О мембранной технологии очистки

Реферат

по дисциплине:

«Новые методы очистки природных вод»

тема:

«Мембранные технологии очистки воды»

 

Выполнил: Царёв Д.А. гр. 06-ВВз

 

 

Новополоцк 2012

Содержание

О мембранной технологии очистки. 3

Виды мембран по размерам пор. 5

Типы мембранных элементов. 6

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ. 9

ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЕМБРАН И ИХ ПРОМЫВКА.. 9

Основные методы очистки мембран. 10

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ.. 12

Технология обратного осмоса. 13

Рулонные мембраны.. 14

Ультрафильтрационные мембраны (Ультрафильтрация). 15

Нанофильтрационные мембраны (нанофильтрация). 16

Обратно осмотические мембраны (обратный осмос). 16

Основные параметры и характеристики различных видов мембранной фильтрации. 17

Выводы.. 18

Список литературы.. 19

 

 

Виды мембран по размерам пор

Ультрафильтрационные мембраны имеют наиболее крупные поры диаметром от 1 до 0,05 микрон (1 мкм=10-6 м) и работают обычно при давлениях 2-5 бар. Они применяются, например, для доочистки питьевой водопроводной воды от коллоидных и высокомолекулярных загрязнений, если не требуется корректировка ее солевого состава.

Нанофильтрационные элементы (поры 5-50 нм, или 0,05-0,005 мкм) используют для умягчения воды с повышенной жесткостью, для удаления ионов тяжелых металлов и хлороорганики. Одновалентные ионы, такие как Na, K, Cl, NO₃ задерживаются слабо – в среднем не более 10-30%. Рабочее давление нанофильтрации обычно не превышает 5-7 бар.

 

Обратноосмотические мембраны имеют поры диаметром менее 10 нанометров (менее 0,01 мкм), работают при давлениях до 100 бар и позволяют осуществлять глубокое обессоливание, или деминерализацию. Обратный осмос применяют для получения сверхчистой воды для производственных нужд, а также для опреснения морской и солоноватых подземных вод, причем степень обессоливания (селективность) составляет обычно не менее 92-97%.

Типы мембранных элементов

Мембраны могут иметь различную геометрическую форму: трубчатые, половолоконные и плоские.

Трубчатые мембраны представляют собой трубки диаметром от нескольких миллиметров до 1-2 см, изготовленные из пористого материала, например керамики. При этом они могут быть симметричными или асимметричными. Симметричная мембрана имеет одинаковую пористость по всему объему материала. У асимметричной же трубки на одной из поверхностей – наружной или внутренней – при изготовлении формируют тонкий слой такого же или другого материала с гораздо большей плотностью. Этот слой и является работающим, так как именно он определяет задерживающую способность мембраны. Более крупнопористый материал играет роль подложки-носителя с дренажными свойствами. Подача очищаемой воды осуществляется со стороны рабочей поверхности.

Мембраны в виде полых волокон (Hollow Fibre) тоже имеют трубчатую форму, но их диаметр составляет обычно от 0,1 до 0,5 мм. Из-за такого малого размера в единицу объема фильтровального аппарата можно поместить огромное количество волокон, и их суммарная рабочая поверхность будет в десятки и даже сотни раз выше, чем у трубчатых мембран большого диаметра

Плоские мембраны - производят в виде пленок (thin film), которые могут быть бесподложечными (однородное вещество), армированными (с тканевой основой и нанесенным пористым материалом) и подложечными (с подложкой из крупнопористого материала и нанесенным рабочим слоем).

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ

Перед подачей на мембрану воду, как правило, очищают от грубодисперсных примесей, а также от тех растворенных веществ, которые могут либо повредить мембрану (активный хлор), либо стать причиной отложений на ее поверхности (соли жесткости). Такая предварительная подготовка воды позволяет значительно увеличить срок службы мембраны и продолжительность ее работы между химическими промывками.

Для удаления активного хлора обычно используют сорбционные фильтры с активным углем, а для снижения жесткости воды – ионообменные фильтры с Na-катионитом.

Существуют также специальные приемы предварительной обработки воды, которые позволяют существенно повысить эффективность очистки, выйти на более удобный режим работы мембранной установки. Примером такого подхода является метод КОУФ – комплексообразование-ультрафильтрация. Сущность метода заключается в том, что в раствор вводят добавки, образующие водорастворимые комплексные соединения с компонентами, которые необходимо удалить. Это приводит к увеличению размеров вновь образуемых частиц, что позволяет осуществлять разделение на более крупнопористых мембранах. Затем сконцентрированный комплекс разрушают, и комплексообразователь возвращается на повторное использование.

Технология обратного осмоса

Мембранное разделение - это процесс продавливания воды через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембраны отличаются друг от друга конструкционными материалами, размером пор, при этом, чем меньше размер пор, тем выше степень очистки и тем большее давление надо приложить.

Обратный осмос - это процесс фильтрации водных растворов под давлением, превышающее осмотическое, через полупроницаемую мембрану. Процесс обратного осмоса, как правило, протекает под давлением 2,8-5 МПа.

 

 

 

В основе очистки воды лежит физический процесс, известный как обратный осмос. Если при осмосе вода, разделяемая на две части полупроницаемой перегородкой, равномерно распределяется и содержит одинаковое количество растворенных веществ, то при обратном осмосе дело обстоит иначе: вода при фильтрации разделяется на две неравные части, каждая из которых содержит разные доли растворенных веществ — меньшая часть будет представлять собой концентрированный солевой раствор, а большая — кристально чистую воду.

Рулонные мембраны

 

 

Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из: трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.

Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм.

Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ S0₄^2-, Cl^- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии.

Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.

Выводы

Основные факторы, стимулирующие внедрение мембранных технологий: безопасность питьевой воды, возросшие требования к качеству обработки сточных вод, стремительный рост водопотребления и необходимость модернизации существующего оборудования водоснабжения.

Мембранные технологии являются реальной альтернативой традиционным технологиям подготовки питьевой и индустриальной воды.

Удельные затраты на обработку воды мембранами не только стали сопоставимы с традиционными методами, но и неуклонно снижаются.

Интенсивно ведутся работы по созданию новых механически, химически и термостойких мембран.

 

Список литературы

1. Страницы в интернете:

· http://www.a-filter.ru/membrannye_tehnologii_ochistki_vody

· http://enviropark.ru

· http://www.osmos.ru/house/article.html

· http://old.sibai.ru

· http://www.twirpx.com

· http://www.raifil-shop.ru

· http://www.galvanicline.ru

· http://remstrojgarant.tiu.ru

· http://www.waterlab.ru

Реферат

по дисциплине:

«Новые методы очистки природных вод»

тема:

«Мембранные технологии очистки воды»

 

Выполнил: Царёв Д.А. гр. 06-ВВз

 

 

Новополоцк 2012

Содержание

О мембранной технологии очистки. 3

Виды мембран по размерам пор. 5

Типы мембранных элементов. 6

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ МЕМБРАННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ. 9

ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЕМБРАН И ИХ ПРОМЫВКА.. 9

Основные методы очистки мембран. 10

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ.. 12

Технология обратного осмоса. 13

Рулонные мембраны.. 14

Ультрафильтрационные мембраны (Ультрафильтрация). 15

Нанофильтрационные мембраны (нанофильтрация). 16

Обратно осмотические мембраны (обратный осмос). 16

Основные параметры и характеристики различных видов мембранной фильтрации. 17

Выводы.. 18

Список литературы.. 19

 

 

О мембранной технологии очистки

Традиционные способы очистки воды - механические, химические или реагентные - не обеспечивают в большинстве случаев необходимую эффективность очистки. Особый интерес вызывают мембранные методы разделения - обратный осмос, ультрафильтрация и микрофильтрация, позволяющие очищать воду от солей, органических веществ, коллоидов и взвесей.

Мембранные системы водоподготовки, промышленное освоение которых началось примерно с 1985 года, в настоящее время применяются практически во всех отраслях, потребляющих очищенную воду.

Первые искусственные мембраны были изготовлены в XIX веке из обработанной в азотной кислоте клетчатки (целлюлозы) – сырья, которое является ничем иным как оболочками растительных клеток, то есть природными мембранами. Из нитрата целлюлозы научились делать целлулоид, а позднее целлофан, но с обнаруженной у них микропористостью активно боролись, так как хотели получить в первую очередь защитные материалы, непроницаемые для воздуха и влаги. И только в 1960 году Лоэбом и Соурираджаном была изобретена мембрана из другого вида модифицированной целлюлозы – ацетата, которая была уже пригодна для практического применения.

Мембраны, как и другие фильтрующие материалы, можно рассматривать как полупроницаемые среды: они пропускают воду, но не пропускают, точнее, хуже пропускают некоторые примеси. Однако если обычное фильтрование применяют для удаления из воды относительно крупных образований – дисперсных и крупных коллоидных примесей, то мембранные технологии – для извлечения мелких коллоидных частиц, а также растворенных соединений. Для этого мембраны должны иметь поры очень малого размера.

Движущей силой, заставляющей жидкость проникать через препятствие в виде тонкой перегородки, может быть:

а) приложенное давление;

б) разница концентраций растворенных веществ;

в) разница температур по обе стороны перегородки;

г) электродвижущая сила.

Основное отличие мембран от обычных фильтрующих сред состоит в том, что они тонкие, и удаляемые примеси задерживаются не в объеме, а только на поверхности мембраны.

Грязеемкость поверхности, очевидно, гораздо меньше, чем у объема. Казалось бы, мембрана должна из-за этого очень быстро засориться и перестать пропускать воду. Так бы оно и было, если бы в мембранном фильтре не происходило постоянного самоочищения мембраны.

Для этого применяется так называемая «тангенциальная» схема движения воды в аппарате, при которой собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов. Таким образом, узел мембранной фильтрации имеет один вход и два выхода, и часть воды постоянно расходуется на очистку мембраны.

С точки зрения технологических возможностей различают мембраны для ультрафильтрации, нанофильтрации и обратного осмоса.

В этом ряду размер пор уменьшается, а рабочее давление растет.