4.4. Тупиковая фильтрация воды с регенерацией обратным током

 

  К оглавлению книги

Упрощенный цикл работы элемента при тупиковой фильтрации с регенерацией обратным током состоит из двух стадий: сначала в модуль подается очищаемый раствор, обычно в течение 20–30 минут, пермеат выводится из аппарата водоподготовки. Затем следует интенсивная промывка в обратном направлении в течение 20–30 секунд. Все загрязнения выводятся из водоподготовительного аппарата с промывной водой. Реальный цикл работы существенно сложнее и рассмотрен ниже.

Этот способ реализуется в аппаратах водоподготовки с рулонными элементами специальной конструкции, с полыми волокнами и трубчатыми элементами. Наибольшее распространение нашел вариант с мембранами в виде полых волокон.

Это объясняется тем, что половолоконные элементы имеют ряд существенных преимуществ перед рулонными.

Во-первых, по показателям гидродинамической эффективности: рулонные элементы имеют более высокое гидродинамическое сопротивление каналов, по которым проходит исходная вода и отводится фильтрат; для половолоконных элементов значение гидравлического сопротивления этих каналов близко к нулю.

Во-вторых, как уже отмечалось выше, мембраны широко используются для целей предподготовки воды, а следовательно, обрабатываемая вода может содержать взвеси в значительных количествах. Рулонные элементы, обладающие узкими и протяженными каналами, в которых к тому же располагаются еще и дренажные сетки, препятствующие смыканию стенок канала под воздействием высокого давления, склонны к быстрому загрязнению механическими примесями. Поэтому при использовании рулонных элементов требуется тщательная предварительная очистка воды от взвесей. Половолоконные элементы лишены этих недостатков и при правильном выборе диаметра канала волокна или трубки могут работать в самых жестких условиях по содержанию в воде взвесей

Рулонные элементы, работающие в режиме тупиковой фильтрации, ограничены по возможностям осуществления промывки обратным током. Для эффективной обратной промывки расход фильтрата должен быть в 2–5 раз больше, чем значение потока при фильтровании. В рулонном элементе организовать такой режим практически невозможно, поскольку для этого потребуется значительно повысить давление со стороны фильтрата, что неизбежно может привести к разрушению рулонного пакета.

Несмотря на то, что из-за большей толщины разделительного слоя проницаемость полых волокон ниже, чем у рулонных, производительность модуля оказывается выше, поскольку поверхность фильтрации в единице объема для половолоконных элементов существенно больше.

Поэтому далее ограничимся рассмотрением только половолоконных ультрафильтрационных элементов.

Элементы с мембранами в виде полых волокон являются основным типом микрофильтрационных и ультрафильтрационных мембран для процессов промышленной водоподготовки. Такие элементы используются, как правило, в режиме тупиковой фильтрации и регенерируются обратным током фильтрата.

В 70–80-х годах прошлого столетия начали активно использоваться половолоконные ультрафильтрационные мембраны из полисульфона ПС (PS). Затем в 80-х годах были созданы половолоконные мембраны на основе ацетатцеллюлозы АЦ и полиэфирсульфона ПЭС ( PES ). Разработка гидрофильных малозагрязняющихся мембран из модифицированного полиэфирсульфона с размером пор до 0,01 мкм стала ключевым этапом, предопределившим широкомасштабное внедрение ультрафильтрации в практику водоподготовки.

Полое волокно, как показано в главе 3, представляет собой анизотропную мембрану из одного материала с расположенным снаружи или внутри разделительным слоем. В большинстве случаев полые волокна изготавливаются из гидрофильного полиэфирсульфона (полиэстерсульфона – PES) или полисульфона (PS). Полиэфирсульфоновые мембраны менее предрасположены к загрязнению и более прочны, чем полисульфоновые. Гидрофильная модификация уменьшает вероятность адсорбции органики на поверхности мембраны. Мембраны устойчивы к воздействию хлора (до 200–300 мг/л кратковременно) и имеют ресурс 200 000 мг Cl2 ·ч, могут работать в широком диапазоне рН (2–13), устойчивы к биообрастаниям.

Мембраны из поливинилденфторида (PVDF) обладают отличной химической стойкостью, однако они гидрофобны, что снижает их производительность и увеличивает скорость загрязнения. В соответствии с особенностью технологии изготовления разделительный слой на таких мембранах может быть только снаружи. Разработаны методы гидрофилизации поливинилденфторида, что существенно улучшает показатели мембран, но, к сожалению, при нарушении режима промывок (выходе за допустимые значения рН) происходит снижение гидрофильности.

Ацетатцеллюлозные мембраны достаточно стойки к окислителям, но имеют узкий рабочий диапазон рН = 4–6,5, низкую стойкость к биообрастанию и ограниченный температурный диапазон t ? 30 ° C .

Параметр селективности (99 % отсечка) стандартной мембраны, использующейся в водоподготовке, составляет 100–150 кДа, что соответствует размеру пор примерно 0,02–0,03 мкм.

В зависимости от метода создания перепада давления на мембране существуют 2 принципиально различающихся метода организации процесса фильтрования – напорная и вакуумная (безнапорная) фильтрация. В напорной фильтрации создается внешнее давление на входе в элемент, а при вакуумной – разрежение на выходе из него. Конструкции модулей и область применения вакуумной и напорной фильтрации существенно различаются.

Половолоконные элементы для напорной фильтрации могут эксплуатироваться с направлением потока в процессе фильтрования как изнутри–наружу, так и снаружи–вовнутрь волокна. Набор полых волокон размещается в напорных корпусах (рис. 3.38, 3.39). Конструкция напорных корпусов для обоих способов фильтрования практически одинаковы. Напорная ультрафильтрация реализуется при трансмембранном давлении от 0,1 до 2,0 атм. Важным отличием и преимуществом напорной ультрафильтрации является возможность реализации не только тупикового, но и тангенциального режима фильтрации.

При вакуумной фильтрации обычно создается разрежение внутри волокон, что позволяет отказаться от внешнего корпуса и использовать элементы в виде бескорпусных кассет (рис. 3.45), которые можно погружать в емкости с исходной водой.

Rambler's Top100 Rambler's Top100