладкой (обычно из пластиковых сеток) между двумя активными поверхностями мембран. Фильтрат (пермеат) собирается внутри пористого материала и по нему движется к центральной трубе.
Модули из полых волокон. Полые волокна могут быть соединены в толстостенный пористый цилиндр (см. Рис.6), прочность которого зависит от соотношения наружного и внутреннего диаметров. При условии, что это соотношение остаётся постоянным по мере того, как оба диаметра увеличиваются, механическая прочность цилиндра будет постоянна, вопреки снижению толщины стенок, что увеличивает расход воды, проходящей через стенку. Благодаря этому имеется возможность создать мембрану с максимальной площадью поверхности на единицу объема, которая в то же время способна противостоять высоким давлениям без механического усиления. Несколько сотен тысяч волокон, сложенных в виде буквы U, монтируют внутри напорного резервуара из стекловолокна. Очищаемая вода под давлением распределяется радиально внутри модуля с помощью пористого или перфорированного коллектора, проходящего по всей длине модуля. Под действием давления снаружи волокон чистая воды поступает сквозь стенки волокон в центральный канал, по которому она проходит через непроницаемую пластину из эпоксидной смолы, где закреплены свободные концы волокон. Затем вода собирается пористым диском и выводится из модуля. Концентрат собирается в пространстве между наружными поверхностями волокон и выводится через отверстие, расположенного с той же стороны модуля, где вход исходной воды. ОО-модули собираются в пакеты внутри специальных держателей, обеспечивающих как герметизацию торцов модулей, так и их «работу». Конструктивно модуль представляет собой полый цилиндр с рядом уплотнительных элементов. Материалом для изготовления служит армированное стекловолокно или нержавеющая сталь.
|
Рис.5: Принципиальная конструкция спирально-навитого ОО-модуля. 1 — исходная вода; 2 — выход концентрата; 3 — выход фильтрата (пермеата); 4 — направление потока исходной воды; 5 — направление потока концентрата; 6 — защитное покрытие; 7 — стык между модулем и оболочкой; 8 — перфорированная труба для сбора пермеата; 9 — прокладка; 10 — ОО-мембрана; 11 — коллектор из пористого материала для сбора пермеата; 12 — ОО-мембрана; 13 — прокладка; 14 — линия шва, соединяющего две мембраны.
Рис.6 Принципиальная конструкция ОО-модуля из полых волокон. 1 — подача исходной воды; 2 — упорная шайба; 3 — кольцевой уплотнитель; 4 — замок из эпоксидной смолы; 5 — пористый диск; 6 — торцовая пластина; 7 — очищенная вода (пермеат); 5 — пористая распределительная труба; 9 — полые ОО-волокна; 10 — концентрат; 11 — непористая труба
|
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ОТЛОЖЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕМБРАН
Конечно, для осуществления мембранного разделения смесей вначале, необходимо подобрать подходящую мембрану. Однако в реальном процессе разделения смеси производительность мембраны, или, правильнее сказать, производительность всей системы, со временем может очень сильно измениться: обычно наблюдается падение потока во времени, что отражено на рис.7. Основная причина снижения производительности связана с возникновением явления концентрационной поляризацией у поверхности мембраны, забиванием пор мембраны и отложением осадков на ее поверхности. Уменьшение скорости потока оказывается особенно критическим в процессах микрофильтрации и ультрафильтрации, в которых очень часто используется тупиковый метод фильтрации. В этом случае достаточно часто возникает ситуация, когда поток фильтрата составляет менее 5% от потока исходной воды. В общем, поток фильтрата через мембрану определяется уравнением: в числителе — движущая сила процесса, в знаменателе — произведение вязкости фильтруемой среды и общего сопротивления транспорту. Снижение потока фильтрата может быть вызвано несколькими причинами: концентрационной поляризацией, адсорбцией, образованием слоя геля и забиванием пор. Все эти факторы создают дополнительное сопротивление транспорту через мембрану. Вклад этих эффектов в общее сопротивление транспорту через мембрану в основном определяется типом мембранного процесса и свойствами фильтруемой среды, подающейся на мембрану. На рис.8 схематически изображены все типы дополнительных сопротивлений, возникающих на мембране.
|
|
В идеальном случае на скорости потока фильтрата должно сказываться только мембранное сопротивление Rm. Однако если мембрана пропускает преимущественно какой-то из компонентов, а в некоторых случаях полностью удерживает растворенные вещества, это приводит к накоплению молекул, не способных проникать через мембрану, вблизи ее поверхности. Таким образом, вблизи мембраны возникает высококонцентрированный слой растворенных веществ, препятствующий массопереносу. Такое сопротивление называют сопротивлением концентрационной поляризации Rcp. Поляризационные явления наблюдаются во всех мембранных процессах и сопровождают все процессы разделения. Со временем концентрация накапливающихся у поверхности мембраны растворенных веществ может стать очень высокой и вызывать образование слоя геля. Этот гелеподобный слой (даже очень тонкий) создает огромное дополнительное сопротивление потоку исходной жидкости (Rg), порой приводящее к полному прекращению процесса разделения.Такое явление весьма характерно для высокомолекулярных органических веществ (например, для растворов белков). Особенностью возникновения гелеподобных отложений на поверхности мембраны можно считать процесс выпадения в осадок на поверхности мембран некоторых малорастворимых солей в результате их концентрирования у поверхности мембраны. С такими явлениями чаще всего сталкиваются при обратноосмотической фильтрации солоноватых вод из глубоких артезианских скважин (отложения малорастворимых солей кальция, магния (например, карбонатов или сульфатов)). В случае пористых мембран некоторые компоненты могут проникать внутрь мембраны и блокировать поры. Это дополнительное сопротивление называют сопротивлением блокированных пор Rр. И, наконец, к возникновению сопротивления может приводить адсорбционная способность материала мембраны Ra. Адсорбция может происходить как на поверхности мембраны, так и на стенках пор. Как правило, вклад этого фактора в общее сопротивление невелик (исключением являются процессы разделения высокомолекулярных веществ, имеющих ассиметричное строение и наведенный дипольный момент). Снижение скорости фильтрации отрицательно сказывается на технико-экономических показателях, как каждой мембранной операции, так и работы установки в целом. Поэтому необходимо предпринимать определенные меры для устранения причин, связанных с этим явлением.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМЫ
В начале этого раздела надо отметить тот факт, что не существует ни одной ОО-установки, которая бы устойчиво работала без надлежащего выполнения всех регламентированных работ. Правильная эксплуатация установки не всегда может предотвратить образование застойных зон воды. Давайте разберемся с термином «надлежащая или правильная эксплуатация». При работе ОО-установки это понятие включает в себя не только тщательное выполнение операций по поддержанию технологических параметров работы установки обратного осмоса, но и системы предварительной подготовки исходных растворов, и замену фильтрующих элементов, и пр. и пр. При правильной эксплуатации ОО-систем нельзя обходить вниманием такие операции, как стандартная очистка и дезинфекционная обработка ОО-мембран. Ключом к определению циклов очистки и дезинфекционной обработки должны служить следующие критерии: перепад давления на установке, производительность, скорости потоков, температура, и уровень микробиологического загрязнения. Существуют два общих правила для того, чтобы определить необходимость проведения промывки и дезинфекции ОО-системы:
- первое, когда производительность ОО-установки уменьшается на 10-15%;
- второе, когда проявляется тенденция к уменьшению скорости потоков и росту перепада давления.
В случае, если ОО-система не может работать непрерывно, надо запрограммировать ее автоматическое включение циркуляции потока в течение 15 мин через каждые 4 часа простоя. Это поможет предотвратить формирование отложений (прежде всего, биопленки). Дозирование химических реагентов является неотъемлемым процессом для ОО-систем. Резервуары подачи таких химикатов, как антискалат, коагулянт или хлор, или восстановителей (например, метабисульфит натрия) могут самостоятельно стать источниками загрязнения. Чтобы предотвратить это, тщательно изучите все рекомендации поставщиков ОО-системы или изготовителя химических реагентов, чтобы определить соответствующие условия для выбора условий эксплуатации резервуаров. Часто лучшими подходами к решению данной проблемы являются: использование постоянных поставщиков, полная замена запасов реагента и полная очистка резервуаров.
Способы борьбы с забиванием мембран. Для решения задачи и определения способа или способов борьбы с отложениями на поверхности мембран, прежде всего, следует проанализировать причины падения потока. Надо суметь отличить, вызвано ли снижение производительности явлением концентрационной поляризации или отложением осадков на мембранах. И хотя эти явления, как правило, связаны (второе часто оказывается результатом первого), существует ряд моментов, когда отложения осадков на мембранах являются результатом процессов, напрямую не связанных с явлением концентрационной поляризации. Все отложения загрязнений, возникающих на мембранах, грубо можно подразделить на три класса:
- осадки органических веществ (макромолекулы, биологические вещества, микробиологические пленки и др.);
- осадки неорганических веществ (гидрооксиды металлов, кальциевые соли и т. д.);
- твердые частицы и коллоидные примеси.
Способы борьбы с возникновением отложений на мембранах в силу своей сложности и неконкретной ситуации будут рассмотрены в самом общем виде. Подготовка исходных фильтруемых растворов Методы обработки исходных растворов могут включать: тепловую обработку, регулирование рН, добавление комплексообразующих агентов, биоцидов, коагулянтов, адсорбцию на активированном угле, химическое осветление растворов, катионирование, предварительные микрофильтрацию и ультрафильтрацию. Правильный выбор метода подготовки растворов является первым шагом к снижению забивания мембран. Часто масса времени и усилий тратятся на очистку мембран, тогда как о стадии предварительной обработки исходного раствора просто забывают. Как мы уже убедились, степень насыщения пермеата ингредиентами, присутствующими в исходной воде, зависит от типа используемого мембранного обратноосмотического элемента, а также от материала самой мембраны. Обычно после достаточно корректно подготовленной воды степень её обессоливания на обратноосмотической установке составляет 95–98%, то есть электрическая проводимость пермеата находится в пределах от 20 до 50 mS или, в пересчете на удельное сопротивление воды, 20–50 кОм·см. Что означает термин «корректно подготовленная вода»? Хотим обратить Ваше внимание на показатели содержания отдельных ингредиентов в исходной воде, значения которых определяют эксплуатационные характеристики установок и надежность их работы. Величины содержания указанных веществ указаны в Таблице 2. Для сравнения в этой же таблице приведены значения этих же веществ согласно требованиям СанПиН 2.1.4.1074. Различия в требованиях, предъявляемых для исходной воды согласно СанПиН и для ОО-установок, касаются только органолептических показателей качества воды. Эти отличия касаются взвешенных веществ и цветности воды. Поэтому большое внимание следует уделить процессам предварительной подготовки исходной воды перед тем, как подать воду на обратноосмотическую установку. Особое внимание следует сосредоточить на содержании активного хлора. Дело в том, что активный хлор весьма отрицательно воздействует на обратноосмотические мембраны и вызывает их деструкцию (разрушение). Поэтому, если в процессе предварительной очистки воды используются хлорсодержащие агенты, следует обязательно вводить стадию адсорбционной очистки воды на активном угле. Этот же процесс поможет снизить такой показатель, как окисляемость воды, отвечающий за общее содержание органических соединений в исходной воде.
Сравнительные показатели качества воды
Таблица 2
Наименование ингредиента |
Единицы измерения |
Требования в соответствии с СанПиН |
Требования к исходной воде для ОО-установок |
Взвешенные вещества (мутность), не более |
мг/л |
1,5 |
0,6 |
Жесткость общая, не более |
мг-экв/л |
7,0 |
20 |
Общее солесодержание, не более |
мг/л |
1000 |
50 000 |
Цветность, не более |
градус |
20 |
3 |
Значение рН исходной воды, не более |
|
6 – 9 |
3 – 10 |
Коллоидный индекс (SDI), не более |
мг/л |
– |
0,4 |
Железо общее, не более |
мг/л |
0,3 |
0,1 |
Нефтепродукты |
мг/л |
0,1 |
отсутствие |
Сероводород и сульфиды |
мг/л |
0,003 |
отсутствие |
Твердые абразивные частицы |
мг/л |
– |
отсутствие |
Свободный активный хлор не более |
мг/л |
0,3 |
0,1 |
Окисляемость перманганатная, не более |
мгО2/л |
5,0 |
2,0 |
Изменение свойств мембран Склонность к образованию осадков зависит от свойств мембраны. Так, забивание пористых мембран (микрофильтрационных, ультрафильтрационных) выражено значительно сильнее, чем для плотных или непористых мембран (обратноосмотических). Гидрофильные мембраны менее склонны забиваться, чем гидрофобные. В частности высокомолекулярные органические соединения, как правило, сильнее адсорбируются на гидрофобных поверхностях, с которых их труднее удалить, чем с гидрофильных. Заряженные (особенно отрицательно) мембраны также менее склонны к забиванию, особенно в присутствии отрицательно заряженных коллоидных частиц в исходной воде. Изменение режимных параметров в модуле При снижении концентрационной поляризации степень забивания мембран также снижается. Концентрационную поляризацию можно снизить, увеличивая коэффициенты массопереноса, т.е. за счет роста скорости потока, его турбулизации, или за счет использования мембран меньшей производительности.
Очистка мембран Следует различать три типа процессов очистки поверхности мембран: гидравлическая; механическая и химическая очистка. Выбор метода очистки зависит главным образом от конфигурации мембранного модуля, химической стабильности мембраны и типа загрязнений.
- Гидравлическая очистка. Методы гидравлической очистки включают обратную промывку, которая пригодна только для микрофильтрационных и крупнопористых ультрафильтрационных мембран;
- Механическая очистка. Механическая очистка применима только для трубчатых мембранных систем; в ней используются губчатые шары большего диаметра, чем у трубчатой мембраны;
- Химическая очистка.Методы химической очистки особенно важны для борьбы с забиванием ОО-мембран. В этом случае используется целый ряд химических реагентов, как в индивидуальном виде, так и в различных комбинациях. В зависимости от химической устойчивости мембран здесь очень важно правильно выбрать реагент, его концентрацию, а также время очистки.
- Дезинфекционная очистка.Относится к методам химической обработки мембран.
РЕАГЕНТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ
В Таблице 3 приведены химические реагенты, обычно использующиеся для химической обработки ОО-мембран. Перед проведением химической обработки следует проверить химическую совместимость мембраны с выбранным для проведения дезинфекции химическим реагентом, а также определить рекомендуемое время контакта между ними.
Таблица 3
Наименование критерия для проведения химической обработки |
Наименование реагента, его концентрация и условия проведения химической обработки |
Снижение качества пермеата |
Раствор 2% лимонной кислоты или 0,1% соляной кислоты, (рН~3, t<30оС). |
Снижение производительности установки при неизменном исходном давлении, температуре и т.п. |
Раствор 0,1% додецилсульфата натрия или трилона Б + 0,1% NaOH (рН<10, t<30оС). |
Снижение производительности установки при неизменном исходном давлении, температуре при росте ОМЧ в пермеате |
Раствор 0,5% надуксусной кислоты + 1% раствор перекиси водорода (рН~3, t<30оС) |
Консервация установки |
Раствор 1% бисульфита натрия NaHSO3 |
Все растворы готовятся на пермеате, вырабатываемом ОО-установкой. Обычная процедура очистки включает в себя рециркуляцию химического агента в течение 20-30 минут, экспозицию раствора в течение 20-30 минут, дополнительной рециркуляцию в течение 15-20 минут, смыв раствора с внутренней поверхности установки очищенной водой. Такая операция проводится для каждого из применяемого химического агента. Одновременное использование двух и более реагентов в одном растворе не допустимо, т.к. они могут вступать между собой в химическую реакцию и/или образовывать соединения, которые вызывают деструкцию ОО-мембран.
Сверхчистая вода
Известно, что в некоторых отраслях промышленности особые требования предъявляются к качеству воды, которым не отвечает даже питьевая вода. Из воды должны быть удалены ионы, бактерии, органические вещества и любые загрязнения в коллоидном состоянии в максимально возможной степени, и для этой цели часто используются мембранные процессы. Это типичный пример, когда один мембранный процесс не дает продукта требуемого высокого качества и необходима комбинация процессов (гибридные процессы). При проектировании процесса разделения необходимо знать требования к конечному продукту. В этом случае важными параметрами, характеризующими чистоту воды, являются электропроводность, общий органический углерод (ООУ), а также число частиц и бактерий в единице объема. Для получения воды необходимого качества для таких производств используется гибридная сепарационная система: комбинация обратного осмоса и ионного обмена или обратного осмоса и электродеионизации. Об особенностях получения сверхчистой воды мы расскажем Вам в наших дальнейших публикациях. |
|