Аппараты для обратного осмоса

гиперфильтрация мембрана осмос вода

Удельную производительность мембраны характеризуют производительностью, приходящейся на единицу поверхности мембраны, а удельную производительность аппарата - производительностью, отнесенной к единице объема аппарата. Увеличения последней можно достичь как повышением удельной производительности мембраны, так и увеличением рабочей поверхности мембран в единице объема аппарата. Ясно, что для создания высокопроизводительных аппаратов необходимо одновременно улучшить оба показателя.

Приведем выдержку из [2] стр.37, в которой лаконично сформулированы основные положения, касающиеся аппаратов обратного осмоса:

„Промышленные аппараты для барометрических процессов должны удовлетворять следующим требованиям: иметь большую рабочую поверхность мембран в единице объема аппарата; быть доступными для сборки и монтажа; жидкость при движении по секциям или элементам

аппарата должна равномерно распределяться над мембраной и иметь достаточно высокую скорость течения для снижения вредного влияния концентрационной поляризации; при этом перепад давления в аппарате (т. е. потеря напора исходного раствора) должен быть по возможности небольшим. При конструировании этих аппаратов необходимо учитывать также требования, обусловленные работой аппарата при повышенных давлениях: обеспечение механической прочности, герметичности и др.".

В плоскорамных аппаратах (рис.9) большая удельная поверхность достигается размещением мембран параллельно друг другу на малом расстоянии. Конструкция аппарата предусматривает объединение потоков концентрата и пермеата в единые потоки. Таким образом, аппарат состоит из параллельно смонтированных элементов.

Рис. 9. Схема устройства и распределения потоков в аппарате фирмы ДДС [2] стр.38: 1-- мембранный элемент; 2 -- фланец; 3 -- направляющая штанга; 4 -- опорная пластина; 5 -- мембрана; 6 -- проточное кольцо; 7 -- замковое кольцо; 8 -- заглушка; 9 -- шланг; 10 -- коллектор пермеата.

Высокая удельная поверхность обеспечивается в аппаратах с рулонными элементами 300--800 м²/м³ (рис.10).

Рис.10 Аппарат с совместно навитыми рулонными мембранными элементами [1] стр.146: 1 - пермеат отводящая трубка, 2- дренажный лист, 3- держатель, 4 - сетка, 5 - мембрана

Рекордная удельная поверхность мембран - 20000 м²/м³ - в установках с мембранами в виде полых волокон рис.11. Это достигается за счет очень малых диаметров волокон. Полые волокна для обратного осмоса имеют наружный диаметр 45--200 мкм и толщину стенки 10 -- 50 мкм.

Волокна размещаются в виде параллельных пучков. Зазор между волокнами фиксируется с помощью спиральной нити, навиваемой на волокна.

Разделяемый раствор движется вдоль наружной поверхности волокон. Под давлением часть жидкости проходит через стенки волокон, пермеат перемещается вдоль канала волокна. Высокая удельная поверхность мембран в конечном счете обусловлена малыми поперечными размерами каналов, по которым движется концентрат и в особенности пермеат. Это приводит к большой потере напора в этих каналах. Поэтому скорость течения вдоль этих каналов ограничена. В результате в аппаратах с полыми волокнами сильно выражены трудности, связанные с концентрационной поляризацией, что вынуждает проводить предподготовку особенно тщательно.

Рис.11 Cхема безопорного аппарата с параллельно расположенными полями волокнами [2] стр.53: 1 - сборник памеата, 2 - фланцы, 3 - корпус, 4 - волокна, 5-трубная решетка.

Устройство аппаратов с трубчатыми мембранными элементами (рис. 11) определяется конструкцией комплектующих их мембранных элементов. Трубчатый мембранный элемент состоит из мембраны и дренажного каркаса. Дренажный каркас изготовляют из трубки 1, являющейся опорой для мембранного элемента и обеспечивающей отвод пермеата, и микропористой подложки 3, исключающей вдавливание мембраны 2 в дренажные каналы трубки под воздействием рабочего давления разделяемой смеси.

Различают трубчатые мембранные элементы с мембраной 2 внутри (рис. 12, а), снаружи (рис. 12,б) трубки и с комбини-рованным (рис.12, в) ее расположением. Из аппаратов с трубчатыми мембранными элементами наибольшее применение получили аппараты с мембраной внутри трубки.

Рис.12 Трубчатые мембранные элементы [2] стр.43: а -- с мембранами внутри трубки; б -- с мембранами снаружи трубки; в -- комбинированная конструкция; 1 -- трубка; 2 -- мембрана; 3 -- подложка; 4 -- корпус.

Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей. Поскольку поток фильтрата прямо пропорционален площади поверхности мембраны и обратно пропорционален ее толщине, при проектировании обратноосмотических установок следует подбирать мембраны с максимально возможной площадью и минимально возможной толщиной на единицу объема аппарата.

Рис. 13. Пример установки обратного осмоса. [5]

Надежность установок обратного осмоса повышают благодаря установке резервного оборудования, с возможностью его многофункциональное применения, оптимизации количества мембранных элементов в каждой секции аппарата, а также повышая надежность фильтрующих элементов и оснащая компьютерной системой поиска отказавшего мембранного элемента и модуля.

Как правило, обратный осмос применяется в технологических процессах опреснения морской и солоноватой воды, производства сверхчистой воды для фармацевтической, радиоэлектронной и приборостроительной отраслей промышленности, а также в при создании систем оборотного водоснабжения предприятий (мембранное концентрирование промывных вод и обессоливание очищенных сточных вод в гальваническом производстве и производстве печатных плат). За границей наиболее широкое распространение в промышленности получили мембранные установки обратного осмоса: Dow Chemical "Filmtec", GE Osmonics, Toray, Norit, Inge, Hydranautics и др. В России для сборки установок обратного осмоса (Технопарк РХТУ им Д.И Менделеева, ФГУП "Исследовательский центр имени М. В. Келдыша") широкое применение находят как рулонные и половолоконные элементы перечисленных выше производителей, так и отечественные обратноосмотические ацетатцеллюлозные (АЦ) и полиамидные (ПА) полимерные мембраны производства НТЦ "Владипор".