Wie viel wissen Sie über Ultrafiltration in reinem Wassersystem? (I)

1.1. Einführung in die Klassifizierung von Membran -Trennungsprozessen

Basierend auf der Trennungsgenauigkeit kann die Membranflüssigtrennungstechnologie im Allgemeinen in vier Kategorien unterteilt werden: Mikrofiltration (MF), Ultrafiltration (UF), Nanofiltration (NF) und Umkehrosmose (RO). Ihre Filtrationsgenauigkeit nimmt in der obigen Reihenfolge zu.

Die Mikrofiltration kann Partikel zwischen {{0}}. 1 und 1 micron abfangen. Mikrofiltrationsmembranen ermöglichen es, Makromoleküle und lösliche Feststoffe (anorganische Salze) durchzugehen, aber die Kolloide von Bakterien und großen Molekulargewicht abfangen. Der Betriebsdruck der Mikrofiltrationsmembranen beträgt im Allgemeinen 0. 7-7 Balken.

Ultrafiltration kann Makromoleküle und Proteine ​​zwischen {{0}} 002 und 0,1 Mikrometer abfangen. Ultrafiltrationsmembranen ermöglichen es, kleine Moleküle und lösliche Feststoffe (anorganische Salze) durchzugehen, während sie Kolloide, Proteine, Mikroorganismen und makromolekulare organische Substanz abfangen. Der Grenzmolekulargewichtsbereich, der verwendet wird, um die Porengröße von Ultrafiltrationsmembranen anzuzeigen, liegt im Allgemeinen zwischen 1000 und 500000. Der Betriebsdruck der Ultrafiltrationsmembran liegt im Allgemeinen 1-7 -Braft.

Die Nanofiltration kann nanoskale ({0. 001 MICRON) SUBFICS abfangen. Der Betriebsbereich der Nanofiltrationsmembran besteht zwischen Ultrafiltration und Umkehroosmose. Das molekulare Gewicht der organischen Substanz betrifft {200-800 MW, und die Fähigkeit, gelöste Salze abzufangen, liegt zwischen 20%-98%. Die Entfernungsrate von löslichen monovalenten Ionen ist niedriger als die von hochvalischen Ionen. Die Nanofiltration wird im Allgemeinen verwendet, um organische Substanz und Pigmente in Oberflächenwasser, Härte und Radium im Grundwasser zu entfernen und gelöste Salze teilweise zu entfernen und nützliche Substanzen in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Produktion zu extrahieren und zu konzentrieren. Der Betriebsdruck der Nanofiltrationsmembran beträgt im Allgemeinen 3. 5-30 Balken.

Die umgekehrte Osmose ist das anspruchsvollste Membran -Trennungsprodukt, das alle gelösten Salze und organischen Substanz mit einem Molekulargewicht von mehr als 100 effektiv abfangen kann, während Wassermoleküle durchlaufen werden. Umgekehrte Osmose-Membranen werden in Meerwasser und Brackwasserentsalzung, Kessel-Futterwasser, industriellem reinem Wasser und elektronischer Wasser-Wasservorbereitung, Trinken von reiner Wasserproduktion, Abwasserbehandlung und speziellen Trennungsprozessen häufig eingesetzt. Der Betriebsdruck der Umkehrosmose -Membranen liegt im Allgemeinen zwischen 12 bar für Brackwasser und 70 bar für Meerwasser.

1.2. Typen und Anwendungseigenschaften von Ultrafiltrationsmembranen

Ultrafiltrationsmembranen sind hauptsächlich gemäß ihrer Struktur in vier Typen unterteilt: Plattenmembranen, Rollmembranen, röhruläre Membranen und Hohlfasermembranen.

Plattenmembran: Es ist die früheste Membran, aber da es schwierig ist, die geeignete Durchflussrate für die Membranoberfläche und die komplexen Versiegelungsprobleme zu gewährleisten, ist die Anwendung dieser Art von Membran sehr begrenzt. Vorbehandlungsanforderungen sind nicht streng;

Rollmembran: entwickelt aus Plattenmembranen, da das Gitter der Rollmembran tote Punkte mit sich bringt und nicht zurückgewaschen werden kann, ist es normalerweise nicht für die industrielle Rohwasserbehandlung geeignet. Sie sind für Hochtemperatur- und Hochdruckmaterialtrennungen usw. geeignet, und die Vorbehandlungsanforderungen sind nicht streng;

Tubuläre Membran: Aus wirtschaftlicher Sicht ist sie aufgrund ihres hohen Energieverbrauchs nicht für die gewöhnliche Wasseraufbereitung geeignet. Es ist im Allgemeinen für Flüssigkeiten mit hohem Feststoffgehalt oder hoher Ölkonzentration geeignet. Unter den vier Membranen sind seine Vorbehandlungsanforderungen am wenigsten streng.

Hohlfasermembran: Da sie einen niedrigen Druck, keinen Totenpunkt im Kanal, einen hohen Fluss aufweist und zurückgewaschen werden kann, ist es eine gute Wahl, außer für spezielle Gewässer (z. B. hoher Ölgehalt, hoher Feststoffgehalt usw.). Unter den vier Membranen ist es die am weitesten verbreitete Wasserbehandlung.

HINWEIS: Da Hohlfasermembran am weitesten verbreitet ist, werden alle anderen Materialien mit Ausnahme der gemeinsamen Punkte in den folgenden Materialien als Beispiel mit Hohlfasermembran erklärt.

1.3. Anwendungsbereich

Die Ultrafiltration wird im Bereich der Wasseraufbereitung weit verbreitet. Nach Angaben der Anwendungen kann es hauptsächlich verwendet werden für:

1.3.1. Vorbehandlung von Rohwasser (Oberflächenwasser, Grundwasser, Leitungswasser)

Ersatz für Klärung, Sandfilter, RO -Vorbehandlung und Ionenaustauschvorbehandlung

Bei der Vorbehandlung wird die Ultrafiltration der Klärer oder Sandfilter ersetzt, um Feststoffe und Kolloide im Rohwasser zu entfernen, um den Betrieb der nachfolgenden Geräte zu verbessern, z. Der Membrantyp beträgt im Allgemeinen 100, {000 molekularer Grenzwert.

1.3.2. Reinigungsbehandlung

Entfernung von Partikeln (z. B. 18WΩ Wasser), Entfernung von Mikroorganismen und Pyrogenen, RO oder Ionenaustausch nach der Behandlung

Die Ultrafiltration wird verwendet, um Kolloide und Feststoffe nach Umkehrosmose/Ionenaustauschgeräten in Wasser zu entfernen. Es hat eine hohe Wasserdurchlässigkeit und eine niedrige Reinigungsfrequenz. Es erfordert keine häufige Reinigung/Spülung. Es wird nur gereinigt, wenn der Systemdruck auf ein Niveau sinkt, das den Betrieb unpraktisch oder bakterien erzeugt. In der Pharma- und Elektronikindustrie wird die Ultrafiltration zum Entfernen von Mikroorganismen und Pyrogenen platziert. Der Membrantyp ist im Allgemeinen 10, 000-100, 000 molekulare Grenzwerte.

1.3.3. Wasserzirkulation und Wiederverwendung

Nach biochemischer Behandlung und Klärung (sekundär und tertiär)

Anisotrope Membran

Eine synthetische Polymer-Hohlfaser, die aus einer sehr engen, dünnen inneren Membran und einer selbsttragenden schwammartigen äußeren äußeren Struktur besteht. Diese innere Membran wirkt als semipermeable Ultrafiltrationsmembran.

Durchschnittlicher Trans-Membrandruck

Der Unterschied zwischen dem durchschnittlichen Druck der Wasserproduktionsseite und dem Rohwassereinlass und Auslass,

Durchschnittlicher Trans-Membran-Druck=(p in + p out) / 2 - p Wasserproduktion

Back-Flush

Übertragen Sie das Wasser -Qualitätswasser von der Außenseite der Hohlfasern nach innen. Da das Wasser aus der umgekehrten Richtung durch die Faser geführt wird, lockert es den Schmutz auf der Membranoberfläche und wäscht sich weg.

Hinweis: Während dieses Vorgangs gibt es keinen Druck auf der Innenseite der Fasermembran.

Kolloidale Verschmutzung

Auf der Membranoberfläche innerhalb der Hohlfaser bildet sich eine Partikelausfällungschicht.

Konzentrieren oder ablehnen

Der Teil des Rohwassers, der nicht durch die Membran passieren kann, enthält Verunreinigungen wie Partikel, Kolloide, Bakterien und Pyrogene mit höherer Konzentration als das Rohwasser.

Konzentrationspolarisation

Das Phänomen, das dazu führt, dass sich die abgelehnte suspendierte Substanz auf der Membranoberfläche sammelt. Eine hohe Scherkraft (hohe Durchflussrate) in der Faser kann die Polarisation verringern.

Kreuzfluss

Das konzentrierte Wasser fließt in eine Richtung parallel zur effektiven Membranoberfläche, die dazu beiträgt, die Schadstoffablagerungen auf der Membranoberfläche wegzuspülen.

Differenzdruck

Die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und Auslass des Fasermembranrohrs. Druckdifferenz PD=p in - P out

Abwärtsfluss

Die Zirkulationsflussrichtung des Ultrafiltrationsmembranmoduls fließt von oben nach unten des Moduls.

Füttern

Das Wasser, das in das Ultrafiltrationssystem eintritt, wird dann in produziertes Wasser und konzentrierte Flüssigkeit unterteilt.

Fluss

Die Durchflussrate des produzierten Wassers, die durch die Membran verläuft, die normalerweise als Gallonen Wasser pro Quadratfuß Membranfläche pro Tag ausgedrückt wird (GFD), GFD {{0}} lmh x 0,59

Vorwärtsfluss

Die Zirkulationsflussrichtung des Abwassers ist normalerweise für vertikal installierte Membranrohre nach oben nach oben.

Gelschicht

Eine Schicht mit hoher Konzentration oder festem Sediment, normalerweise mit hohem Molekulargewichts Substanzen, bildet sich auf der effektiven Innenoberfläche der in Betrieb genommenen Ultrafiltrationsmembran. Es ist häufig die Permeabilität der Gelschicht anstelle der Permeabilität der Filtermembran, die den ultrafiltrationspflichtigen Wasserfluss bestimmt (was zu einem strengeren Filtrationseffekt führt als die tatsächliche Membranmolekulargewichtsabschneidung).

Molekulargewicht Cutoff

Eine Eigenschaft der Membran, die die nominelle Retentionsrate eines gelösten Stoffes in einem bekannten Futtersystem beschreibt, dh die Mindestgröße der zurückgehaltenen Verunreinigung.

Nominal abgeschnitten

In einem einzelnen Lösungssystem eines bekannten gelösten Stoffes entspricht die Membranporengröße der maximalen Retentionsrate des gelösten Stoffes (normalerweise 90%).

Durchdringen

Der Teil des Wassers, der durch die Filtermembran fließt, ist im Grunde genommen frei von Kolloiden, Partikeln und Mikroorganismen.

Erholung

Der Prozentsatz des produzierten Wassers im gesamten Rohwasser.

% Wiederherstellung=Produkt Wasser/Rohwasser × 100

Retentat

Auch Konzentrat genannt. Der Teil des Einflusses, der die Filtermembran nicht durchläuft, einschließlich der festgehaltenen Feststoffe mit einer höheren Konzentration als im Einfluss.

Retentatblutung

Der Teil des Retentats, der aus der Ultrafiltrationseinheit entlassen oder recycelt wird. Dieser Entladungsprozess verhindert die Akkumulation von festgehaltenen Feststoffen auf der Membranfiltrationsseite.

Umkehrfluss

Die Flüssigkeit tritt in gestaffelter Weise in das Membranrohr ein. Wasser tritt aus dem oberen Einlassrohr in das Membranrohr ein und ändert sich nach einer bestimmten Zeit, um vom Boden einzutreten. Diese gestaffelte Veränderung verbessert die Durchflussbedingungen in der Membran.

Aufwärtsfluss

Die Zirkulationsflussrichtung des Ultrafiltrationsmembranmoduls fließt von unten nach oben auf dem Modul.

3.1 Übersicht

Die Ultrafiltration ist ein Filtrationsprozess, der durch flüssiges Tangentialfluss und Druck angetrieben wird, und trennt Partikel in Wasser gemäß dem Molekulargewicht. Die Porengröße der Ultrafiltrationsmembran liegt ungefähr im Bereich von 0. 002-0. 1 micron (MWCO ist ungefähr 1, 000-500, 000). Gelöste Substanzen und Substanzen, die kleiner als die Membranporengröße sind, können als Permeat durch die Membran verlaufen, während Substanzen, die nicht durch die Membran gehen können, im Abwasser aufbewahrt und konzentriert werden. Daher enthält das produzierte Wasser (Permeat) Wasser, Ionen und kleine Moleküle, während Kolloide, Partikel, Bakterien, Viren und Protozoen durch die Membran entfernt werden.

Hohlfaser -Ultrafiltrationsmembran ist ein sehr dünnes Polymermaterial aus Polysulfon -PS, Polyethersulfon -PES, PVDF oder Polyacrylonitril (PAN) mit einer asymmetrischen mikroporösen Struktur. Die asymmetrische Ultrafiltrationsmembran hat eine extrem glatte und dünne ({{0}}}. 1 Micron) Innenoberfläche mit einer Porengröße zwischen 0. 002 und 0,1 Mikrometern, die durch eine asymmetrische Stützstufe mit einer Pore -Größe von 15 Mikrometern unterstützt werden. Die Kombination dieser kleinen Poren -glatten Membranoberfläche und eines größeren Porenstützmaterials erleichtert den Flusswiderstand von winzigen Partikeln sehr klein und nicht leicht zu verstopfen.

3.2 Grundprinzipien

Die Ultrafiltration ist ein Querstrom- und Tangentialströmungsprozess, bei dem die gefilterte Flüssigkeit entlang der Membranoberfläche fließt. Dies schafft Fluid -Scherbedingungen an der inneren Wand der Hohlfaser, was es für Schadstoffe erschwert, sich auf der Membranoberfläche zu bilden.

Das zu filterne Wasser wird durch die Ultrafiltrationswasserpumpe unter Druck gesetzt und in die Membranbaugruppe eingegeben. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Inneren und außerhalb der Membran durchdringt ein Teil des Wassers die Membran, während die Verunreinigungen im Wasser im verbleibenden Wasser aufbewahrt und herausgefiltert werden.

Wenn die zu getrennten Verunreinigungen in Abhängigkeit von der Art der Membran zu stark auf der Membran abgelagert werden, wird die Ablagerung von unlöslichen Salzen oder die Bildung einer partiellen Abdeckungsschicht verursacht. Um dies zu vermeiden, fließt ein Teil des Wassers als Konzentrat aus. Abhängig von der Art der Membran und der Anwendung sollte dieser Vorgang kontinuierlich oder während des Rückflusses durchgeführt werden.

3.3 Merkmale der Ultrafiltration

Ultrafiltration hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Reinigungsmethoden:

• Kann Mikroorganismen und Partikel vollständig entfernen

Entfernungsrate von Schadstoffen in Wasser

Komponenten PM10 PM100

Kolloidales Silica 99,8% 99. 0%

Kolloidales Eisen 99,8% 99. 0%

Kolloidales Aluminium 99,8% 99. 0%

Suspendierte Feststoffe 5 LRV 4 LRV

Trübung <{{0}}. 3 ntu (normalerweise weniger als 0,1 ntu)

SDI <1. 0 SDI

Giardia 6 LRV 5 LRV

Protozoen 6 LRV 5 LRV

Pilze 6 LRV 5 LRV

Virus 5 LRV 4 LRV

Endovirus 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70% AVG. 30%

• Der Filtrationseffekt wird nicht von der Qualität des Rohwassers beeinflusst
• Es kann chlorresistente Bakterien entfernen
• Das Ultrafiltrationskonzentrat enthält nur die im ursprünglichen Wasser enthaltenen Substanzen
• Im Vergleich zu anderen traditionellen Methoden ist die Menge an Sediment in der Ultrafiltration deutlich geringer
• Die kompakte Struktur der Halterung verbessert die Raumnutzung, spart Kosten und kann auch sehr flexibel sein, um Geräte in vorhandenen Pflanzen hinzuzufügen.
• Ultrafiltration kann eine vollständig automatisierte industrielle kontinuierliche Produktion erzielen.
• Da die Ultrafiltration die Substanzen, die die Abdeckungsschicht bilden, fast vollständig herausfiltern können, kann die Flächenlast in den nachfolgenden Membranreinigungsschritten erhöht werden, wodurch die Skala des nachfolgenden Reinigungsgeräts verringert wird.

Rohwasser gelangt in den inneren Hohlraum der Hohlfaser und wird durch die Faser von innen nach außen filtriert.

Normalerweise tritt das Rohwasser von einem Ende des Membranelements ein und fließt durch die gesamte Länge der Faser unter dem Druck von 30-40 psi.

Das Konzentrat mit einem höheren Feststoffgehalt wird vom anderen Ende des Membranelements entladen.

Der Permeat fließt nach der Filtration durch die Fasermembranwand in das Permeat -Sammelrohr in der Mitte des Membranelements. Der Permeat fließt aus der Mitte jedes Membranelements durch das Wassersammelrohr.

Die Ultrafiltration hat im Allgemeinen zwei Betriebsprozessmodi entsprechend der Qualität des Rohwassers: Filtrationsmodus und Filtrationsmodus des Kreislaufs.

4.1 Filtrationsmodus für Sackgassen

Im Allgemeinen verwendet, wenn der hängende Feststoff und der Kolloidgehalt im Rohwasser niedrig sind (wie z. B. SS<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 Zirkulation/Cross-Flow-Filtrationsmodus

Wenn der Gehalt an suspendierten Feststoffen im Rohwasser hoch und in den meisten Anwendungen ohne Wasser ist, ist es erforderlich, die Wiederherstellungsrate zu reduzieren, um eine hohe Durchflussrate innerhalb des Membranrohrs aufrechtzuerhalten. Dies führt zu viel Abwasser. Um Abfälle zu vermeiden, wird das entladene konzentrierte Wasser erneut gepresst und in das Membranrohr zurückgeführt. Obwohl die Wiederherstellungsrate des Membranrohrs reduziert ist, kann die Wiederherstellungsrate des gesamten Systems immer noch sehr hoch sein. In diesem Modus zirkuliert das einflussreiche Wasser kontinuierlich auf der Membranoberfläche. Die hohe Geschwindigkeit des zirkulierenden Wassers verhindert die Akkumulation von Partikeln am Membranbereich und erhöht den Fluss. Da weniger einflussreiches Wasser zu produziertem Wasser wird, ist der Energieverbrauch größer als der Dead-End-Filtrationsmodus.