Berapa banyak yang anda tahu mengenai ultrafiltrasi dalam sistem air tulen? (I)

1.1. Pengenalan kepada Klasifikasi Proses Pemisahan Membran

Berdasarkan ketepatan pemisahan, teknologi pemisahan cecair membran secara amnya boleh dibahagikan kepada empat kategori: microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) dan osmosis terbalik (RO). Ketepatan penapisan mereka meningkat dalam urutan di atas.

Microfiltration boleh memintas zarah antara {{0}}. 1 dan 1 mikron. Membran mikrofiltrasi membolehkan makromolekul dan pepejal larut (garam tak organik) untuk dilalui, tetapi akan memintas bahan yang digantung, bakteria dan koloid berat molekul yang besar. Tekanan operasi membran mikrofiltrasi umumnya 0. 7-7 bar.

Ultrafiltration boleh memintas makromolekul dan protein antara {{0}}. 002 dan 0.1 mikron. Membran ultrafiltrasi membolehkan molekul kecil dan pepejal larut (garam tak organik) melewati, sambil memintas koloid, protein, mikroorganisma dan bahan organik makromolekul. Julat berat molekul cut-off yang digunakan untuk menunjukkan saiz liang membran ultrafiltrasi umumnya antara 1000 dan 500000. Tekanan operasi membran ultrafiltrasi umumnya 1-7 bar.

Nanofiltration boleh memintas nanoscale (0. 001 micron). Pelbagai operasi membran nanofiltrasi adalah antara ultrafiltrasi dan osmosis terbalik. Berat molekul bahan organik yang dipintas adalah kira -kira 200-800 mW, dan keupayaan untuk memintas garam terlarut adalah antara 20%-98%. Kadar penyingkiran ion monovalen larut adalah lebih rendah daripada ion-ion valent tinggi. Nanofiltrasi biasanya digunakan untuk menghilangkan bahan organik dan pigmen dalam air permukaan, kekerasan dan radium dalam air bawah tanah, dan sebahagiannya mengeluarkan garam terlarut, dan mengekstrak dan menumpukan bahan berguna dalam pengeluaran makanan dan farmaseutikal. Tekanan operasi membran nanofiltrasi umumnya 3. 5-30 bar.

Osmosis terbalik adalah produk pemisahan membran yang paling canggih, yang secara berkesan dapat memintas semua garam terlarut dan bahan organik dengan berat molekul lebih besar daripada 100, sambil membolehkan molekul air melewati. Membran osmosis terbalik secara meluas digunakan dalam air laut dan penyahgaraman air payau, air suapan dandang, air tulen perindustrian dan penyediaan air kemelut tinggi elektronik, minum pengeluaran air tulen, rawatan air sisa dan proses pemisahan khas. Tekanan operasi membran osmosis terbalik biasanya antara 12 bar untuk air payau dan 70 bar untuk air laut.

1.2. Jenis dan ciri aplikasi membran ultrafiltrasi

Membran ultrafiltrasi terutamanya dibahagikan kepada empat jenis mengikut struktur mereka: membran plat, membran roll, membran tiub, dan membran serat berongga.

Membran plat: Ia adalah membran terawal, tetapi kerana sukar untuk memastikan kadar aliran yang sesuai pada permukaan membran dan masalah pengedap kompleks, penggunaan membran jenis ini sangat terhad. Keperluan pretreatment tidak ketat;

Membran roll: Dibangunkan dari membran plat, kerana grid membran roll membawa titik mati dan tidak boleh dibasuh, biasanya tidak sesuai untuk rawatan air mentah perindustrian. Mereka sesuai untuk pemisahan bahan suhu tinggi dan tekanan tinggi, dan sebagainya, dan keperluan pretreatment tidak ketat;

Membran tiub: Kerana penggunaan tenaga yang tinggi, ia tidak sesuai untuk rawatan air biasa dari sudut pandang ekonomi. Ia biasanya sesuai untuk cecair dengan kandungan pepejal yang tinggi atau kepekatan minyak yang tinggi. Di antara empat membran, keperluan pretreatmentnya adalah yang paling tidak ketat.

Membran serat berongga: Kerana ia mempunyai tekanan rendah, tiada titik mati di saluran, fluks yang tinggi, dan boleh dibasuh semula, ia adalah pilihan yang baik kecuali badan air khas (seperti kandungan minyak yang tinggi, kandungan pepejal yang tinggi, dan lain -lain). Di antara empat membran, ia adalah yang paling banyak digunakan dalam rawatan air.

Nota: Oleh kerana membran serat berongga adalah yang paling banyak digunakan, kecuali untuk titik umum dalam bahan -bahan berikut, semua bahan lain dijelaskan dengan membran serat berongga sebagai contoh.

1.3. Skop permohonan

Ultrafiltrasi digunakan secara meluas dalam bidang rawatan air. Menurut majlis permohonan, ia boleh digunakan terutamanya untuk:

1.3.1. Pretreatment air mentah (air permukaan, air bawah tanah, air paip)

Clarifier, penggantian penapis pasir, pretreatment RO dan pretreatment pertukaran ion

Digunakan dalam pra-rawatan, ultrafiltrasi menggantikan penapis penjelasan atau pasir untuk menghilangkan pepejal dan koloid dalam air mentah untuk meningkatkan operasi peralatan berikutnya, seperti meningkatkan kekerapan penukar ion dan kekerapan penggantian elemen membran osmosis terbalik, tetapi memerlukan pembersihan/pembersihan yang lebih kerap. Jenis membran umumnya 100, 000 pemotongan molekul.

1.3.2. Rawatan pemurnian

Pembuangan zarah (seperti air 18WΩ), penyingkiran mikroorganisma dan pyrogens, RO atau pertukaran ion selepas rawatan

Ultrafiltration digunakan untuk mengeluarkan koloid dan pepejal di dalam air selepas peralatan pertukaran osmosis/ion terbalik. Ia mempunyai kebolehtelapan air yang tinggi dan kekerapan pembersihan yang rendah. Ia tidak memerlukan pembersihan/pembersihan yang kerap. Ia hanya dibersihkan apabila tekanan sistem jatuh ke tahap yang menjadikan operasi menyusahkan atau bakteria dihasilkan. Dalam industri farmaseutikal dan elektronik, ultrafiltrasi diletakkan pada titik penggunaan untuk menghilangkan mikroorganisma dan pyrogens. Jenis membran umumnya 10, 000-100, 000 cutoffs molekul.

1.3.3. Peredaran air dan penggunaan semula

Selepas rawatan dan penjelasan biokimia (menengah dan tertiari)

Membran anisotropik

Serat berongga polimer sintetik yang terdiri daripada membran dalaman yang sangat ketat dan nipis dan struktur luar seperti span yang menyokong diri sendiri. Membran dalaman ini bertindak sebagai membran ultrafiltrasi separa yang telap.

Purata tekanan trans-membran

Perbezaan antara tekanan purata bahagian pengeluaran air dan salur masuk dan saluran air mentah,

Purata tekanan trans-membran=(p in + p out) / 2 - P pengeluaran air

Back-Flush

Menghantar air berkualiti tinggi dari luar serat berongga ke bahagian dalam. Kerana air dilalui serat dari arah terbalik, ia melonggarkan dan membasuh kotoran pada permukaan membran.

Nota: Tiada tekanan di bahagian dalam membran serat semasa proses ini.

Fouling Colloidal

Lapisan pemendakan zarah terbentuk pada permukaan membran di dalam serat berongga.

Menumpukan perhatian atau menolak

Bahagian air mentah yang tidak dapat melalui membran, ia mengandungi kekotoran seperti zarah, koloid, bakteria dan pyrogens dengan kepekatan yang lebih tinggi daripada air mentah.

Polarisasi kepekatan

Fenomena yang menyebabkan perkara yang digantung ditolak untuk berkumpul di permukaan membran. Daya ricih yang tinggi (kadar aliran tinggi) dalam serat dapat mengurangkan polarisasi.

Aliran silang

Air pekat mengalir ke arah selari dengan permukaan membran yang berkesan, yang membantu menghilangkan serpihan pencemar pada permukaan membran.

Tekanan pembezaan

Perbezaan tekanan antara salur masuk dan outlet tiub membran serat. Perbezaan tekanan pd=p in - p keluar

Aliran ke bawah

Arah aliran peredaran modul membran ultrafiltrasi mengalir dari bahagian atas ke bahagian bawah modul.

Suapan

Air yang memasuki sistem ultrafiltrasi kemudian dibahagikan kepada air yang dihasilkan dan cecair pekat.

Fluks

Kadar aliran air yang dihasilkan melalui membran, biasanya dinyatakan sebagai gelen air setiap kaki persegi kawasan membran setiap hari (GFD), GFD {{0} lmh x 0.59

Aliran ke hadapan

Arah aliran peredaran efluen biasanya ke atas untuk tiub membran yang dipasang secara menegak.

Lapisan gel

Lapisan kepekatan tinggi atau sedimen pepejal, biasanya bahan berat molekul yang tinggi, terbentuk pada permukaan dalaman yang berkesan membran ultrafiltrasi dalam operasi. Selalunya kebolehtelapan lapisan gel dan bukannya kebolehtelapan membran penapis yang menentukan fluks air ultrafiltrasi (yang akan membawa kepada kesan penapisan yang lebih ketat daripada cutoff berat molekul membran sebenar).

Cutoff Berat Molekul

Suatu sifat membran yang menggambarkan kadar pengekalan nominal larut dalam sistem suapan yang diketahui, iaitu saiz minimum bahan pencemar yang ditahan.

Nominal dipotong

Dalam sistem penyelesaian tunggal larut yang diketahui, saiz liang membran yang sepadan dengan kadar pengekalan larut maksimum (biasanya 90%).

Meresap

Bahagian air yang melalui membran penapis pada dasarnya bebas daripada koloid, zarah dan mikroorganisma.

Pemulihan

Peratusan air yang dihasilkan dalam jumlah air mentah.

% Pemulihan=air produk/air mentah × 100

Retentat

Juga dipanggil pekat. Bahagian influen yang tidak dapat melalui membran penapis, termasuk pepejal yang ditahan dengan kepekatan yang lebih tinggi daripada yang berpengaruh.

Retentate berdarah

Bahagian retentate yang dilepaskan atau dikitar semula dari unit ultrafiltrasi. Proses pelepasan ini menghalang pengumpulan pepejal yang ditahan pada bahagian penapisan membran.

Aliran pembalikan

Cecair memasuki tiub membran dengan cara yang berperingkat. Air memasuki tiub membran dari paip masuk atas, dan selepas tempoh masa, ia berubah untuk masuk dari bawah. Perubahan yang berperingkat ini meningkatkan keadaan aliran dalam membran.

Aliran ke atas

Arah aliran peredaran modul membran ultrafiltrasi mengalir dari bahagian bawah ke bahagian atas modul.

3.1 Gambaran Keseluruhan

Ultrafiltration adalah proses penapisan yang didorong oleh aliran dan tekanan tangen bendalir, dan memisahkan zarah di dalam air mengikut berat molekul. Saiz liang membran ultrafiltrasi adalah kira -kira dalam julat 0. 002-0. 1 micron (MWCO adalah kira -kira 1, 000-500, 000). Bahan dan bahan terlarut lebih kecil daripada saiz liang membran boleh melalui membran sebagai permeat, manakala bahan yang tidak dapat melalui membran akan dikekalkan dan tertumpu dalam efluen. Oleh itu, air yang dihasilkan (permeat) akan mengandungi air, ion dan molekul kecil, manakala koloid, zarah, bakteria, virus dan protozoa akan dikeluarkan oleh membran.

Membran ultrafiltrasi serat berongga adalah bahan polimer yang sangat nipis yang diperbuat daripada PS polysulfone, PES poliethersulfone, PVDF atau polyacrylonitrile (PAN) dengan struktur microporous asimetrik. Membran ultrafiltrasi asimetrik mempunyai sangat licin dan nipis ({0}}. 1 micron) permukaan dalaman dengan saiz liang antara 0. Gabungan permukaan membran lancar kecil ini dan bahan sokongan liang yang lebih besar menjadikan rintangan aliran penapisan zarah kecil sangat kecil dan tidak mudah menyumbat.

3.2 Prinsip Asas

Ultrafiltration adalah proses aliran aliran silang dan tangen, di mana cecair akan ditapis aliran di sepanjang permukaan membran. Ini mewujudkan keadaan ricih cecair di dinding dalaman serat berongga, menjadikannya sukar bagi bahan pencemar untuk membentuk permukaan membran.

Air yang akan ditapis ditekan oleh pam air ultrafiltrasi dan input ke dalam perhimpunan membran. Oleh kerana perbezaan tekanan antara bahagian dalam dan di luar membran, sebahagian daripada air meresap membran, sementara kekotoran di dalam air dikekalkan di dalam air yang tersisa dan ditapis.

Sekiranya kekotoran dipisahkan terlalu banyak pada membran, bergantung kepada jenis membran, ia akan menyebabkan pemendapan garam tidak larut atau pembentukan lapisan penutup separa. Jadi untuk mengelakkan ini, sebahagian daripada air akan mengalir keluar sebagai tumpuan. Bergantung pada jenis membran dan aplikasi, proses ini harus dilakukan secara berterusan atau semasa refluks.

3.3 Ciri -ciri ultrafiltrasi

Ultrafiltration mempunyai banyak kelebihan berbanding kaedah penyucian tradisional:

• Boleh mengeluarkan mikroorganisma dan zarah sepenuhnya

Kadar penyingkiran bahan pencemar di dalam air

Komponen PM10 PM100

Colloidal Silica 99.8% 99. 0%

Colloidal Iron 99.8% 99. 0%

Aluminium Colloidal 99.8% 99. 0%

Pepejal digantung 5 LRV 4 LRV

Kekeruhan <{{0}}. 3 ntu (biasanya kurang daripada 0.1 ntu)

SDI <1. 0 SDI

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoa 6 LRV 5 LRV

Kulat 6 LRV 5 LRV

Virus 5 LRV 4 LRV

Endovirus 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70% AVG. 30%

• Kesan penapisan tidak terjejas oleh kualiti air mentah
• Ia boleh mengeluarkan bakteria tahan klorin
• Konsentrasi ultrafiltrasi hanya mengandungi bahan -bahan yang terkandung di dalam air asal
• Berbanding dengan kaedah tradisional yang lain, jumlah sedimen dalam ultrafiltrasi jauh lebih rendah
• Struktur padat pendakap meningkatkan penggunaan ruang, menjimatkan kos, dan juga boleh menjadi sangat fleksibel dalam menambahkan peralatan di tumbuh -tumbuhan yang ada.
• Ultrafiltration boleh mencapai pengeluaran berterusan industri automatik sepenuhnya.
• Oleh kerana ultrafiltrasi hampir dapat menapis bahan -bahan yang membentuk lapisan penutup, beban kawasan dapat ditingkatkan dalam langkah -langkah pembersihan membran berikutnya, dengan itu mengurangkan skala peranti pembersihan berikutnya.

Air mentah memasuki rongga dalaman serat berongga dan ditapis dari dalam ke luar melalui serat.

Biasanya air mentah memasuki dari satu hujung elemen membran dan mengalir melalui keseluruhan panjang serat di bawah tekanan 30-40 psi.

Berkonsentrasi dengan kandungan pepejal yang lebih tinggi dilepaskan dari ujung lain elemen membran.

Permeat mengalir ke dalam paip koleksi permeat di tengah elemen membran selepas penapisan melalui dinding membran serat. Permeat mengalir keluar dari pusat setiap elemen membran melalui paip pengumpulan air.

Ultrafiltration umumnya mempunyai dua mod proses operasi mengikut kualiti air mentah: mod penapisan mati dan mod penapisan peredaran.

4.1 Mod penapisan mati

Umumnya digunakan apabila pepejal yang digantung dan kandungan koloid dalam air mentah rendah (seperti SS<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 Mod Penapisan Sirkulasi/Aliran

Apabila kandungan pepejal yang digantung di dalam air mentah adalah tinggi dan dalam kebanyakan aplikasi bukan air, adalah perlu untuk mengurangkan kadar pemulihan untuk mengekalkan kadar aliran yang tinggi di dalam tiub membran. Ini akan menyebabkan banyak air sisa. Untuk mengelakkan sisa, air pekat yang dilepaskan akan ditekan semula dan dikembalikan ke tiub membran. Dengan cara ini, walaupun kadar pemulihan tiub membran dikurangkan, kadar pemulihan keseluruhan sistem masih boleh menjadi sangat tinggi. Dalam mod ini, air yang berpengaruh beredar secara berterusan di permukaan membran. Kelajuan tinggi air yang beredar menghalang pengumpulan zarah di kawasan membran dan meningkatkan fluks. Kerana air yang kurang berpengaruh menjadi air yang dihasilkan, untuk mendapatkan hasil yang sama, penggunaan tenaga lebih besar daripada mod penapisan mati.