Экологический Союз. Ультрафильтрация

При ультрафильтрации происходят разделение, фракционирование и концентрирование растворов. Один из растворов обогащается растворенным веществом, а другой обедняется. Мембраны пропускают растворитель и определенные фракции молекулярных соединений. Движущая сила ультрафильтрации - разность давления по обе стороны мембраны. Эта сила затрачивается на преодоление сил трения и взаимодействия между молекулами жидкой фазы и полимерными молекулами мембраны. Обычно процесс ультрафильтрации проводят при сравнительно низких рабочих давлениях 0,3 - 1 МПа. Увеличение давления выше указанного приводит к уплотнению мембраны, уменьшению диаметра пор, изменению селективности разделения и, как правило, к снижению производительности.

Ультрафильтрации обычно подвергаются вещества, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Эффективность разделения зависит от структуры мембран, скорости течения и концентрации разделяемого раствора, формы, размера и диффузионной способности растворенных молекул.

Недостаток процесса - сильная концентрационная поляризация, т.е. на поверхности мембраны может образовываться плотный осадок - слой геля. Гидравлическое сопротивление этого слоя в ряде случаев может быть выше, чем сопротивление самой мембраны. Способы снижения концентрационной поляризации различны: увеличение скорости омывания поверхности мембраны потоком разделяемой жидкости, работа в пульсирующем режиме подачи раствора, турбулизация потока. Точка гелеобразования зависит от его химических и физических свойств.

Ультрафильтрация - новая технология. Результат разделения - два раствора, один из которых является обогащенным, а другой - обедненным растворенным веществом, содержащимся в исходном, подлежащем разделению веществе. Большое значение имеет использование этого процесса при разделении веществ, чувствительных к температурному режиму, так как при ультрафильтрации растворы не нагреваются и не подвергаются химическому воздействию. Отсюда очень низкие энергетические затраты, примерно в 20 - 60 раз ниже, чем при дистилляции.

Из всех видов мембранного разделения ультрафильтрация нашла наиболее разнообразное применение. Важное промышленное применение ультрафильтрации - разделение эмульсии масла и воды.

Ультрафильтрационные системы за счет поверхностей фильтрации и прочной структуры материала мембран обеспечивают разделение растворов без потерь и отделение чистого фильтрата от взвесей. Поэтому ультрафильтрацию часто используют для улавливания волокон и частиц из фильтрата после использования волокнистых и зернистых фильтров ионообменных и сорбционных систем. Область использования ультрафильтрации постоянно расширяется. Причина - возможность восстановления из сточных вод ценных компонентов, которые другим способом восстановить очень трудно или вообще невозможно.

Стойкость материала, из которого изготовлены мембраны, определяет их долговечность и работоспособность.

Мембраны на основе производных целлюлозы неустойчивы к действию кислот и щелочей. Ацетатные мембраны наиболее устойчивы в области pH=4,5-5; при pH=6 срок службы этих мембран сокращается почти вдвое, а при pH=10 составляет всего несколько дней. Ацетатные мембраны неустойчивы к действию органических растворителей и активных веществ, так как они образуют сольваты с ацетатами целлюлозы, вызывая их набухание.

Материал	pH	Макс. температура при pH=7, (° С)	Устойчивость к воздействию
Материал	pH	Макс. температура при pH=7, (° С)	хлора	растворителей
Ацетат целлюлозы	4,5-9	55	Хорошая	Плохая
Полиамид	3-12	80	Плохая	Хорошая
Полисульфен	0-14	80	Хорошая	Хорошая
Полиакрилонитрил	2-12	60	Хорошая	Плохая
Полифуран	2-12	90	Плохая	Хорошая

На селективность мембран, кроме соотношения размеров молекул, частиц и размеров пор, влияет обменное взаимодействие между растворенным веществом и веществом мембраны. Ультрафильтрация позволяет производить очистку сточных вод от примесей нефтепродуктов, когда гидрофобные молекулы углеводородов задерживаются гидрофильными полярными ацетатцеллюлозными мембранами (АЦМ) с размерами пор, превышающими размеры молекул задерживаемых веществ.

Эксплуатационные характеристики мембран во многом зависят от гидродинамических условий у поверхности мембраны. Характеристики мембран могут изменяться и при длительном хранении.

В мембранном аппарате размещают мембранные модули, включающие в себя один или несколько соединенных мембранных элементов.

По способу укладки мембран модули для разделения методами ультрафильтрации и обратного осмоса подразделяют на четыре основных типа: плоскорамные типа фильтр-пресс, трубчатые, рулонные, капиллярные (в виде полых волокон).

Конструкции мембранных модулей различаются между собой распределением исходного потока, рабочим давлением, капитальными и эксплуатационными расходами.

К недостаткам трубчатых систем можно отнести сравнительно высокие капитальные и эксплуатационные расходы. Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами применяют для процесса ультрафильтрации.

Ультрафильтрационные мембранные модули,

используемые при ультрафильтрации

Тип модуля	Уд. поверхность, м²/м³	Капзатраты	Экспл. расходы	Регулирование потока	Легкость очистки
Трубчатый	25-50	Высокие	Высокие	Хорошее	Хорошая
Плоскорамный	400-600	Высокие	Низкие	Среднее	Плохая
Рулонный	800-1000	Очень низкие	Низкие	Плохое	Плохая
Полые волокна	600-1200	Низкие	Низкие	Хорошее	Средняя

Рулонный модуль представляет собой систему плоских рам и плит, свернутых в виде спирали. Аппараты рулонного типа широко применяют в технике разделения и концентрации растворов.

Высокоэффективно использование ультрафильтрационных аппаратов для очистки и обесцвечивания высокоцветных маломутных природных вод от растворенных органических веществ и микроорганизмов.

Показатели качества исходной высокоцветной маломутной воды,

обработанной ультрафильтрационным методом

Показатель	До установки	После установки
Мутность, мг/л	0,1-4	0
Перманганатная окисляемость, мг О₂/л	15-20	3,4-5,5
Жесткость общая, мг^.экв/л	0,44	0,18
Щелочность, мг^.экв/л	0,29	0,22
Сульфаты, мг/л	Следы	Следы
Температура, °С	0,2-0,5	0,3-0,6
Коли-индекс	2380	< 3

Процессы ультрафильтрации хорошо сочетаются с различными методами разделения и концентрирования жидких сред: обратный осмос, диализ, электродиализ и др. При этом создаются высокоэффективные технологические цепи с замкнутым водоснабжением и возвратом в производство ценных продуктов в концентрированном виде.

Технико-экономические показатели мембранных методов разделения характеризуют процесс ультрафильтрации как малоэнергоемкий с рядом преимуществ по сравнению с другими методами.

Сравнительные технико-экономические показатели

методов на стадии предварительной очистки природных вод

Показатель	Очистка
Показатель	электрокоагуляция	ультрафильтрация
Степень очистки от орг. веществ, %	50-60	40-70
Степень очистки от коллоидов железа, %	30-40	70-90
Обескремнивание, %	20-30	20-30
Степень задержания микрочастиц размером > 0,5 мкм, %	-	99,9
Расход электроэнергии, кВт/м³	0,6	1,1
Расход железа, г/м³	30	0
Удельная производительность, м²/(м^3.ч)	2	0,7
Металлоемкость, кг/м³	0,8	0,2

По материалам сайта http://duplo-sova.narod.ru

Ультрафильтрация

Отправить сообщение для: vlr53@narod.ru с вопросами и замечаниями об этом веб-узле. © 2006 ГУ СКО НИЦ ПУРО Дата изменения: 17.06.2009

Отправить сообщение для: vlr53@narod.ru с вопросами и замечаниями об этом веб-узле.
© 2006 ГУ СКО НИЦ ПУРО
Дата изменения: 17.06.2009