چقدر در مورد Ultrafiltration در سیستم های آب خالص می دانید؟ (i)

1.1 آشنایی با طبقه بندی فرآیندهای جداسازی غشای

بر اساس صحت جداسازی ، فناوری جداسازی مایع غشایی به طور کلی می تواند به چهار دسته تقسیم شود: میکروفیلتراسیون (MF) ، اولترافیلتراسیون (UF) ، نانوفیلتراسیون (NF) و اسمز معکوس (RO). دقت فیلتراسیون آنها به ترتیب فوق افزایش می یابد.

میکروفیلتراسیون می تواند ذرات را بین {{0}}}. 1 و 1 میکرون رهگیری کند. غشای میکروفیلتراسیون اجازه می دهد تا ماکرومولکول ها و مواد جامد محلول (نمک های معدنی) از آن عبور کنند ، اما مواد معلق ، باکتری ها و کلوئیدهای با وزن مولکولی بزرگ را رهگیری می کنند. فشار عملیاتی غشاهای میکروفیلتراسیون به طور کلی 0 است. {4} نوار.

Ultrafiltration می تواند ماکرومولکول ها و پروتئین ها را بین {{{0}}}. 002 و 0.1 میکرون رهگیری کند. غشاهای اولترافیلتراسیون به مولکول های کوچک و مواد جامد محلول (نمک معدنی) اجازه می دهند ، در حالی که کلوئیدها ، پروتئین ها ، میکروارگانیسم ها و مواد آلی ماکرومولکولی را رهگیری می کنند. محدوده وزن مولکولی برش مورد استفاده برای نشان دادن اندازه منافذ غشای اولترافیلتراسیون به طور کلی بین 1000 تا 500000 است. فشار عملیاتی غشای ultrafiltration به طور کلی نوار 7 {7 است.

نانوفیلتراسیون می تواند مواد نانو (0. 001 میکرون) را رهگیری کند. دامنه عملیاتی غشای نانوفیلتراسیون بین اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس است. وزن مولکولی ماده آلی رهگیری شده در مورد {2}} mW است ، و امکان رهگیری نمک های حل شده بین 20 ٪ {4}} ٪ است. میزان حذف یون های یکنواخت محلول از یون های با ارزش بالا پایین تر است. از نانوفیلتراسیون به طور کلی برای از بین بردن مواد آلی و رنگدانه های موجود در آبهای سطحی ، سختی و رادیوم در آبهای زیرزمینی استفاده می شود و تا حدی نمک های محلول را از بین می برد و مواد مفیدی را در مواد غذایی و تولید دارویی استخراج و متمرکز می کند. فشار عملیاتی غشای نانوفیلتراسیون به طور کلی 3 است. {7}} نوار.

اسمز معکوس پیچیده ترین محصول جداسازی غشای است که می تواند به طور موثری تمام نمک های محلول و مواد آلی را با وزن مولکولی بیشتر از 100 رهگیری کند ، در حالی که اجازه می دهد مولکول های آب از آن عبور کنند. غشاهای اسمز معکوس به طور گسترده ای در آب شیرین کن آب دریا و آب شیرین ، آب خوراک دیگ بخار ، آب خالص صنعتی و آماده سازی آب با خلوص بالا ، نوشیدن تولید آب خالص ، تصفیه فاضلاب و فرآیندهای جداسازی ویژه مورد استفاده قرار می گیرد. فشار عملیاتی غشاهای اسمز معکوس به طور کلی بین 12 بار برای آب شکاری و 70 بار برای آب دریا است.

1.2 انواع و ویژگی های کاربردی غشاهای Ultrafiltration

غشاهای اولترافیلتراسیون عمدتاً با توجه به ساختار آنها به چهار نوع تقسیم می شوند: غشاهای صفحه ، غشاهای رول ، غشاهای لوله ای و غشاهای فیبر توخالی.

غشای صفحه: این اولین غشای است ، اما از آنجا که اطمینان از سرعت جریان مناسب در سطح غشای و مشکلات مهر و موم پیچیده دشوار است ، استفاده از این نوع غشای بسیار محدود است. الزامات پیش درمانی سختگیرانه نیست.

غشای رول: از غشاهای صفحه توسعه یافته است ، زیرا شبکه غشای رول نقاط مرده را به ارمغان می آورد و نمی توان دوباره شستشو داد ، معمولاً برای تصفیه آب خام صنعتی مناسب نیست. آنها برای جداسازی مواد با درجه حرارت بالا و فشار بالا و غیره مناسب هستند و الزامات پیش درمانی سختگیرانه نیستند.

غشای لوله ای: به دلیل مصرف انرژی زیاد ، از نظر اقتصادی برای تصفیه آب معمولی مناسب نیست. به طور کلی برای مایعات با محتوای جامد بالا یا غلظت روغن بالا مناسب است. در میان چهار غشای ، الزامات پیش درمانی آن کمترین سخت ترین است.

غشای فیبر توخالی: از آنجا که فشار کم ، بدون نقطه مرده در کانال ، شار زیاد وجود ندارد و می تواند دوباره شسته شود ، به جز بدنهای خاص آب (مانند روغن زیاد ، محتوای جامد بالا و غیره) انتخاب خوبی است. در بین چهار غشای ، بیشترین استفاده در تصفیه آب است.

توجه: از آنجا که غشای فیبر توخالی بیشترین استفاده را دارد ، به جز نقاط مشترک در مواد زیر ، تمام مواد دیگر به عنوان نمونه با غشای فیبر توخالی توضیح داده می شوند.

1.3 دامنه کاربرد

اولترافیلتراسیون به طور گسترده ای در زمینه تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به موارد کاربردی ، می توان آن را عمدتا برای:

1.3.1. پیش تصفیه آب خام (آب سطحی ، آب زیرزمینی ، آب شیر)

شفاف سازی ، جایگزینی فیلتر ماسه ، پیش درمانی و پیش درمانی تبادل یون

مورد استفاده در قبل از درمان ، Ultrafiltration جایگزین شفاف کننده یا فیلتر ماسه ای برای از بین بردن مواد جامد و کلوئیدها در آب خام برای بهبود عملکرد تجهیزات بعدی ، مانند بهبود فرکانس شستشوی برگه یون و فرکانس جایگزینی عناصر غشای اسمز معکوس است ، اما به تمیز کردن مکرر/فلاش نیاز دارد. نوع غشای به طور کلی 100 ، 000 برش مولکولی است.

1.3.2. درمان تصفیه

حذف ذرات (مانند آب 18WΩ) ، حذف میکروارگانیسم ها و پیروژن ها ، RO یا ION تبادل پس از درمان

از اولترافیلتراسیون برای از بین بردن کلوئیدها و مواد جامد موجود در آب پس از تجهیزات معکوس اسموز/یون استفاده می شود. دارای نفوذپذیری آب بالا و فرکانس تمیز کننده کم است. نیازی به تمیز کردن/گرگرفتگی مکرر ندارد. این تنها هنگامی که فشار سیستم به سطحی کاهش می یابد که باعث می شود عملکرد ناخوشایند یا باکتری ها تولید شود ، تمیز می شود. در صنایع دارویی و الکترونیک ، Ultrafiltration در نقطه استفاده برای از بین بردن میکروارگانیسم ها و پیروژن ها قرار می گیرد. نوع غشای به طور کلی 10 ، {1}} ، 000 برش مولکولی است.

1.3.3. گردش آب و استفاده مجدد

پس از درمان و شفاف سازی بیوشیمیایی (ثانویه و سوم)

غشای ناهمسانگرد

یک فیبر توخالی پلیمری مصنوعی متشکل از یک غشای داخلی بسیار تنگ و نازک و یک ساختار بیرونی مانند اسفنجی مانند خود پشتیبانی می کند. این غشای داخلی به عنوان یک غشای اولترافیلتراسیون نیمه نفوذ پذیر عمل می کند.

متوسط ​​فشار ترانس غشای

تفاوت بین فشار متوسط ​​طرف تولید آب و ورودی و خروجی آب خام ،

متوسط ​​فشار ترانس غشای=(p in + p out) / 2 - تولید آب

پشت سر هم

آب با کیفیت نفوذ یافته را از قسمت بیرونی فیبر توخالی به داخل منتقل کنید. از آنجا که آب از طریق فیبر از جهت معکوس عبور می کند ، خاک را از بین می برد و خاک را روی سطح غشای می شست.

توجه: در طی این فرآیند هیچ فشاری بر داخل غشای فیبر وجود ندارد.

رسویه

یک لایه بارش ذرات بر روی سطح غشای داخل فیبر توخالی تشکیل می شود.

تمرکز یا رد کردن

بخشی از آب خام که نمی تواند از غشای عبور کند ، حاوی ناخالصی هایی مانند ذرات ، کلوئیدها ، باکتری ها و پیروژن ها با غلظت بالاتر از آب خام است.

قطبش غلظت

پدیده ای که باعث می شود ماده معلق رد شده بر روی سطح غشای جمع شود. نیروی برشی بالا (سرعت جریان بالا) در فیبر می تواند قطبش را کاهش دهد.

جریان متقاطع

آب غلیظ در جهت موازی با سطح غشای مؤثر جریان می یابد ، که به از بین بردن بقایای آلاینده در سطح غشای کمک می کند.

فشار

اختلاف فشار بین ورودی و خروجی لوله غشای فیبر. اختلاف فشار pd=p in - p out

جریان رو به پایین

جهت جریان گردش ماژول غشای Ultrafiltration از بالا به پایین ماژول جریان می یابد.

تغذیه کردن

سپس آب وارد شده به سیستم اولترافیلتراسیون به آب تولید شده و مایع غلیظ تقسیم می شود.

جریان

سرعت جریان آب تولید شده از غشای ، که معمولاً به عنوان گالن آب در هر فوت مربع از ناحیه غشای در روز (GFD) بیان می شود ، GFD {0}} LMH x 0.59

جریان رو به جلو

جهت جریان گردش خون برای لوله های غشایی نصب شده عمودی به سمت بالا است.

لایه ژل

لایه ای از غلظت بالا یا رسوب جامد ، معمولاً مواد با وزن مولکولی بالا ، بر روی سطح داخلی مؤثر غشای اولترافیلتراسیون در عمل تشکیل می شود. این غالباً نفوذپذیری لایه ژل به جای نفوذپذیری غشای فیلتر است که شار آب اولترافیلتراسیون را تعیین می کند (که منجر به اثر فیلتراسیون محکم تر از برش وزن مولکولی واقعی می شود).

قطع وزن مولکولی

خاصیت غشایی که میزان حفظ اسمی یک املاح در یک سیستم خوراک شناخته شده را توصیف می کند ، یعنی حداقل اندازه آلاینده های حفظ شده.

قطع اسمی

در یک سیستم محلول واحد از یک املاح شناخته شده ، اندازه منافذ غشای مربوط به حداکثر میزان احتباس املاح (معمولاً 90 ٪).

نفوذ کردن

بخشی از آب که از غشای فیلتر عبور می کند ، اساساً عاری از کلوئیدها ، ذرات و میکروارگانیسم ها است.

بهبودی

درصد آب تولید شده در کل آب خام.

٪ بازیابی=آب محصول/آب خام × 100

مستخدم

همچنین کنسانتره نامیده می شود. بخشی از تأثیرگذار که نمی تواند از غشای فیلتر عبور کند ، از جمله مواد جامد نگهدارنده با غلظت بالاتر از آن در تأثیرگذار.

خونریزی

بخشی از retentate که از واحد اولترافیلتراسیون تخلیه یا بازیافت می شود. این فرآیند تخلیه از تجمع مواد جامد نگهدارنده در سمت فیلتراسیون غشایی جلوگیری می کند.

جریان وارونه

مایع به روشی مبهم وارد لوله غشایی می شود. آب از لوله ورودی فوقانی وارد لوله غشای می شود و پس از مدت زمانی ، از پایین وارد می شود. این تغییر مبهم باعث بهبود شرایط جریان در غشاء می شود.

جریان

جهت جریان گردش ماژول غشای Ultrafiltration از پایین به بالای ماژول جریان می یابد.

3.1 بررسی اجمالی

Ultrafiltration یک فرآیند تصفیه است که توسط جریان و فشار مماس سیال هدایت می شود و ذرات موجود در آب را با توجه به وزن مولکولی از هم جدا می کند. اندازه منافذ غشای ultrafiltration تقریباً در محدوده 0. 002-0. 1 میکرون (MWCO تقریباً 1 است ، {{4} ، {5 {5}). مواد و مواد حل شده کوچکتر از اندازه منافذ غشای می توانند از طریق غشای به صورت نفوذپذیری عبور کنند ، در حالی که موادی که نمی توانند از طریق غشای عبور کنند ، در پساب حفظ و متمرکز می شوند. بنابراین ، آب تولید شده (نفوذ) حاوی آب ، یون ها و مولکول های کوچک خواهد بود ، در حالی که کلوئیدها ، ذرات ، باکتری ها ، ویروس ها و تک یاخته ها توسط غشای خارج می شوند.

غشای Ultrafiltration فیبر توخالی یک ماده پلیمری بسیار نازک است که از PS Polysulfone PS ، Polyethersulfone PES ، PVDF یا پلی آکریلونیتریل (PAN) با ساختار میکرونی نامتقارن ساخته شده است. غشای Ultrafiltration نامتقارن دارای یک میکرون بسیار صاف و نازک است ({{{{0}. 1 میکرون) با اندازه منافذ بین {4}}}. 002 و 0.1 میکرون ، که توسط یک ساختار نامتقارن سطح پشتیبانی از سطح دریا با اندازه ای از اندازه بزرگ به اندازه 15 میکرون پشتیبانی می شود. ترکیبی از این سطح غشای صاف منافذ کوچک و یک ماده پشتیبانی منافذ بزرگتر باعث می شود مقاومت جریان از فیلتر ذرات ریز بسیار کوچک باشد و مسدود کردن آن آسان نیست.

3.2 اصول اساسی

Ultrafiltration یک فرآیند جریان متقابل و مماس است که در آن مایع که باید فیلتر شود در امتداد سطح غشای جریان می یابد. این باعث ایجاد شرایط برشی سیال در دیواره داخلی فیبر توخالی می شود و شکل گیری آلاینده ها بر روی سطح غشای دشوار است.

آب فیلتر شده توسط پمپ آب Ultrafiltration تحت فشار قرار می گیرد و وارد مونتاژ غشای می شود. با توجه به اختلاف فشار بین داخل و خارج از غشای ، بخشی از آب غشای را نفوذ می کند ، در حالی که ناخالصی های موجود در آب در آب باقی مانده حفظ می شوند و فیلتر می شوند.

اگر ناخالصی های جدا شده بیش از حد روی غشای سپرده شوند ، بسته به نوع غشای ، باعث رسوب نمک های نامحلول یا تشکیل یک لایه پوشش جزئی می شود. بنابراین برای جلوگیری از این ، بخشی از آب به عنوان یک کنسانتره بیرون می آید. بسته به نوع غشای و کاربرد ، این فرایند باید به طور مداوم یا در حین ریفلاکس انجام شود.

3.3 ویژگی های اولترافیلتراسیون

Ultrafiltration مزایای بسیاری از روش های تصفیه سنتی دارد:

• می تواند میکروارگانیسم ها و ذرات را به طور کامل از بین ببرد

میزان حذف آلاینده ها در آب

اجزای PM10 PM100

سیلیس کلوئیدی 99.8 ٪ 99. 0 ٪

آهن کلوئیدی 99.8 ٪ 99. 0 ٪

آلومینیوم کلوئیدی 99.8 ٪ 99. 0 ٪

مواد جامد معلق 5 LRV 4 LRV

کدورت <{{0}}. 3 ntu (معمولاً کمتر از 0.1 ntu)

sdi <1.. 0 sdi

ژیاردیا 6 LRV 5 LRV

تک یاخته 6 LRV 5 LRV

قارچ 6 LRV 5 LRV

ویروس 5 LRV 4 LRV

اندوویروس 4 LRV 2 LRV

toc avg. 70 ٪ avg. 30 ٪

• اثر تصفیه تحت تأثیر کیفیت آب خام نیست
• این می تواند باکتری های مقاوم به کلر را از بین ببرد
• کنسانتره Ultrafiltration فقط حاوی مواد موجود در آب اصلی است
• در مقایسه با سایر روشهای سنتی ، میزان رسوب در Ultrafiltration به طور قابل توجهی کمتر است
• ساختار جمع و جور براکت باعث افزایش استفاده از فضا ، صرفه جویی در هزینه ها می شود و همچنین می تواند در افزودن تجهیزات در گیاهان موجود بسیار انعطاف پذیر باشد.
• Ultrafiltration می تواند به تولید مداوم کاملاً خودکار صنعتی برسد.
• از آنجا که Ultrafiltration تقریباً می تواند موادی را که لایه پوشش را تشکیل می دهند ، فیلتر کند ، می توان بار منطقه را در مراحل تصفیه غشای بعدی افزایش داد و از این طریق مقیاس دستگاه تصفیه بعدی را کاهش داد.

آب خام وارد حفره داخلی فیبر توخالی می شود و از طریق فیبر از داخل تا خارج فیلتر می شود.

معمولاً آب خام از یک انتهای عنصر غشایی وارد می شود و در کل طول فیبر تحت فشار {0}} psi جریان می یابد.

کنسانتره با محتوای جامد بالاتر از انتهای دیگر عنصر غشای تخلیه می شود.

نفوذ در لوله جمع آوری نفوذ در مرکز عنصر غشای پس از تصفیه از طریق دیواره غشای فیبر جریان می یابد. نفوذ از مرکز هر عنصر غشایی از طریق لوله جمع آوری آب بیرون می آید.

Ultrafiltration به طور کلی دارای دو حالت فرآیند عملیاتی با توجه به کیفیت آب خام است: حالت تصفیه بن بست و حالت تصفیه گردش خون.

4.1 حالت تصفیه بن بست

به طور کلی هنگامی که مواد جامد معلق و میزان کلوئید در آب خام کم است (مانند SS) استفاده می شود<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 حالت تصفیه گردش/جریان متقابل

هنگامی که مقدار مواد جامد معلق در آب خام زیاد و در اکثر کاربردهای غیر آب است ، برای حفظ سرعت جریان زیاد در داخل لوله غشایی لازم است که میزان بازیابی را کاهش دهید. این باعث می شود تعداد زیادی فاضلاب ایجاد شود. به منظور جلوگیری از زباله ، آب غلیظ تخلیه شده مجدداً تحت فشار قرار می گیرد و به لوله غشایی باز می گردد. به این ترتیب ، اگرچه میزان بهبودی لوله غشایی کاهش می یابد ، اما بازیابی کل سیستم هنوز هم می تواند بسیار زیاد باشد. در این حالت ، آب تأثیرگذار به طور مداوم بر روی سطح غشای گردش می کند. سرعت بالای آب در گردش از تجمع ذرات در ناحیه غشای جلوگیری می کند و شار را افزایش می دهد. از آنجا که آب کمتر تأثیر می یابد ، به منظور به دست آوردن همان عملکرد ، مصرف انرژی بیشتر از حالت تصفیه بن بست است.