Очистка сточных вод обратным осмосом и ультрафильтрацией. Понятие селективности и проницаемости. Конструкция аппаратов обратного осмоса и ультрафильтрации и факторы влияющие на выбор конструкции. Выполнил студент 4 курса Коленко Роман
Обратный осмос (RO) – удаление растворенных солей, молекул неорганической и органической природы (с молекулярным весом 100 – 200 у. е. ); рабочее давление до 83 атм. ; селективность мембранного элемента до 99, 8 % (но не установки!!!)
Основные представления об обратноосмотических явлениях n Схема процесса осмоса P(1) = Pp 1 + π1 P(2) = Pp 2 + π2 π – давление растворенных ионов Растворитель (вода) перемещается в область низкого давления
n n Обратный осмос – процесс вынужденный Движущая сила – внешнее давление π = Σ πi осмотическое давление πi = fi. C i. RT, Ci – концентрация иона типа i fi – активность, C = Σ Ci – общая концентрация Рвн Pp 1 + π1 + pвн Pp 1 + π2 Для водного раствора С = 1 г/л -> π ≈ 0, 8 атм С = 35 г/л -> π ≈ 27 атм
Схема обратноосмотической установки n n n 1 - Кран шаровый входной 2 - Седло на канализацию (хомут) 3 - Ограничитель потока 4 - 4 -х ходовой клапан 5 - Накопительный бак (емкость для очищенной воды) 6 - Кран чистой воды A - Полипропиленовый фильтр 100 мкм B - Угольный фильтр C - Угольный фильтр D - Обратноосмотическая мембрана E - Угольный постфильтр (обычно из кокосового угля)
Очистка установками обратного осмоса n n Фильтр может применяться как самостоятельно, так и в качестве последней ступени водоочистки. В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону. Таким образом, обратноосмотические установки обеспечивают гораздо более высокую степень очистки, чем большинство фильтров с традиционными методами фильтрации. Обратноосмотическая мембрана незаменима для очистки воды от микробов, поскольку размер пор мембран значительно меньше размер вирусов и бактерий. Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от давления, температуры, уровня р. Н, материала мембраны и химического состава воды. Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Большой размер вирусов и бактерий практически исключает вероятность их проникновения через мембрану обратного осмоса. Сама система обратного осмоса стоит достаточно дорого. Но, учитывая то, что при использовании «накопительных» систем, скорее всего, понадобится несколько установок различного действия, то общая их стоимость также обойдется недешево. Эксплуатационные затраты же обратноосмотических установок значительно ниже.
n n n Системы обратного осмоса используются во многих отраслях промышленности, где необходима вода высокого качества. Промышленные установки обратного осмоса используются при разливе воды, производстве алкогольных и безалкогольных напитков, в пищевой промышленности, фармацевтике, электронной промышленности. Технология обратного осмоса активно развивается, а обратносмотические установки постоянно совершенствуются. Современные промышленные обратноосмотические системы представляют собой целые агрегаты с предочисткой воды по принципу обратного осмоса, которые устанавливаются на линии подачи воды. Комплектация установок может подбираться как индивидуально, так и формироваться из стандартных блоков для ускорения процесса изготовления оборудования.
Конструкция аппарата обратного осмоса
Очистка воды ультрафильтрацией n n n Ультрафильтрация воды – это способ очистки воды, при котором вода под давлением продавливается сквозь мембрану с величиной пор 0, 002… 0, 1 мкм. Широкое распространение получили ресурсосберегающие капиллярные ультрафильтрационные мембраны (половолоконные ультрафильтрационные мембраны) , обладающие следующими параметрами: эффективная фильтрация воды(ультратонкая фильтрация при рабочем давлении до 6 атм; пониженное количество используемых реагентов; простая автоматизация; полное удаление взвешенных веществ; дезинфекция (удаление 99, 99% бактерий и вирусов); осветление воды (снижение мутности и цветности воды); высокая степень очистки воды от железа и марганца; эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ; ультратонкая очистка питьевой воды (степень фильтрации 0, 01 микрон); ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав природной воды.
Области применения технологии ультрафильтрации n Крупные промышленные установки ультрафильтрации стали вводиться в эксплуатацию в конце ХХ в. Сегодня по всему миру работают сотни таких станций производительностью до 4105 м 3/час. Ежегодный суммарный прирост объемов воды, обработанной методом ультрафильтрации, составляет примерно 25%. Ультрафильтрация обеспечивает высокое качество очистки вод поверхностных источников, очистку грязной воды, очистку питьевой воды, оборотной и технологической воды с минимальными эксплуатационными затратами. Ниже приведён далеко не полный спектр применения ультрафильтрационной технологии (ультратонкая фильтрация воды).
Схема установки ультрафильтрации n Обозначение: n n n 1 -исходная вода 2 -очищенная вода 3 -дренаж 4 -подача воздуха для проверки целостности мембран 5 -насос исходной воды 6 -фильтр механической очистки 7 -дозирование химикалий (опция) 8 -станция дозирования коагулянта (опция) 9 -модуль ультрафильтрации 10 -насос обратной промывки 11 -бак фильтрата для обратной промывки
Конструкция ультрафильтрации
Выбор конструкционных материалов n n n Агрессивное действие среды на контактирующие с ней материалы проявляется в коррозии, эрозии, радиационном разрушении и микробной деградации. Учитывая это, к конструкционным материалам, из которых изготавливается оборудование, предъявляются следующие требования: - высокая стойкость к действию агрессивного начала при рабочих параметрах; - высокая механическая прочность, обеспечивающая целостность оборудования при рабочих параметрах и на этапе испытаний; - сохранение свойств в сварных соединениях; - низкая стоимость и недифицитность.
Факторы, влияющие на мембранные процессы n n n На механизм селективной проницаемости мембран влияют такие факторы, как давление, температура, гидродинамические условия, электрические и магнитные поля, ультразвуковые волны и др. Выбор рабочего давления зависит от вида процесса, природы и концентрации разделяемого раствора, типа используемой мембраны, конструкции аппарата, гидравлического сопротивления межмембранного канала и дренажа и т. п. В результате воздействия давления на полимерные мембраны наблюдаются значительные остаточные деформации. Усадка структуры мембраны, особенно заметная в первые часы ее работы, снижает проницаемость и повышает селективность. Практически установившийся режим по проницаемости и селективности обычно наступает через 4– 5 ч. Для корреляции данных о влиянии давления на проницаемость G предлагается [2] следующее выражение: G 1 = b 1 + b 2 lg. P, (15. 1. 2. 1) где b 1 и b 2 – постоянные для данной системы мембрана–раствор; Р – прилагаемое давление, Па. Влияние давления на селективность удовлетворительно описывается уравнением j = а 1 P(а 2 P + 1), (15. 1. 2. 2) где а 1 и а 2 – постоянные для данной системы мембрана–раствор. Анализ данных о влиянии температуры на селективность и проницаемость ацетатцеллюлозных мембран при разделении растворов неорганических веществ показывает, что с повышением температуры до 50 °С проницаемость мембраны сначала увеличивается обратно пропорционально вязкости жидкости, а затем уменьшается и при 85 °С падает до 0 (рис. 1)
n Рис. 1. Зависимость селективности и проницаемости ацетатцеллюлозной мембраны от температуры и вязкости 1% Na. Cl при давлении 12 МПа Однако при разделении растворов органических веществ повышение температуры приводит к увеличению подвижности молекул воды и не влияет на дисперсионные силы, поэтому селективность возрастает. Это объясняется тем, что с повышением температуры увеличивается вероятность столкновения неполярных молекул и образование крупных молекулярных комплексов вследствие дополнительного гидрофобного взаимодействия. Образовавшиеся комплексы, прочно связываясь с поверхностью полимера, блокируют поры, уменьшая в них поперечное сечение потока жидкости и удельную проницаемость мембраны (рис. 15. 1. 2. 2). Таким образом, влияние температуры на разделение зависит от природы растворенных компонентов, причем скорость течения этих компонентов через мембрану, по сравнению со скоростью течения воды, с изменением температуры может меняться. Это явление можно использовать для более полного разделения смесей на составляющие их компоненты.
Скачать презентацию Очистка сточных вод обратным осмосом и ультрафильтрацией Понятие
лейтес.ppt