WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

Обратный осмос. Теория, практика, рекомендации.

C.O.K. N 11 | 2005г. Рубрика: САНТЕХНИКА И ВОДОСНАБЖЕНИЕ Сергей ЧЕРКАСОВ, генеральный директор ИТЦ «Мировые водные технологии», info@wwtec.ru http://cok.ru/showtext/?id=1177&from=headings¶ms=id=3%26name=%D1%C0%CD%D2%C5%D5%CD%C8%CA%C0%20%C8%20%C2%CE%C4%CE%D1%CD%C0%C1%C6%C5%CD%C8%C5 Как показывает практика последнего десятилетия, освоенная не так давно технология обратного осмоса сегодня завоевала популярность на уровне массового применения в производственных процессах, особенно при очистке воды. Вместе с тем уже сейчас многие предприятия сталкиваются с уменьшением производительности и даже преждевременным выходом из строя обратноосмотических установок. По мнению автора следующего материала, причина этого — недостаточное понимание процессов функционирования, которое приводит к ошибкам эксплуатации.

   обратного осмоса Спектр применения технологии обратного осмоса очень широк. Условно его можно классифицировать на две основные группы:

       1. Очистка растворителя.

   В этом случае продуктом является пермеат.

       2. Концентрирование растворенного вещества.

   В этом случае продукт — концентрат. Основное направление, в котором применяется обратный осмос, — очистка воды, главным образом обессоливание (в т.ч. морской) для получения воды, пригодной к употреблению в пищу. Другая важная область — использование обратноосмотических установок на 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 установки. Первая стадия процесса обратного осмоса — тонкая очистка исходной воды от механических примесей. Обычно для этого используются фильтры патронного типа, размещаемые в однопатронных или мультипатронных фильтродержателях, в зависимости от производительности обратноосмотической установки. По типу такие фильтры относятся к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Механизм работы патронных фильтрующих элементов представляет собой глубинную и/или поверхностную фильтрацию, т.е. механические примеси, задерживаемые фильтрующим элементом, накапливаются внутри слоя фильтрующей перегородки. Вода, очищенная при помощи патронных фильтров, подается на насос высокого давления, назначение которого— достижение расчетного давления для осуществления массообменных процессов, протекающих на полупроницаемых обратноосмотических мембранах. Подбор высоконапорного насоса производится исходя из его рабочих характеристик. При этом рабочая точка насоса должна находиться в диапазоне 0,6–0,7 его максимальной производительности. При невозможности установить «паритет» между давлением и производительностью насоса высокого давления (а это бывает чаще всего) между всасывающим и нагнетающим патрубками насоса устанавливается байпасный вентиль, с помощью которого (по показаниям ротаметра и манометра исходной воды, поступающей на установку обратного осмоса) и достигается требуемый эффект. Регулировка процесса повышения давления исходной воды производится один раз в процессе пусконаладочных работ. Во время эксплуатации обратноосмотической установки только контролируются указанные параметры 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. У концентрата на выходе из установки обратного осмоса достаточно высокое давление, и его транспортировка к месту сброса или утилизации не вызывает особых трудностей.



А давление пермеата редко превышает 1 атм. Поэтому чаще всего его приходится подавать в накопительную емкость, откуда с помощью повышающего насоса он транспортируется для дальнейший очистки. Несколько отдельных обратноосмотических модулей, размещенных параллельно или последовательно по отношению друг к другу, образуют каскад. Задача инженера, проектирующего обратноосмотическуюустановку — собрать модули таким образом, чтобы оптимизировать систему при минимальной себестоимости продукта. Схема потоков в модуле — один из главных факторов, определяющих степень достигаемого разделения. В принципе, в одностадийном или многостадийном процессах обратного осмоса используются две базовые конфигурации потоков: однопроходная система и система с рециркуляцией (рис. 3). В однопроходной системе сырьевой раствор проходит через единственный модуль (одностадийная система) или систему модулей (многостадийная система) только один раз, т.е. 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», рис. 4, а). При такой конфигурации установка может быть спроектирована таким образом, что скорость потока будет фактически постоянной. Для этой системы характерны резкое падение давления и большая общая длина пути над мембраной. 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 (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 и сохраняется возможность регулировать скорость потока и давление. Система рециркуляции гораздо более гибкая, чем однопроходная. Ей отдают предпочтение в процессах микрофильтрации и ультрафильтрации, когда возможны сильная концентрационная поляризация и быстрое отложение осадков на мембранах. В то же время для более простых задач, например, обессоливания морской воды, экономически оправдано применение однопроходной системы.

       Обратноосмотические мембраны    В отличие от микрофильтрации и ультрафильтрации, размеры примесей, задерживаемых в процессе обратного осмоса, ничтожно малы — на уровне молекул, ассоциатов, ионов, кислотных остатков. Благодаря этому растворенные вещества свободно проходят через любые ультрафильтрационные мембраны. Поэтому для процессов обратного осмоса используют более плотные мембраны, с гораздо большим гидродинамическим сопротивлением. Мембраны для обратного осмоса могут рассматриваться как промежуточный тип между мембранами с открытыми порами (микрофильтрационными и ультрафильтрационными) и плотными непористыми (газоразделительными). В противоположность ультрафильтрации и микрофильтрации выбор материала мембраны для обратного осмоса прямо влияет на эффективность разделения. Другими словами, материал, из которого изготовлена мембрана, должен иметь высокое сродство к растворителю (главным образом к воде) и низкое сродство к растворенному компоненту. Под понятием «сродство» имеется в виду высокая проницаемость растворителя через мембрану и низкая проницаемость растворенных соединений. Именно поэтому мембраны, используемые в процессах обратного осмоса, называют полупроницаемыми. Это подчеркивает, что процесс выбора материала мембраны для обратного осмоса становится чрезвычайно важным, поскольку свойства материалрастворитель определяют характеристики (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 зависит в большей степени от его устойчивости к химическим реагентам или фильтруемой среде.





Величина потока, проходящего через обратноосмотическую мембрану,— не менее важная характеристика, чем ее селективность по отношению к различным типам растворенного вещества. Если выбор материала для мембраны основывался на качественных разделительных свойствах материалрастворитель, то величину потока, проходящего через выполненную из этого материала мембрану, можно повышать/ снижать за счет уменьшения/увеличения толщины мембраны. При этом зависимость величины потока будет практически обратно пропорциональна толщине мембраны. По этой причине большинство мембран обратного осмоса — асимметричные, с плотным верхним слоем (толщиной до 1 мкм) и пористой подложкой снизу (толщиной 50–150 мкм). Сопротивление потоку в таких мембранах определяется в основном плотным верхним слоем. Важный класс асимметричных мембран для обратного осмоса, получаемых методом инверсии фаз, — эфиры целлюлозы, в частности, диацетат и триацетат целлюлозы. Эти материалы отлично подходятдля обессоливания, поскольку они высокопроницаемы для воды, но соли через них практически не проходят. Однако, если качественные свойства мембран из этих материалов достаточно хороши, их стабильность по отношению к химическим реагентам, температуре и бактериям довольно низка. Во избежание гидролиза полимера такие мембраны, как правило, используются лишь при рН = 5–7 и температуре ниже 30°С. Среди других материалов, часто используемых для обратного осмоса, выделяются ароматические полиамиды. Они также обладают высокой селективностью по отношению к солям, но поток воды через них немного ниже. Интервал использования полиамидов по рН более широкий — 5–9. Главный недостаток полиамидов (или полимеров с амидной группой вообще) — их чувствительность к свободному хлору (Cl), который вызывает разрушение амидной группы. При этом пленки из таких материалов достаточно толстые — до 150 мкм, что приводит 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 полибензимидазолы, полибензимидазолоны, полиамидогидразиды и полиимиды. Однако они весьма специфичны и используются при производстве мембран с определенными свойствами. Различают два типа мембран с асимметричной структурой:

    интегральные или асимметричные;    ? композиционные.    ?        В асимметричных мембранах как верхний слой, так и подложка состоят из одного и того же материала. Производятся такие мембраны методом инверсии фаз. В связи с этим важно, чтобы полимерный материал был растворим в какомлибо растворителе или смеси растворителей. Так как большинство полимеров удовлетворяют этому условию, в принципе можно изготовить асимметричную мембрану почти из любого материала. Однако это не означает, что она окажется пригодной для обратного осмоса. В композиционных мембранах верхний рабочий слой и подложка под ним состоят из разных полимерных материалов, что позволяет оптимизировать каждый слой по отдельности. Первая стадия получения композиционной мембраны — приготовление пористой подложки, важные характеристики которой— ее поверхностная пористость и распределение пор по размерам. В качестве подложки часто используют ультрафильтрационные мембраны. В настоящее время на рынке представлены мембраны двух основных типов: из ацетилцеллюлозы (смесь моно, ди и триацетата) и ароматических полиамидов. Краткие физикохимические характеристики указанных мембран приведены в табл. 1. Мембраны собираются в обратноосмотические модули (элементы). По своим конструктивным особенностям обратноосмотические элементы различаются на спирально навитые и половолоконные. В настоящее время наиболее востребованы спирально навитые модули. Конструктивно они представляют собой две мембраны, навивающиеся на центральную трубу, по которой отводится фильтрат (рис. 5). 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.

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.