Saf su sistemlerinde ultrafiltrasyon hakkında ne kadar biliyorsunuz? (İ)

1.1. Membran ayırma süreçlerinin sınıflandırılmasına giriş

Ayrılık doğruluğuna dayanarak, membran sıvı ayırma teknolojisi genellikle dört kategoriye ayrılabilir: mikrofiltrasyon (MF), ultrafiltrasyon (UF), nanofiltrasyon (NF) ve ters ozmoz (RO). Filtrasyon doğruluğu yukarıdaki sırada artar.

Mikrofiltrasyon, {{0}}} 1 ve 1 mikron arasındaki parçacıkları kesebilir. Mikrofiltrasyon membranları, makromoleküllerin ve çözünür katı maddelerin (inorganik tuzlar) geçmesine izin verir, ancak asılı madde, bakteriler ve büyük moleküler ağırlıklı kolloidleri engeller. Mikrofiltrasyon membranlarının çalışma basıncı genellikle 0'dır. 7-7 çubuktur.

Ultrafiltrasyon {{0}}}. 002 ve 0.1 mikron arasındaki makromolekülleri ve proteinleri kesebilir. Ultrafiltrasyon membranları, kolloidleri, proteinleri, mikroorganizmaları ve makromoleküler organik maddeyi ele alırken, küçük moleküllerin ve çözünür katı maddelerin (inorganik tuzlar) geçmesine izin verir. Ultrafiltrasyon membranlarının gözenek boyutunu belirtmek için kullanılan kesme moleküler ağırlık aralığı genellikle 1000 ile 500000 arasındadır. Ultrafiltrasyon membranının çalışma basıncı genellikle 1-7 çubuktur.

Nanofiltrasyon nano ölçekli (0. 001 mikron) maddeleri kesebilir. Nanofiltrasyon membranının çalışma aralığı ultrafiltrasyon ve ters osmoz arasındadır. Kalan organik maddenin moleküler ağırlığı yaklaşık 200-800 MW'dir ve çözünmüş tuzları kesme yeteneği%20 -98} arasındadır. Çözünür tek değerlikli iyonların giderme oranı, yüksek valent iyonlardan daha düşüktür. Nanofiltrasyon genellikle yeraltı suyundaki yüzey suyu, sertlik ve radyumdaki organik madde ve pigmentleri uzaklaştırmak ve çözünmüş tuzları kısmen uzaklaştırmak ve gıda ve farmasötik üretimdeki yararlı maddeleri çıkarmak ve konsantre etmek için kullanılır. Nanofiltrasyon membranının çalışma basıncı genellikle 3. 5-30 çubuktur.

Ters ozmoz, su moleküllerinin geçmesine izin verirken, 100'den büyük bir moleküler ağırlığa sahip tüm çözünmüş tuzları ve organik maddeyi etkili bir şekilde kesebilen en sofistike membran ayırma ürünüdür. Ters ozmoz membranları deniz suyu ve acı suyun tuzdan arındırma, kazan yemi su, endüstriyel saf su ve elektronik dereceli yüksek saflıkta su hazırlanması, saf su üretimi, atık su arıtma ve özel ayırma işlemlerinde yaygın olarak kullanılır. Ters ozmoz membranlarının çalışma basıncı genellikle acı su için 12 bar ve deniz suyu için 70 bar arasındadır.

1.2. Ultrafiltrasyon membranlarının türleri ve uygulama özellikleri

Ultrafiltrasyon membranları esas olarak yapılarına göre dört tipe ayrılır: plaka zarları, rulo zarları, tübüler membranlar ve içi boş fiber membranlar.

Plaka Membran: En erken membrandır, ancak membran yüzeyi ve karmaşık sızdırmazlık problemlerinde uygun akış hızını sağlamak zor olduğundan, bu tip membranın uygulanması çok sınırlıdır. Ön tedavi gereksinimleri katı değildir;

Rulo Membran: Plaka membranlarından geliştirildi, çünkü rulo zar ızgarası ölü noktalar getirdiğinden ve geri yıkanamadığından, genellikle endüstriyel çiğ su arıtımı için uygun değildir. Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı malzeme ayırma vb. İçin uygundurlar ve ön tedavi gereksinimleri katı değildir;

Tübüler membran: Yüksek enerji tüketimi nedeniyle, ekonomik açıdan sıradan su arıtımı için uygun değildir. Genellikle yüksek katı içeriğe veya yüksek yağ konsantrasyonuna sahip sıvılar için uygundur. Dört membran arasında, ön işlem gereksinimleri en az katıdır.

İçi Boş Fiber Membran: Düşük basınç, kanalda ölü bir nokta, yüksek akı olmadığından ve geri yıkanabildiğinden, özel su kütleleri (yüksek yağ içeriği, yüksek katı içerik vb. Gibi) dışında iyi bir seçimdir. Dört membran arasında, su arıtmasında en yaygın olarak kullanılan şeydir.

Not: İçi boş fiber membran, aşağıdaki malzemelerdeki ortak noktalar hariç, en yaygın olarak kullanılan olduğundan, diğer tüm malzemeler örnek olarak içi boş fiber membran ile açıklanmaktadır.

1.3. Uygulama Kapsamı

Ultrafiltrasyon, su arıtma alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Başvuru vesilelerine göre, esas olarak şu şekilde kullanılabilir:

1.3.1. Çiğ su ön tedavi (yüzey suyu, yeraltı suyu, musluk suyu)

AÇIKLAYICI, Kum Filtresi Değiştirilmesi, RO Ön Tedavi ve İyon Değişim Ön Tedavisi

Ön tedavide kullanılan ultrafiltrasyon, iyon değiştiricinin geri yıkama frekansını ve ters osmoz membran elemanlarının yedek frekansını iyileştirmek gibi sonraki ekipmanların çalışmasını iyileştirmek için çiğ sudaki katıları ve kolloidleri çıkarmak için arıtıcı veya kum filtresinin yerini alır, ancak daha sık temizleme/yıkama gerektirir. Membran tipi genellikle 100, 000 moleküler kesimdir.

1.3.2. Saflaştırma tedavisi

Parçacıkların çıkarılması (18WΩ su gibi), mikroorganizmaların ve pirojenlerin çıkarılması, tedavi sonrası RO veya iyon değişimi

Ultrafiltrasyon, ters ozmoz/iyon değişim ekipmanından sonra sudaki kolloidleri ve katıları uzaklaştırmak için kullanılır. Yüksek su geçirgenliği ve düşük temizlik frekansına sahiptir. Sık temizlik/yıkama gerektirmez. Sadece sistem basıncı operasyonu uygunsuz hale getiren bir seviyeye düştüğünde veya bakteriler üretildiğinde temizlenir. Farmasötik ve elektronik endüstrilerinde, mikroorganizmaları ve pirojenleri çıkarmak için ultrafiltrasyon kullanım noktasına yerleştirilir. Membran tipi genellikle 10, 000-100, 000 moleküler kesimlerdir.

1.3.3. Su dolaşımı ve yeniden kullanımı

Biyokimyasal tedavi ve açıklamadan sonra (ikincil ve üçüncül)

Anizotropik membran

Çok sıkı, ince bir iç membran ve kendi kendini destekleyen bir sünger benzeri dış yapıdan oluşan sentetik bir polimer içi boş lif. Bu iç membran, yarı geçirgen bir ultrafiltrasyon membranı olarak işlev görür.

Ortalama trans-membran basıncı

Su üretim tarafının ortalama basıncı ile çiğ su girişi ve çıkışı arasındaki fark,

Ortalama trans-membran basıncı=(p in + p out) / 2 - p su üretimi

Geri dönüş

Kaliteli suyu içi boş elyafın dışından içine iletin. Su liften ters yönden geçirildiğinden, membran yüzeyindeki kiri gevşetir ve yıkar.

Not: Bu işlem sırasında fiber zarın iç kısmı üzerinde herhangi bir baskı yoktur.

Kolloidal kirlenme

İçi boş elyaf içindeki membran yüzeyinde bir parçacık çökeltme tabakası oluşur.

Konsantre veya reddet

Ham suyun membrandan geçemeyen kısmı, çiğ sudan daha yüksek konsantrasyona sahip parçacıklar, kolloidler, bakteriler ve pirojenler gibi safsızlıklar içerir.

Konsantrasyon kutuplaşması

Reddedilen askıya alınmış maddenin membran yüzeyinde toplanmasına neden olan fenomen. Fiberdeki yüksek kesme kuvveti (yüksek akış hızı) polarizasyonu azaltabilir.

Çapraz akış

Konsantre su, etkili membran yüzeyine paralel bir yönde akar, bu da membran yüzeyindeki kirletici kalıntılarını temizlemeye yardımcı olur.

Diferansiyel basınç

Fiber membran tüpünün girişi ve çıkışı arasındaki basınç farkı. Basınç Farkı PD=P in - P çıktı

Aşağı akış

Ultrafiltrasyon membran modülünün dolaşım akış yönü, modülün üstünden altına akar.

Beslemek

Ultrafiltrasyon sistemine giren su daha sonra üretilen suya ve konsantre sıvıya bölünür.

Akı

Membrandan geçen üretilen suyun akış hızı, genellikle günde membran alanının metrekare başına galon su olarak ifade edilir (GFD), GFD {{0}} LMH x 0.59

İleri akış

Atık suyun dolaşım akış yönü genellikle dikey olarak monte edilmiş membran tüpleri için yukarı doğrudur.

Jel katmanı

Çalışmada ultrafiltrasyon membranının etkili iç yüzeyinde oluşan yüksek konsantrasyon veya katı tortu tabakası, genellikle yüksek moleküler ağırlıklı maddeler. Genellikle ultrafiltrasyon su akısını belirleyen filtre zarının geçirgenliği yerine jel tabakasının geçirgenliğidir (bu, gerçek membran moleküler ağırlık kesiminden daha sıkı bir filtrasyon etkisine yol açacaktır).

Moleküler ağırlık kesimi

Membranın, bilinen bir besleme sistemindeki bir çözünen maddenin nominal tutma oranını, yani tutulan kirleticinin minimum boyutunu tanımlayan bir özelliği.

Nominal Kesme

Bilinen bir çözünen maddenin tek bir çözelti sisteminde, maksimum çözünende tutma hızına (genellikle%90) karşılık gelen membran gözenek boyutu.

Nüfuz etmek

Suyun filtre membranından geçen kısmı temel olarak kolloidler, parçacıklar ve mikroorganizmalardan arındırılmıştır.

İyileşmek

Toplam çiğ suda üretilen su yüzdesi.

% Kurtarma=Ürün suyu/ham su × 100

Alevlendirmek

Konsantre olarak da adlandırılır. Etkinin, etkisinden daha yüksek bir konsantrasyona sahip tutulan katılar da dahil olmak üzere filtre membranından geçemeyen kısmı.

Tutmen kanaması

Retentate'in ultrafiltrasyon ünitesinden boşaltılan veya geri dönüştürülen kısmı. Bu deşarj işlemi, membran filtrasyon tarafında tutulan katıların birikmesini önler.

Ters akış

Sıvı membran tüpüne kademeli bir şekilde girer. Su, membran tüpüne üst giriş borusundan girer ve bir süre sonra alttan girmek için değişir. Bu kademeli değişiklik, membrandaki akış koşullarını iyileştirir.

Yukarı doğru akış

Ultrafiltrasyon membran modülünün dolaşım akış yönü, alttan modülün üstüne akar.

3.1 Genel Bakış

Ultrafiltrasyon, sıvı teğet akışı ve basınç tarafından yönlendirilen bir filtrasyon işlemidir ve sudaki parçacıkları moleküler ağırlığa göre ayırır. Ultrafiltrasyon membranının gözenek boyutu yaklaşık olarak 0. Membran gözenek boyutundan daha küçük çözünmüş maddeler ve maddeler zardan zardan geçebilirken, membrandan geçemeyen maddeler tutulacak ve atık su içinde konsantre edilecektir. Bu nedenle, üretilen su (permeat) su, iyon ve küçük moleküller içerecekken, kolloidler, parçacıklar, bakteri, virüs ve protozoa zar tarafından çıkarılacaktır.

İçi boş fiber ultrafiltrasyon membran, asimetrik mikro gözenekli yapıya sahip polisülfon PS, polietlersülfon PES, PVDF veya poliakrilonitril (PAN) 'dan yapılmış çok ince bir polimer malzemedir. Asimetrik ultrafiltrasyon membranı, {{{{{{0}}}}}}. 1 mikron) iç yüzeye, 0 arasında gözenek boyutuna sahip, asimetrik yapı deniz yüzeyi destek yapısı ile desteklenen 0.1 mikrona sahiptir. Bu küçük gözenek pürüzsüz membran yüzeyinin ve daha büyük bir gözenek destek malzemesinin kombinasyonu, küçük parçacıkları filtrelemenin akış direncini çok küçük ve tıkanması kolay değil.

3.2 Temel İlkeler

Ultrafiltrasyon, filtrelenecek sıvının membran yüzeyi boyunca aktığı çapraz akış ve teğetsel bir akış işlemidir. Bu, içi boş elyafın iç duvarında sıvı kesme koşulları yaratır, bu da kirleticilerin membran yüzeyinde oluşmasını zorlaştırır.

Filtrelenecek su, ultrafiltrasyon su pompası ile basınçlandırılır ve membran düzeneğine girilir. Membranın içi ve dışındaki basınç farkı nedeniyle, suyun bir kısmı membrana nüfuz ederken, sudaki safsızlıklar kalan suda tutulur ve filtrelenir.

Ayrılacak safsızlıklar membran üzerinde çok fazla biriktirilirse, membran tipine bağlı olarak, çözünmeyen tuzların birikmesine veya kısmi bir kaplama tabakasının oluşumuna neden olur. Bundan kaçınmak için, suyun bir kısmı bir konsantre olarak akacaktır. Membran tipine ve uygulamaya bağlı olarak, bu işlem sürekli olarak veya reflü sırasında gerçekleştirilmelidir.

3.3 Ultrafiltrasyonun özellikleri

Ultrafiltrasyonun geleneksel saflaştırma yöntemlerine göre birçok avantajı vardır:

• Mikroorganizmaları ve parçacıkları tamamen kaldırabilir

Kirleticilerin sudaki çıkarma hızı

Bileşenler PM10 PM100

Kolloidal silika% 99.8% 99. 0%

Kolloidal demir% 99.8% 99. 0%

Kolloidal alüminyum% 99.8 99. 0%

Asma katılar 5 lrv 4 lrv

Bulanıklık <{{0}}. 3 NTU (genellikle 0.1 NTU'dan az)

Sdi <1. 0 SDI

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoa 6 LRV 5 LRV

Mantar 6 lrv 5 lrv

Virüs 5 LRV 4 LRV

Endovirüs 4 lrv 2 lrv

TOC AVG. % 70 AVG. % 30

• Filtrasyon etkisi, çiğ suyun kalitesinden etkilenmez
• Klora dayanıklı bakterileri çıkarabilir
• Ultrafiltrasyon konsantresi, sadece orijinal suda bulunan maddeleri içerir
• Diğer geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında, ultrafiltrasyondaki tortu miktarı önemli ölçüde daha azdır.
• Braketin kompakt yapısı alan kullanımını artırır, maliyet tasarrufu sağlar ve mevcut tesislere ekipman eklemede de esnek olabilir.
• Ultrafiltrasyon tam otomatik endüstriyel sürekli üretim sağlayabilir.
• Ultrafiltrasyon, kaplama katmanını oluşturan maddeleri neredeyse tamamen filtreleyebildiğinden, sonraki membran saflaştırma aşamalarında alan yükü arttırılabilir, böylece sonraki saflaştırma cihazının ölçeğini azaltabilir.

Çiğ su içi boş elyafın iç boşluğuna girer ve fiberden içeriden dışarıya süzülür.

Genellikle ham su membran elemanının bir ucundan girer ve 30-40 psi basıncı altında fiberin tüm uzunluğu boyunca akar.

Daha yüksek katı içeriğe sahip konsantre, membran elemanının diğer ucundan boşaltılır.

Permeat, fiber membran duvarından süzüldükten sonra membran elemanının ortasındaki permeat toplama borusuna akar. Pilese, su toplama borusundan her bir membran elemanının merkezinden akar.

Ultrafiltrasyon genellikle çiğ suyun kalitesine göre iki çalışma işlemi moduna sahiptir: çıkmaz filtrasyon modu ve dolaşım filtrasyon modu.

4.1 Çıkmaz Filtrasyon Modu

Genellikle çiğ sudaki askıda katı maddeler ve kolloid içeriği düşük olduğunda kullanılır (SS gibi<5, turbidity <5NTU). The raw water enters the membrane tube at a low cross-flow rate, and the concentrated water is discharged from the other end of the membrane tube at a certain proportion. The produced water is produced on the filtrate side of the membrane tube, and the water recovery rate is usually 90%-99%, which is determined by the quality of the raw water. Compared with the circulation mode, the operating cost of dead-end filtration is low, but the recovery rate and the water output capacity of the system may be limited. This mode usually requires regular fast flushing and backwashing to maintain the system output. When the dirt accumulates to a certain extent, chemical cleaning is required for treatment.

4.2 Dolaşım/Çapraz akış filtreleme modu

Ham sudaki askıda katı içeriği yüksek olduğunda ve su dışı uygulamalarda çoğu zaman, membran tüpünde yüksek akış hızını korumak için geri kazanım hızını azaltmak gerekir. Bu çok fazla atık suya neden olacaktır. Atıklardan kaçınmak için boşaltılmış konsantre su yeniden basınçlı hale getirilecek ve membran tüpüne geri dönecektir. Bu şekilde, membran tüpünün geri kazanım hızı azalmasına rağmen, tüm sistemin geri kazanım oranı hala çok yüksek olabilir. Bu modda, etkili su, membran yüzeyi üzerinde sürekli olarak dolaşır. Dolaşımdaki suyun yüksek hızı, membran alanında parçacık birikmesini önler ve akıyı arttırır. Daha az etkili su üretilen su haline geldiğinden, aynı verimi elde etmek için enerji tüketimi çıkmaz filtrasyon modundan daha büyüktür.