Трансмембранное давление ультрафильтрация что это

Ультрафильтрация.

Ультрафильтрация занимает промежуточное положение между микрофильтрацией и обратным осмосом. Размеры пор ультрафильтрационных мембран лежат в пределах 0,001 – 0,1 мкм. Ультрафильтрация, в отличие от обратного осмоса, является низконапорным процессом: рабочее трансмембранное давление на ультрафильтре обычно не превышает 1,5 бар. Типичное применение ультрафильтрации – удаление из растворов высокомолекулярных компонентов и взвешенных частиц. К преимуществам ультрафильтрации относятся:

Ультрафильтрация занимает существенное место в секторе водоподготовки. Она позволяет надежно и с высокой эффективностью получать питьевую воду из различных видов природной воды. Кроме того ультрафильтрация становится все более важной в области очистки сточных вод. Например, процесс очистки воды в мембранном биореакторе (МБР) обычно состоит из биологической обработки сточной воды и мембранной фильтрации, что делает ненужными стадии отстаивания и дезинфекции.

Эффективная водоподготовка и водоочистка, как правило, требует сочетания различных методов и технологий. Это сочетание зависит от применения очищенной воды (например, питьевая вода или вода для энергетики и т. д.) и степени загрязненности исходной воды. Благодаря своим преимуществам ультрафильтрация может играть решающую роль в этой комбинации физических, химических и механических процессов.

Источник

Продолжение таблицы 1.3

Крепеж коллектора фильтрата

Прозрачный соединительный патрубок фильтрата

Хомут выхода фильтрата

Соединительная муфта модуля, 250 мм

Сталь нержавеющая 1.4509 (уплотнение EPDM)

Соединительная муфта выхода фильтрата, 2″ Victaulic

Сталь (уплотнение EPDM)

Стандартные эксплуатационные параметры

Макс. рабочее давление

Блок ультрафильтрации может работать в следующих режимах: режим фильтрования, режим обратной промывки, режим химически усиленной обратной промывки (CEB), режим промывки химическими реагентами «на месте» (CIP).

В режиме фильтрования происходит очистка исходной воды путем ее прохождения через ультрафильтрационные мембраны. В процессе работы примеси, удаляемые в процессе очистки исходной воды скапливаются на поверхности ультрафильтрационной мембраны. Процесс накопления примесей контролируется путем измерения величины трансмембранного давления (гидравлическим сопротивлением мембраны с учетом загрязнений равное разнице давления исходной воды и давления очищенной воды). Предельная величина трансмембранного давления в процессе фильтрации составляет 0,8 бар. В процессе режима фильтрования исходная вода подается в верхний и нижний коллекторы исходной воды, а фильтрат отбирается из коллектора очищенной воды.

Для очистки поверхности мембран от накопленных примесей используется режим обратной промывки. Для этого осветленная вода насосами промывочных вод УФ поз. Р0106 А/В/С подается в коллектор очищенной воды. При режиме промывки расход воды и трансмембранное давление существенно превышают расход воды и давление при нормальном режиме работы. Величина трансмембранного давления не должна превышать 2,5 бар, чтобы не допустить разрушения УФ мембран. Периодичность процедуры составляет от 10 до 30 секунд, а периодичность обратной промывки – от 15 до 40 минут.

В процессе работы ультрафильтрационной установки помимо водорастворимых отложений, удаляемых в процессе обратной промывки образуются нерастворимые водой минеральные и органические отложения. Для их удаления используется режим химически усиленной обратной промывки (CEB). Для этого в промывочную воду вводятся химические реагенты. В случае наличия на поверхности мембран минеральных примесей в воду вводится серная кислота (от блока дозирования серной кислоты поз. Е0604, P0604). В случае наличия на поверхности мебран органических отложений в воду вводится щелочь (от блока дозирования щелочи поз. Е0704, P0704) и гипохлорит натрия (от блока дозирования гипохлорита натрия поз. Е1203, P1203). В случае наличия на поверхности мембран как органических, так и минеральных отложения проводится последовательная операция, состоящая из химически усиленной обратной промывки с использованием кислоты, обратной водной промывки без дозирования реагентов и химически усиленной обратной промывки с использованием щелочи и гипохлорита натрия. В процессе химически усиленных промывок рН среды должен поддерживаться в диапазоне 1-13.

Управление работой каждого блока осуществляется единой автоматического системой управления (АСУ), установленной на ультрафильтрационном блоке № 1. Для осуществления режима промывки подается сигнал с АСУ блока на включение насосов промывки РО 106 А/В/С и открытие в блоке УФ арматуры UF20S01на трубопроводе сброса промывочных вод в промливневый колодец стоков. После окончания промывки насосы отключаются, арматура UF20S01 закрывается. Перед проведением химической промывки СЕВ или СIР блок УФ отключается. На пульт управления поступает сигнал об отключении блока на химическую промывку. Открывается арматура UF21S01 блока УФ на трубопроводе сброса отработанных растворов химических реагентов в бак-нейтрализатор. Химическая промывка осуществляется в ручном режиме. Расход осветленной воды, поступающей для приготовления промывочных растворов, составляет 15 м 3 /ч (расходомер UС83F01). Расход устанавливается регулирующей арматурой с ручным приводом UС83S01. После окончания химической промывки арматура UF21S01 закрывается. Управление арматурой блока ультрафильтрации во всех режимах работы осуществляет система АСУ блоков ультрафильтрации.

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Ультрафильтрация

Ультрафильтрация (UF)— мембранное разделение жидкости под давлением на фильтрат (поток с низкой мутностью) и концентрат (поток с высокой мутностью). Этот метод используется для удаления из воды взвешенных и коллоидных веществ, водорослей и бактериологических загрязнений, включая Giardia и Criptosporidium, вирусов, однако ультрафильтрация не предназначена для удаления гидратированных ионов и небольших молекул. Таким образом, химический состав воды не изменяется.

Традиционно модули ультрафильтрации работают при давлении от 0,5 до 4,0 атм. Установки ультрафильтрации обычно автоматизированы и легки в эксплуатации. Однако при неправильном выборе предподготовки или ухудшении состава исходной воды может быть увеличена частота промывок установки ультрафильтрации.

Срок службы мембран ультрафильтрации– от 3-х до 5-ти лет, что сопоставимо с мембранами обратного осмоса. Модули ультрафильтрации бывают половолоконными, трубчатыми, плоскорамными и рулонными, но чаще всего применение находят половолоконные модульные блоки.

Мембраны ультрафильтрации задерживают частицы размером 0,03-0,1 мкм и молекулярного веса – от 10 000 а.е.м. Размер пор и величина отсекающей способности Сut-off (MWCO), выраженная в а.е.м. (Дальтон), являются основными характеристиками мембран ультрафильтрации. MWCO – молекулярная масса веществ, которые отсекаются мембраной ультрафильтрации более, чем на 90%.

Мембранные волокна ультрафильтрации могут быть изготовлены из полисульфона, полиамида, поливинилиденфторида, поливинилхлорида (PVC) и т.д. Чаще всего мембраны ультрафильтрации имеют ассиметричную структуру, т.е. в толще волокна есть участки высокой и низкой плотности. Участки с высокой плотностью являются селективными, в то время как участки с низкой плотностью обеспечивают прочность волокон.

Модуль ультрафильтрации состоит из нескольких ультрафильтрационных волокон, изготовленных из ассиметричного PVC. Вода в мембране фильтруется изнутри наружу. В основном применение находят мембранные модули с размером пор 0,05 мкм и Cut-off 100000 кДа. Это позволяет удалить следующие загрязнения:

Примечание: Значения ООУ приблизительны и зависят от характера органических примесей в источнике водоснабжения.

Часть воды с концентрированными загрязняющими веществами направляется на слив, это т.н. концентрат, количество которого составляет от 5 — 10% от исходной воды в зависимости от степени и состава загрязнений. Популярная сегодня практика не сливать концентрат (тупиковая фильтрация) не выдерживает критики, так как мембраны очень быстро засоряются и промывки установки ультрафильтрации приходится проводить гораздо чаще. Т.о. количество воды на промывку установки резко возрастает и составляет не 5%, как обычно утверждается, а те же 10-15%. При этом резко возрастают и энергозатраты на эксплуатацию установки ультрафильтрации.

Промывка установки большим расходом очищает поверхность и восстанавливает производительность модуля ультрафильтрации. Длительность промывки – 2 минуты, частота ее проведения – 1 раз в час при правильно спроектированной установке ультрафильтрации.

1 раз в 6 промывок проводится т.н. химусиленная промывка, при этом в промывную воду подается гипохлорит натрия.

Если же производительность установки ультрафильтрации неуклонно падает, необходимо промыть модули химическими растворами, которые смывают с поверхности мембран ультрафильтрации отложившиеся загрязнения. Промывки проводятся «на месте» (CIP-мойка) щелочным и кислотным составами.

Установки ультрафильтрации

Типовая комплектация

Дополнительное оборудование (опции):

Описание работы установки:

Исходная вода с давлением 1,6 – 4,1 бар подается на сетчатый фильтр 80-100 мкм, а затем – непосредственно в мембранные модули установки ультрафильтрации. Фильтрование осуществляется изнутри волокна наружу. Для предотвращения биообрастания в исходную воду дозируется 0,5-1,0 мг/л гипохлорита натрия.

В процессе загрязнения внутренней поверхности волокна возникает необходимость проведения промывки из-за перепада давления, называемого трансмембранным. Промывка проводится сначала прямым потоком с расходом в 1,5 раза большим номинального, а затем обратным – с расходом в 2 раза большим номинального. В конце цикла промывки – снова прямой поток. Общая длительность цикла промывки – 2-3 минуты. Периодичность устанавливается в зависимости от степени загрязненности мембран, т.е. от величины трансмембранного давления.

В процессе промывки в воду автоматически подается гипохлорит натрия 200,0 мг/л для дезинфекции и улучшения отмывки (CEB1). Иногда требуется также проведение промывки с химическими реагентами (щелочами и кислотами) для отмывки или предупреждения загрязнений (CEB2).

В случае повышения трансмембранного давления до величины 1 бар срабатывает аварийное автоматическое включение цикла промывки во избежание порыва мембранных волокон.

Фильтрат (очищенная вода) накапливается в баке фильтрата, из него же ведется забор воды для промывки. Противодавление более 0,5 бар нежелательно.

Со временем слой загрязняющих отложений на мембране увеличивается, и возникает необходимость проведения более длительной промывки химическими веществами. Для такой промывки в установке предусмотрена система CIP-мойки, включающая емкости для рабочего и маточного растворов, а также насосы и картриджные фильтры.

Управление клапанной системой осуществляется PLC-контроллером посредством сжатого воздуха, производимого компрессором.

Источник

Ультрафильтрация сточных вод в статье:.

Технология доочистки сточных вод с использованием ультрафильтрации

Опубликовано: Водоснабжение и санитарная техника, 2013, № 12, 32-35

Майборода А. Б., кандидат химических наук, технический директор, ООО «Фазеркрафт»

Катраева И. В., кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования и кафедры водоснабжения и водоотведения, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (ННГАСУ)

Колпаков М. В., кандидат технических наук, технолог, ООО «Джурби ВотэТек»

В статье приведены результаты исследований по доочистке биологически очищенных сточных вод от фосфат-ионов и взвешенных веществ с помощью ультрафильтрации в сочетании с коагуляцией. Для тангенциальной ультрафильтрации в режиме «снаружи-внутрь» использовали половолоконный модуль российской компании ООО «Фазеркрафт» (г. Москва) с мембранами из поливинилиденфторида (ПВДФ). Изучено влияние на процесс фильтрации таких параметров, как трансмембранное давление и расход циркулирующего раствора. Исследования показали, что предлагаемая технология позволяет практически полностью очистить сточную воду от взвешенных веществ и снизить концентрацию фосфатов на 97%.

Ключевые слова: ультрафильтрация, доочистка сточных вод, удаление фосфатов, удаление взвешенных веществ

Поступление избыточного количества биогенных веществ (азота и фосфора) со сточными водами в поверхностные водные источники ведет к нарушению состояния водных экосистем и развитию процесса эвтрофикации водных объектов. Для удаления избыточного фосфора из сточных вод, прошедших глубокую биологическую очистку, наиболее часто используют физико-химический метод с применением различных минеральных коагулянтов 1. Осадок, содержащий фосфаты, отделяют осаждением и фильтрованием. Ультрафильтрация обеспечивает высокую степень очистки фильтрата и по этой причине все чаще используется в технологических схемах дополнительной обработки сточных вод [4].

В лаборатории ННГАСУ были проведены экспериментальные исследования по доочистке биологически очищенных бытовых сточных вод после вторичного отстойника с использованием технологии, которая включала реагентную обработку и ультрафильтрацию с концентрированием полученной суспензии. Использование ультрафильтрационных мембран позволяет практически полностью задержать взвешенные вещества и, как показали предыдущие испытания [5], снизить общее микробное число в очищаемой воде на 3-4 порядка за счет удержания бактерий, что, соответственно, позволяет значительно снизить расход обеззараживающего реагента. Схема и внешний вид лабораторной установки представлены на рис.1

Рис. 1. Внешний вид и схема лабораторной установки: 1-ёмкость для концентрирования; 2-рециркуляционный насос; 3-манометр; 4,9-цифровой измеритель потока; 5-мембранный модуль; 6-контроллер автоматизации; 7-перистальтический насос с реверсом; 8-датчик давления; 10-ёмкость фильтрата.

В качестве мембранного модуля применили половолоконный мембранный модуль российской компании ООО «Фазеркрафт» (г. Москва). Он представлял собой аппарат с цилиндрическим кожухом, внутри которого помещен пучок полых волокон, имеющих пористую стенку. С торцов аппарата пучок полых волокон был фиксирован эпоксидным компаундом. Технические характеристики мембранного модуля приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики мембранного модуля

В качестве коагулянта в сточную воду дозировали гидроксихлорид алюминия, доза которого в пересчете на Al2O3 составляла 20 мг/л. Для корректировки рН использовали известь в дозировке 2 мг CaO на 1 л очищаемой воды. Полученную суспензию циркуляционным вихревым насосом перекачивали по замкнутому контуру через кожух мембранного модуля, фильтрат отводился из внутренних каналов волокон. На линии фильтрата перистальтическим насосом создавали разрежение, за счет которого осуществлялась фильтрация. В ходе эксперимента трансмембранное давление фильтрации (ТМД ф) изменяли в интервале 0,05÷0,25 бар. После добавления коагулянта в емкость 1 суспензию концентрировали в 20 раз в течение суток, затем концентрат удаляли из емкости 1, заливали в нее новую порцию воды из вторичного отстойника и повторяли процесс очистки.

Ультрафильтрационный модуль работал в режиме тангенциальной фильтрации «снаружи-внутрь». Такая организация процесса была выбрана с целью обеспечения стабильной работы фильтра в условиях высокого содержания взвешенных веществ в очищаемой воде. Циркуляция суспензии через кожух аппарата позволяет избежать такого негативного явления, как закупоривание торцов волокон осадком ила, которое наблюдается при фильтрации «изнутри-наружу». Фильтрацию проводили круглосуточно в циклическом режиме (рис.2) под управлением контроллера автоматизации. Время фильтрования (tф) составляло 20 мин, время промывки (tп) фильтратом 1 мин, в ходе эксперимента трансмембранное давление промывки (ТМДп) на 0,05-0,1 бар превышало ТМДф, скорость тангенциального потока суспензии в кожухе аппарата (wт) меняли в пределах от 0,04 до 0,8 м/с. Указанному диапазону wт соответствует интервал значений критерия Рейнольдса от 68 до 1360, следовательно, течение жидкости в кожухе мембранного модуля происходило в ламинарном режиме.

Рис.2. Циклическая работа мембранного модуля (температура жидкости: +20 оС, wт = 0,14 м/с, ТМДф= 0,2 бар, tф=20 мин, ТМДп=0,3 бар, tп=1 мин)

Варьирование давления фильтрации показало, что поток фильтрата J возрастает с ростом трансмембранного давления от 0,05 до 0,2 бар (рис. 3). Дальнейшее увеличение значения ТМДф не приводит к росту J, что, вероятно, связано тем, что при увеличении трансмембранного давления происходит уплотнение осадка на мембране и возрастает его удельное гидравлическое сопротивление.

Рис. 3. Зависимость удельного потока фильтрата от трансмембранного давления фильтрования (температура жидкости +20 оС, wт = 0,47 м/с)

Увеличение концентрации твердой фазы в рециркулирующем растворе мало влияло на скорость фильтрации. Испытания показали, что концентрирование очищаемой суспензии с выходом 95 % жидкости в фильтрат приводит к падению производительности мембранного модуля только на 10 % (рис 4). Возможно, что негативное влияние сгущения суспензии компенсировалось за счет роста ее температуры: обычно за сутки (время обработки одной порции сточной воды) её температура возрастала примерно на 10 градусов (с +15 оС до +25 оС).

Рис. 4. Изменение потока фильтрата в течение суток после начала переработки очередной порции сточной воды (четвертые сутки ресурсных испытаний)

Источник

Трансмембранное давление ультрафильтрация что это

Гемодиализная терапия сопровождается осложнениями, которые частично могут быть вызваны неоптимальными изменениями объема крови, изменениями концентрации натрия в плазме крови и нарушениями взаимного равновесия вне- и внутриклеточного секторов организма.

Наиболее распространены осложнения, сопровождающие процедуру гемодиализа: гипертензия, судороги, дизэквилибрирующий синдром, последиализный период гипертензии и обусловленный гипернатриемией избыток жидкости, а также осложнения, связанные с неадекватной скоростью ультрафильтрации.

Современные гемодиализные аппараты позволяют осуществлять программирование и контроль скорости ультрафильтрации и концентрации натрия в процессе гемодиализа.

Существенно реже профилируют по времени содержание калия, бикарбоната и рН диализата.

За рубежом накоплен опыт применения способов компенсации отклонений давления крови при синдроме нарушения равновесия (дизэквилибрирующем синдроме) как в течение, так и после процедуры гемодиализа, с помощью направленного изменения концентрации ионов натрия в диализате и профилирования скорости ультрафильтрации.

Например, пациентам с гипотонией в процессе гемодиализа устанавливают повышенную концентрацию ионов натрия в диализате, при этом изменяют концентрацию других компонентов диализата пропорционально концентрации иона натрия при изменении общей проводимости диализата. Для пациента, реагирующего на содержание калия, такая ситуация может быть весьма критичной. У пациентов, к которым применяется повышенная концентрация ионов натрия, возникает проблема вследствие перегрузки натрием, при этом наблюдаются побочные эффекты в виде отека.

Пациентам с гипертензией понижают концентрацию натрия в диализате в том предположении, что это будет способствовать снижению гипертензии и уменьшению сердечного выброса. С другой стороны эта терапия чревата неожиданной гипотензией в течение процедуры гемодиализа.

С этой целью предложены алгоритмы задания и регулирования основных параметров процедуры гемодиализа, учитывающие состояние системы аппарат – пациент в каждый конкретный момент процедуры. Дело в том, что реальное время воздействия аппарата на пациента всегда меньше формального календарного времени процедуры за счет различных временных остановок кровотока или перемещения диализата через диализатор и аварийных снижений скорости ультрафильтрации, инициированных состоянием пациента, действиями персонала или другими аварийными ситуациями.

Разработаны аналитические зависимости для каждого типа профиля, учитывающие перерывы в течении процедуры гемодиализа.

Задание профиля скорости ультрафильтрации

Среднее значение скорости ультрафильтрации (UFз) после первого включения (профиль №0) задается путем вычисления по формуле:

UFз = (VUF*-VUF) / (T*- T), (1)

где VUF* и VUF – заданное и измеренное значения объема ультрафильтрата, мл,

T* и T – заданное и измеренное значения времени процедуры, ч.

В зависимости от заданной формы профиля графы рассчитывают, например – приведенный на рисунке 1 ступенчатый граф (профиль №1), следующим образом:

при T и при T >= T*/2 Ufп = 50 мл/ч, (3)

где Ufп – заданное по профилю значение скорости ультрафильтрации,

50 мл/ч – минимальное безопасное значение скорости ультрафильтрации, обеспечиваемое аппаратом из условий исключения отрицательных значений трансмембранного давления.

Принцип регулирования скорости ультрафильтрации

Скорость поступления ультрафильтрата в гидросистему диализного модуля аппарата из плазмы крови определена величиной трансмембранного давления. Однако оценка cкорости ультрафильтрации по трансмембранному давлению является сугубо ориентировочной.

Наиболее точное регулирование скорости ультрафильтрации реализуется по принципу изоволюметрии, при котором гидросистема диализного модуля включает контур приготовления и замещения диализата и контур перемещения диализата, упрощенно показанный на рисунке 2.

Регулирование скорости ультрафильтрации происходит в идеально герметичном контуре

перемещения диализата при отборе мерных количеств диализата V d дозатором ультрафильтрата с заданным периодом TUF* = V d /UF*, определенным заданной скоростью ультрафильтрации UF*. При наличии некоторой негерметичности контура перемещения диализата (например, в соединениях магистралей диализата или диализатора) принципиально возможны две ситуации: реальная скорость ультрафильтрации превышает заданную и менее заданной.

В первом случае уровень диализата в накопителе повышается и снижает реальную скорость ультрафильтрации, при этом уменьшение объема воздуха в накопителе создает избыточное давление диализата, тем не менее обратной ультрафильтрации не происходит, поскольку движущей силой процесса ультрафильтрации является венозное давление, а давление диализата в данной схеме не может быть больше венозного давления, то-есть трансмембранное давление не может быть отрицательным.

Во втором случае, в момент времени, соответствующий окончанию заданного периода TUF*, устройством управления давлением диализата откачивают часть воздуха из накопителя, снижая тем самым величину давления в контуре перемещения диализата, что приводит к увеличению уровня диализата до среднего уровня, тем самым повышается скорость

ультрафильтрации до заданного значения. Устройство управления давлением диализата также используется при необходимости снижения скорости ультрафильтрации до значения, определяемого венозным давлением, после чего скорость ультрафильтрации снижается по описанному выше механизму.

Задание профиля проводимости

Среднее значение проводимости (профиль №0) задается по умолчанию постоянным и равным 14,0 мСм/см, что соответствует 135 мЭкв/л или иное постоянное значение, введенное оператором исходя из требуемого содержания иона натрия в крови пациента к окончанию процедуры.

В зависимости от заданной формы профиля графы рассчитывают исходя из необходимости обеспечения постоянства, дозированного увеличения или уменьшения количества натрий-иона в плазме крови пациента от начала к окончанию процедуры.

Профили проводимости, как правило, графически аналогичны профилям скорости ультрафильтрации. Профили иногда отображают в виде одного графа с двумя масштабированными осями значений параметров, при этом одна ось значений параметров масштабирована в единицах скорости ультрафильтрации, а другая – в единицах проводимости.

Решение перечисленных медико-технических проблем, касающихся профилирования параметров гемодиализа имеет целью получение следующих положительных медицинских результатов.

Гипертензия может быть купирована путем контролируемого ввода натрия для достижения баланса натрия с целью преодоления определенного избытком натрия обводнения.

Лучший сухой вес может быть достигнут путем повышения устойчивого смещения натрия. Для снижения веса и снижения давления крови так же может быть достигнут результат в последующей сдвинутой во времени фазе лечения.

Дизэквилибрация может быть уменьшена адекватной концентрацией натрия в плазме крови путем достижения оптимального баланса вне- и внутриклеточного объемов организма.

Обводнение тканей может быть снижено временным повышением натрия плазмы в начале гемодиализной процедуры и более точного поддержания баланса натрия в конце гемодиализа.

Снижается вероятность осложнений при высокой скорости вывода жидкости.

Нормализуется падение давления крови в течение гемодиализа.

Уменьшается необходимость небезопасной лекарственной, инъекционной или инфузионной коррекции содержания натрия в организме.

Источник