4.4.4. Ультрафильтрационные установки водоподготовки для работы в режиме тупиковой фильтрации и регенерации обратным током

 

  К оглавлению книги

Пример аппаратурной реализации ультрафильтрационной установки с осуществлением описанного набора операций приведен на рис. 4.27.

Ультрафильтрационная установка работает в автоматическом режиме и управляется микропроцессорным контроллером, который координирует работу всех компонентов системы, управляя работой насосов, клапанов, дозирующего оборудования и обеспечивая последовательность проведения операций фильтрации и отмывки, показанную на рисунках 4.19–4.22.

технологическая схема установки ультрафильтрации, работающей в режиме тупиковой фильтрации и регенерации обратным током фильтрата

Рис. 4.27. Принципиальная технологическая схема установки ультрафильтрации, работающей в режиме тупиковой фильтрации и регенерации обратным током фильтрата

Стадия фильтрования

Очищаемая вода насосом подается на вход установки. Питающий насос обеспечивает достаточное давление для процесса ультрафильтрационного разделения, преодоления сопротивления трубопроводов, грязевика и подачи фильтрата в бак очищенной воды. Оценочный максимум гидравлического сопротивления всей системы около 2,5 атм. Он учитывает потери на трение, а также перепад давления на мембране, которое может увеличиваться из-за ее постепенного загрязнения и достигать 0,8–1,0 атм.

При прохождении воды через грязевик из нее удаляются крупные загрязнения, которые могут забить или повредить мембраны. После этого вода подается на модули ультрафильтрации поочередно снизу и сверху (при вертикальной установке модулей), под давлением она проходит через ультрафильтрационные мембраны и полученный фильтрат собирается в емкости, откуда направляется потребителю (рис. 4.28).

Стадия обратной промывки

Последовательность операций обратной промывки показана на рис 4.29. Обратная промывка может проводиться через один патрубок, а может, как и фильтрация, поочередно через нижний и верхний патрубки.

Промывная вода забирается насосом из емкости фильтрата и подается в волокна со стороны фильтрата. Вода проходит снаружи–внутрь капилляров (в противоположном направлении по сравнению со стадией фильтрования), удаляя слой загрязнений с поверхности мембран. Отработанная промывная вода сбрасывается через штуцер подачи исходной воды в дренаж.

image description image description
а
б

Рис. 4.28. Стадия фильтрования с подачей воды сверху ( а ) и снизу ( б )

При разработке установок ультрафильтрации необходимо учитывать, что во время обратной промывки установка не производит очищенную воду. Поэтому емкость бака фильтрата должна быть достаточна для подачи очищенной воды потребителю в период обратной промывки.

Прямая промывка

Если в исходной воде содержится большое количество взвесей, периодически применяется прямая промывка (кратковременный режим тангенциального фильтрования), чтобы избежать закупорки капилляров волокон. Обычно прямая промывка проводится перед обратной промывкой. В режиме прямой промывки вентиль на выходе фильтрата перекрывается, вентиль на выходе концентрата полностью открыт, а вода напрямую прокачивается по капиллярам. Длительность прямой промывки обычно составляет 20–30 секунд. При прямой промывке накопленные в капиллярах загрязнения, особенно в хвостовых зонах волокон, эффективно вымываются. Вода, использованная для прямой промывки, сбрасывается в дренаж. На рисунках 4.30, а и б показаны направления потоков при прямой промывке сверху и прямой промывке снизу.

image description image description
а
б

Рис. 4.29. Стадия обратной промывки сверху ( а ) и снизу ( б )

Прямая кратковременная промывка дает преимущества режима тангенциального фильтрования, и в тоже время не имеет недостатков, связанных с непрерывной работой в этом режиме (таких, как дополнительное оборудование – рециркуляционный насос, трубы, вентили, высокое энергопотребление).

Химические промывки

Обратная химическая промывка с реагентами (ХП), как указывалось выше, проводится после нескольких обычных промывок. Подача воды производится так же, как при обратной промывке при этом в промывную воду (фильтрат) вводится реагент системами дозирования (рис.   4.27). Для обеспечения равномерного распределения химикатов в мембранах химическая мойка ведется при меньших расходах промывного раствора по сравнению с обычной промывкой. После введения реагента в модуль, делается пауза в несколько минут, в течение которых происходит химическая реакция. Обычно химическая промывка следует за обычной обратной промывкой, после чего проводится еще одна обратная промывка для удаления остатков химических веществ из модуля. В зависимости от качества исходной воды интервал между химическими промывками может варьироваться от нескольких часов до нескольких дней, а в ряде случаев – вплоть до полного отсутствия (табл. 4.6).

image description image description
а
б

Рис. 4.30. Режим прямой промывки сверху ( а ) и снизу ( б )

Расположение мембранных модулей

Расположение модулей в промышленных установках ультрафильтрации воды существенно влияет на капитальные и эксплуатационные затраты.

Первые ультрафильтрационные водоподготовительные установки с половолоконными мембранами небольшой производительности конструировались из вертикально расположенных элементов, собранных в блоки. Все элементы работали параллельно как в режиме фильтрования, так и при обратной промывке.

В начале 90-х годов прошлого столетия некоторые фирмы для снижения капитальных затрат на ультрафильтрационные установки начали активно внедрять горизонтально расположенные элементы (ГРЭ), которые размещались в корпусах, близких по конструкции к стандартным, предназначенным для обратного осмоса.

Установка ультрафильтрации воды с горизонтальными элементами типа Norit XIGA Установка ультрафильтрации воды с горизонтальными элементами типа Norit XIGA
а
б

Рис. 4.31. Установка с горизонтальными элементами типа Norit XIGA:

а – внешний вид; б – схема: 1 – напорный корпус; 2 – мембранный элемент; 3 – центральная труба – канал пермеата; 4 – канал исходной воды и отвод концентрата при обратных промывках; 5–7 – насосы; 8 – бак обратной промывки

Так, в установках фирмы « Norit Xiga» (рис. 4.31) в шестиметровом 8" корпусе размещается четыре ультрафильтрационных элемента [92]. Исходная вода поступает одновременно с двух сторон корпуса, а фильтрат отводится по центральной трубе. Элементы работают последовательно – по два с каждой стороны корпуса. При этом первый элемент работает в тангенциальном режиме, а второй (по пути следования воды) – в тупиковом.

Основными достоинствами такого подхода являются компактность и снижение капитальных затрат за счет сокращения количества трубопроводов и клапанов, используемых при обвязке элементов.

Однако установки с ГРЭ имеют ряд существенных недостатков.
К ним относятся прежде всего неоптимальная гидродинамика во время фильтрования и недостаточная эффективность обратной промывки.

В процессе фильтрования основная масса осадка концентрируется в средней части корпуса, где скорость потока при обратной промывке будет минимальной. Поэтому для промышленного применения ультрафильтрационные установки с ГРЭ проектируются с учетом низкого допустимого значения удельного съема фильтрата с единицы поверхности – 40–80 л/(м 2 ·ч)
В случае механического повреждения одного из 4 мембранных модулей, находящихся в одном корпусе, проблема идентификации дефектного модуля весьма трудоемка. Производитель рекомендует использовать эти установки для получения питьевой воды из относительно чистой исходной воды (с содержанием взвесей до 50 мг/л).

Кроме того, из аппаратов трудно полностью удалить воздух, невозможно проверить целостность мембран подачей воздуха, организовать тангенциальную фильтрацию и провести полноценную химическую мойку.

Ультрафильтрационные установки с вертикально расположенными элементами (ВРЭ, рис. 4.32) имеют ряд преимуществ перед установками с ГРЭ и предоставляют дополнительные возможности:

  • одинаковая гидродинамика для всех элементов в режимах фильтрования и обратной промывки;
  • чередование направления потока исходной воды при фильтровании сверху и/или снизу;
  • промывка через штуцеры фильтрата, концентрата и исходной воды (одновременно или последовательно);
  • прямая промывка УФ волокон;
  • работа в режиме тангенциального фильтрования или с рециркуляцией исходной воды;
  • проведение обратной промывки с одновременной подачей воздуха внутрь волокон;
Варианты конструкции стойки ультрафильтрации воды Варианты конструкции стойки ультрафильтрации воды Варианты конструкции стойки ультрафильтрации воды
а
б
в

Рис. 4.32. Варианты конструкции стойки:

а – с 6–18 вертикальными модулями dizzer ® фирмы « Inge » (коллектор по центру, модули по одному ряду с каждой стороны); б – с 16–34 мо ­дулями (коллектор по центру, модули в два ряда с каждой стороны); в – готовые наборы серии T- Rac

  • проведение усиленной химической мойки без демонтажа мембранных элементов;
  • тестирование целостности мембран с помощью воздуха;
  • простота запуска и процедуры деаэрации установки;
  • простота отключения/замены любого УФ элемента без отключения всей установки и разборки корпусов.

Все эти преимущества обеспечивают возможность повышения значения удельного съема фильтрата до 140 л/(м 2 ·ч), низкие эксплуатационные расходы, простоту в эксплуатации и обслуживании установки (табл. 4.10). Кроме того, использование тангенциального режима фильтрации позволяет обрабатывать исходную воду с высоким содержание взвесей (до 1000 мг/л) и мутности (до 50 NTU ).

Для уменьшения площади, занимаемой установкой, разработаны типовые конструкции с расположением модулей в 2 ряда с достаточно плотным их размещением. В последнее время появилась новые разновидности с расположением модулей в 4 ряда (рис. 4.32) и с вертикальной установкой таких блоков в 2 этажа. В результате по этому показателю установки с ВРЭ приближаются к установкам с ГРЭ.

4.10. Сравнение установок с различным расположением модулей

Расположение модулей

Горизонтальное

Вертикальное

Занимаемая площадь

Меньше

Больше

Капитальные затраты

Меньше

Больше

Риск загрязнения

Высокий

Низкий

Чувствительность к качеству входной воды

Высокая

Низкая

Содержание взвесей на входе, мг/л

До 20

До 200(1000) *

Возможность рециркуляции

Нет

Да

Возможность прямой промывки

Нет

Да

Возможность воздушной промывки

Нет

Да

Возможность определения целостности волокон

Нет

Да

Удельная производительность, л/(м 2 ·ч)

40-80

70-130

Замена элементов

Сложно

Просто

* для трубчатых мембран

Rambler's Top100 Rambler's Top100