Занятие 5 Гидромеханические процессы-2 Прямоугольный отстойник

Занятие 5 Гидромеханические процессы-2

Прямоугольный отстойник

Круглый отстойник

Пластинчатый осветлитель

Осадительно-флотационный осветлитель

Спиральный классификатор

Центрифугирование

Центрифуги

Фильтрующая центрифуга

Фильтрация

Типы фильтров

Микрофильтрация Метод микрофильтраци и предложил Зигмонди в 1922 г. В зависимости от применяемых мембран, он служит для отделения от жидкости частиц с размером 0, 1– 1 мкм. При микрофильтрации задерживаются основная масса взвесей, крупные коллоиды, большинство бактерий и микроорганизмов, частично вирусы Микрофильтрация способна эффективно функционировать при перепаде давления на фильтрующей перегородке, как правило, не превышающем 0, 02– 0, 3 МПа. Указанные характеристики микрофильтрации предопределяют области ее применения для целей промышленной водоподготовки, среди которых необходимо выделить осветление природных вод удалением взвешенных частиц перед дальнейшей обработкой , предварительную обработку воды перед обратным осмосом для продления срока службы мембран, финишную стерилизацию вод и растворов в пищевой, медицинской и электронной промышленности. Микрафильтрационные мембраны могут использоваться как в тупиковом режиме, так и в тупиковом с регенерацией обратным током, а также в режиме с тангенциальной фильтрацией.

Основные производители мембран • Микрофильтрационные элементы в виде картриджей для целей водоподготовки в тупиковом режиме выпускает огромное число производителей во всем мире – « Millipore » , « Pall » , Sartorius AG, « Harmsco » , « US Filter» , в том числе в России – НПП «Тензор» , ООО «Промфильтр» (г. Дубна), НПП «Экспресс-Эко» (г. Обнинск), НПП «Технофильтр» (г. Владимир), ЗАО «Фильтр» , (п. Товарково). Микрофильтрационные элементы для режима с тангенциальной фильтрацией выпускаются в виде керамических и металлокерамических модулей. Крупнейшими западными производителями являются компании « Inopor Gmb. H» , « GEA Westfalia Separator » и «Tami Gmb. H» (ФРГ), отечественными – ЗАО «Керамикфильтр» , Ассоциация «Аспект» . Листовые МФ и УФ мембраны, применяемые в картриджах и плоскорамных аппаратах, изготавливаются ЗАО НТЦ «Владипор» . Так называемые «ядерные фильтры» производит «Трекпор Технолоджи» (г. Дубна). • Половолоконные мембраны для напорного и вакуумного фильтрования выпускают фирмы, производящие аналогичные мембраны для ультрафильтрации – «Hydranautics» , «Nori » (Нидерланды), «Inge» (Германия), «Membrana» , «GE water» , «Koch Industries» , «Toray» и другие.

Прямой и обратный осмос Если сосуд разделить полупроницаемой мембраной и слева налить раствор любого вещества, а справа – чистый растворитель, то будет наблюдаться явление переноса чистого растворителя в раствор и достраивание гидратных оболочек (если растворитель вода). Чем выше концентрация растворенного вещества в сосуде слева, тем больше молекул воды должно перейти через мембрану в раствор. Количественно этот перенос выражается величиной осмотического давления (Р 0): Р 0 = C*R*T, где С– массовая концентрация растворенного вещества; R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура. Если осмотическое давление (Р 0) превышает гидравлическое (Рr), то происходит прямой осмос. Если же Р 0 = Рr, то наступает равновесие и диффузия через мембрану прекращается. При приложении к раствору рабочего давления, превышающего осмотическое, т. е. Рr > Р 0, начинается перенос молекул воды слева направо, т. е. происходит дегидратация раствора, концентрирование растворенного вещества и получение чистой воды в правой половине сосуда. Этот механизм называется обратным осмосом.

Обратный осмос по механизму близок к ультрафильтрации. Но между процессами обратного осмоса и ультрафильтрации имеются различия. Так, при обратном осмосе разделение низкомолекулярных веществ происходит при рабочем давлении до 0, 7 -14 МПа в связи с большим осмотическим давлением в этих растворах. При обратном осмосе используются мембраны с очень маленькими размерами пор.

Ультрафильтрация При ультрафильтрации удаляются практически все механические частицы, коллоиды, белки, микробиологические загрязнения, а также часть органических веществ с молекулярной массой 1 000 – 300 000 Да. Вследствие малых осмотических давлений высокомолекулярных соединений и относительно низкого гидравлического сопротивления мембранных модулей ультрафильтрацию проводят при сравнительно невысоких избыточных давлениях – 0, 1– 0, 5 МПа. Наряду с размером пор ультрафильтрационные мембраны также могут характеризоваться значением условной молекулярной массой частиц, которые не способны проникнуть сквозь мембрану. Обычно в промышленных и муниципальных установках водоподготовки используются ультрафильтрационные мембраны с границей отсечки по молекулярному весу задерживаемых компонентов ( MWCO – Molecular Weight Cut - Off ) 80– 150 к. Да, которые обеспечивают надежный барьер для вирусов. Это примерно соответствует размеру пор около 0, 02– 0, 03 мкм. Области применения ультрафильтрации для целей промышленной водоподготовки значительно шире, чем у микрофильтрации, и предусматривают как предварительную очистку воды перед установками обратного осмоса, так и самостоятельное использование в муниципальных системах водоподготовки для обеспечения стерильности очищенной воды. Ультрафильтрационные мембраны в большинстве случаев могут работать как в тангенциальном режиме, так и в тупиковом с регенерацией обратным током.

Ультрафильтрационная мембрана задерживает коллоидные частицы, бактерии, вирусы и высокомолекулярные органические соединения с молекулярной массой более 100 000 Дальтон. Осмотическое давление этих веществ значительно ниже при одной и той же концентрации (г/л) вследствие высокой молекулярной массы. Следовательно, осмотическое давление не влияет на рабочее давление ультрафильтрации. Из-за сравнительно большого размера пор (0, 02 -0, 03 мкм) гидродинамическое сопротивление ультрафильтрационных мембран значительно меньше, чем сопротивление обратноосмотических и нанофильтрационных мембран. Поэтому рабочее давление ультрафильтрации составляет не более 2 -4 бар. Традиционным материалом для изготовления ультрафильтрационных мембран являются полисульфон и полиэфирсульфон. Гидродинамическое сопротивление этих материалов, а следовательно, и рабочее давление мембран не превышает 1 атм. Наиболее технологичными являются капиллярные мембранные ультрафильтрационные модули. Стенками капилляров являются непосредственно мембраны. Исходная вода поступает внутрь капилляра. Способные проникать через мембрану частицы и молекулы воды проходят через стенки капилляра, а более крупные частицы остаются внутри капилляра.

Основным преимуществом капиллярных мембранных модулей по сравнению с рулонными, является возможность промывки мембран обратным током для удаления накопленных внутри капилляров загрязнений. Кроме того, при использовании капиллярных мембранных модулей требуется значительно меньшая предварительная очистка исходной воды. Если в рулонных модулях мутность исходной воды не должна превышать 1 мг/л, то капиллярные модули работают при мутности исходной воды до 100 мг/л.

Основные производители мембран Ультрафильтрационные элементы для целей водоподготовки выпускают многие компании, в первой десятке которых значатся «Norit» , «Zenon» , «Osmonics» , «Inge» , «Koch» , «Toray» , «Nadir-Microdyne» , «Degr em ont» , «Hydranautics» , «Dow Chemical» (Omexell). В СССР/России ультрафильтрационные мембраны мелкосерийными партиями выпускались ПО «Химволокно» (ныне ООО «Лирсот» , г. Мытищи) – половолоконные элементы, и ЗАО НТЦ «Владипор» (г. Владимир) – рулонные элементы. Керамические мембраны и модули производятся НПО «Керамикфильтр» и РХТУ им. Д. И. Менделеева. Большое число производителей предопределяет достаточно высокую конкуренцию, что, в свою очередь, требует от потребителя определенной квалификации при выборе оптимальных для данных условий элементов или технологии ультрафильтрации.

Механическое перемешивание

Приводы мешалок

Торцевые уплотнения

Структура потока в сосуде с мешалкой

Структура потока в сосуде с мешалкой