عملية غشاء الترشيح الفائق في تطبيق معالجة المياه

عملية غشاء الترشيح الفائق في تطبيق معالجة المياه

1 قبل المعالجة

يمكن استخدام الترشيح الفائق كعلاج مسبق للعملية أو كعلاج متقدم للعملية في معالجة المياه وعمليات تنقية وتركيز وفصل صناعية أخرى. في عملية معالجة المياه المستخدمة على نطاق واسع ، وغالبا ما تستخدم كوسيلة لتنقية عميقة. وفقًا لخصائص غشاء الألياف المجوفة الفائق ، هناك متطلبات معينة لمعالجة ما قبل الماء. نظرًا لأن المواد الصلبة العالقة والغرويات والكائنات الدقيقة والشوائب الأخرى في الماء تلتصق بسطح الغشاء ، فإن الغشاء ملوث. بسبب التدفق الكبير نسبياً لغشاء الترشيح الفائق ، يزداد تركيز الشوائب المحبوسة على سطح الغشاء بسرعة لإنتاج ظاهرة تسمى استقطاب التركيز. والأهم من ذلك ، أن بعض الجزيئات الدقيقة جدا تدخل مسام الغشاء وتحظر مرور الماء. بالإضافة إلى ذلك ، المواد اللزجة التي تتشكل من الكائنات الحية الدقيقة ومنتجاتها الأيضية في الماء تلتصق أيضًا بسطح الغشاء. هذه العوامل يمكن أن تؤدي إلى انخفاض في نفاذية غشاء الترشيح الفائق وتغيير في أداء الفصل. في الوقت نفسه ، هناك حدود معينة لدرجة حرارة إمدادات المياه فائقة الترشيح وقيمة PH وتركيزها. لذلك ، يجب معالجة مصدر مياه الترشيح الفائق وتعديله بشكل صحيح للوفاء بمتطلبات إمدادات المياه لإطالة عمر خدمة غشاء الترشيح الفائق وتقليل تكلفة معالجة المياه.

أ ، قتل الكائنات الحية الدقيقة (البكتيريا ، الطحالب):

عندما يحتوي الماء على الكائنات الحية الدقيقة ، قد تلتزم بعض الكائنات الحية المحاصرة بنظام المعالجة ، مثل سطح الوسائط للمرشح متعدد الوسائط ، بعد دخول نظام المعالجة المسبقة. عندما تلتصق بسطح غشاء الترشيح الفائق ، فإنها تنمو وتتكاثر ، مما قد يحجب المسام الدقيقة تمامًا ويحظر تمامًا تجويف الألياف المجوفة. وجود الكائنات الحية الدقيقة ضار للغاية لأغشية الترشيح الفائق من الألياف المجوفة. الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والطحالب في الماء الخام يجب أن تؤخذ على محمل الجد. في مشروع معالجة المياه ، تتم عادة إضافة عامل مؤكسد مثل NaClO أو O 3 ، ويكون التركيز عادةً من 1 إلى 5 مجم / لتر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. يتم تعقيم وحدة غشاء الترشيح الفائق بالألياف المجوفة في المختبر ويمكن إعادة تدويرها باستخدام بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) أو محلول برمنجنات البوتاسيوم المائي لمدة 30 إلى 60 دقيقة. قتل الميكروبات يمكن أن يقتل الكائنات الحية الدقيقة فقط ، لكنه لا يزيل الكائنات الحية الدقيقة من الماء ، ويمنع نمو الكائنات الحية الدقيقة فقط.

ب ، تقليل التعكر المؤثر:

عندما يحتوي الماء على مواد صلبة معلقة ، والغرويات ، والكائنات الحية الدقيقة وغيرها من الشوائب ، فإن الماء سوف يكون لديه درجة معينة من التعكر. التعكر سيعيق انتقال الضوء. يرتبط هذا التأثير البصري بحجم الشوائب وحجمها وشكلها. يتم التعبير عن تعكر الماء بشكل عام من حيث درجة التآكل ، والعكارة الناتجة عن 1 مغ / لتر SiO 2 هي 1 درجة. أكبر درجة ، والمزيد من الشوائب الواردة. هناك متطلبات مختلفة لتعكر إمدادات المياه في مختلف المجالات. على سبيل المثال ، بالنسبة للمياه المنزلية العامة ، يجب ألا يتجاوز التعكر 5 درجات. نظرًا لأن قياس التعكر هو قياس كمية الضوء واللون والعتامة التي تنعكسها الجزيئات في الماء من خلال الماء الخام ، فإن حجم وكمية وشكل الجزيئات يؤثر على القياس ، والعلاقة بين التعكر و المواد الصلبة العالقة عشوائية. للجزيئات الأصغر من بضع ميكرونات ، لا ينعكس التعكر.

في معالجة الغشاء ، من الواضح أن البنية الدقيقة الدقيقة ، والاحتفاظ بالجزيئات الجزيئية أو حتى على مستوى الأيونات ، والتعكر لتعكس نوعية المياه غير دقيقة. من أجل التنبؤ بميل تلوث المياه الخام ، تم تطوير اختبار قيمة SDI.

تُستخدم قيمة SDI بشكل أساسي للكشف عن كمية الجزيئات مثل الغرويات والمواد الصلبة العالقة في الماء ، وهي مؤشر مهم لتوصيف نوعية المياه المؤثرة في النظام. يتم تحديد قيمة SDI بشكل عام عن طريق استخدام حجم المسام من الغشاء المسامي 0.45 ميكرون تحت ضغط تدفق المياه المستمر من 0.21 ميجا باسكال ، أولاً تسجيل الوقت t0 المطلوب لتصفية المياه من خلال 500 مل من الماء ، ثم الاستمرار في تمرير المياه تحت نفس الظروف. في 15 دقيقة ، تم تسجيل مرة t15 المطلوبة لتصفية عينة الماء 500 مل ، ثم تم حسابها وفقًا للمعادلة التالية: SDI = (1-t0 / t15) × 100/15

قيمة المكانية في الماء تقريبًا تعكس درجة التلوث الغرواني. يحتوي ماء البئر على SDI <3 ،="" ومياه="" السطح="" sdi="" أعلى="" من="" 5="" ،="" والحد="" الأقصى="" لـ="" sdi="" هو="" 6.66="" ......="" ،="" مما="" يتطلب="" معالجة="">

تقنية الترشيح الفائق فعالة في تقليل قيمة المكانية. يتم التعامل مع SDI = 0 بواسطة غشاء الألياف المجوفة الفائق ، ولكن عندما تكون SDI كبيرة جدًا ، لا سيما الجزيئات الكبيرة لديها تلوث خطير على غشاء الألياف فائقة الجوف. يجب إجراء المعالجة المسبقة باستخدام رمل الكوارتز أو الكربون المنشط أو مرشح مزود بمواد تصفية مختلفة. لا يوجد وضع ثابت لعملية العلاج. مختلف.

على سبيل المثال ، لمياه الصنبور أو المياه الجوفية ذات التعكر المنخفض ، يمكن استخدام مرشح دقيق من 5 إلى 10 ميكرون (مثل نوع قرص العسل ، ونوع ذوبان في أنبوب ، وأنبوب متكلس من البولي ايثيلين) ، والذي يتم تقليله عمومًا إلى حوالي 5. قبل التصفية الدقيقة ، من الضروري إضافة عامل تصفية وفلتر مع فلتر وسائط مزدوج أو متعدد الطبقات. في الظروف العادية ، يجب ألا تتجاوز سرعة الترشيح 10 م / س ، 7-8 م / س ، وأبطأ معدل ترشيح المياه. أفضل نوعية المياه التي تمت تصفيتها.

إزالة C والمواد الصلبة العالقة والمواد الغروية:

بالنسبة للشوائب التي يصل حجمها إلى 5 ميكرومتر أو أكثر ، يمكن استخدام مرشح ذي دقة ترشيح تبلغ 5 ميكرومتر ، لكن بالنسبة للجزيئات الدقيقة والغروانيات التي يتراوح حجمها بين 0.3 و 5 ميكرومتر ، من الصعب إزالتها باستخدام تقنية الترشيح التقليدية الموضحة أعلاه. على الرغم من أن الترشيح الفائق له إزالة مطلقة لهذه الجسيمات والغرويات ، فإن الخطر على أغشية الترشيح الفائق بالألياف المجوفة أمر خطير للغاية. على وجه الخصوص ، تحمل الجزيئات الغروية شحنة ، وهي بوليمر من جزيئات وأيونات المادة. الغروانية يمكن أن تكون موجودة بشكل ثابت في الماء ، ويرجع ذلك أساسا إلى الاستبعاد المتبادل للجزيئات الغروية من نفس الشحنة. تضاف مادة مشحونة (flocculant) مقابل جسيمات الغروية إلى الماء الخام لكسر استقرار الجسيمات الغروية ، ويتم تحييد الجسيمات الغروية المشحونة لتكون محايدة كهربائياً لتتجمع الجزيئات الغروية المشتتة في تكتلات كبيرة. يمكن بعد ذلك إزالتها بسهولة نسبية عن طريق الترشيح أو الترسيب. يشيع استخدام المرسب المصنوع من الشوارد في صورة شوارد غير عضوية مثل كبريتات الألومنيوم وكلوريد بوليالنيوم وكبريتات الحديدوز وكلوريد الحديديك. المرسب العضوية مثل بولي أكريلاميد ، بولي أكريل الصوديوم ، بولي إيثيلينيمين ، وما شابه ذلك. نظرًا لأن البوليمر العضوي يمكن أن يحيد الشحنة السطحية للجزيئات الغروية ، ويشكل روابط هيدروجينية و "جسر" ، ويكتمل ترسيب التخثر في وقت قصير ، بحيث يتم تحسين نوعية المياه بشكل كبير ، لذلك في السنوات الأخيرة ، تم تحسين البوليمر تم استبدال الندف. اتجاه المرسب غير العضوي.

في نفس الوقت الذي تتم فيه إضافة الندف ، يمكن إضافة مادة تجلط الدم مثل الجير المنظم لدرجة الحموضة ، كربونات الصوديوم ، كلور عامل مؤكسد ومسحوق التبييض ، عامل تقوية عامل تحول تحت الماء و polyacrylamide ماصة لتحسين تأثير التخثر.

غالبًا ما تصاغ مادة الندف كمحلول مائي ، تتم إضافته عن طريق مضخة القياس أو مباشرة في نظام معالجة المياه باستخدام قاذف مركب على خط إمداد المياه.

D ، وإزالة المواد العضوية القابلة للذوبان:

لا يمكن إزالة المواد العضوية القابلة للذوبان تمامًا عن طريق التلبد والترشيح متعدد الوسائط والترشيح الفائق. وتستخدم حاليا طرق الأكسدة أو الشفط.

(1) طريقة الأكسدة الأكسدة مع الكلور أو هيبوكلوريت الصوديوم (NaSO) أفضل لإزالة المواد العضوية القابلة للذوبان. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأوزون (O 3) وبرمنجنات البوتاسيوم (KMnO 4) مؤكسدات جيدة أيضًا ، لكن التكلفة أعلى قليلاً.

(2) طريقة الامتزاز: يمكن للكربون المنشط أو راتنج الامتزاز الضار إزالة المواد العضوية القابلة للذوبان بشكل فعال. ومع ذلك ، لا يزال من الضروري علاج الكحول والفينول وما إلى ذلك والتي يصعب امتصاصها.

E ، تعديل نوعية المياه:

(1) تعديل درجة حرارة إمدادات المياه

يرتبط نفاذية غشاء الترشيح الفائق مباشرة بدرجة الحرارة. يتم اختبار معدل تغلغل وحدة غشاء الترشيح الفائق عمومًا بالماء النقي عند 25 درجة مئوية. معدل تخلل غشاء الترشيح الفائق يتناسب مع درجة الحرارة ، ومعامل درجة الحرارة حوالي 0،02 / 1 درجة مئوية ، أي لكل زيادة درجة حرارة 1 ، ويزيد معدل نفاذية المياه بنسبة 2.0 ٪ تقريبا. لذلك ، عندما تكون درجة حرارة إمدادات المياه منخفضة (مثل <5 درجة="" مئوية)="" ،="" يمكن="" استخدام="" نوع="" من="" تدابير="" التسخين="" للعمل="" عند="" درجة="" حرارة="" أعلى="" لتحسين="" كفاءة=""> ومع ذلك ، عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة للغاية ، فإنها أيضًا غير مواتية للغشاء ، مما قد يؤدي إلى تغيير في أداء الغشاء. لهذا ، يمكن استخدام تدابير التبريد لخفض درجة حرارة إمدادات المياه.

(2) ضبط قيمة PH إمدادات المياه

أغشية الترشيح الفائق المصنوعة من مواد مختلفة لها نطاقات pH مختلفة. على سبيل المثال ، خلات السليلوز مناسبة للأغشية pH = 4 ~ 6 ، PAN و PVDF ، ويمكن استخدامها في نطاق PH = 2 ~ 12 ، إذا تجاوز الماء يحتاج نطاق الاستخدام إلى التعديل. في الوقت الحالي ، تكون منظمات درجة الحموضة المستخدمة بشكل شائع هي حمض (حمض الهيدروكلوريك و H 2 SO 4) والقلوي (NaOH ، إلخ).

نظرًا لأن الملح غير العضوي في المحلول يمكن أن يمر عبر غشاء الترشيح الفائق ، فلا توجد مشكلة في تركيز الاستقطاب وتوسيع الملح غير العضوي. لذلك ، في عملية ضبط جودة المياه المعالجة ، لا يتم اعتبار التأثير على الغشاء بشكل عام ، وطبقة المفتاح هي طبقة الهلام. مشكلة التشكيل ، غشاء قاذورات وانسداد.

2 معلمات التشغيل

يعد التحكم والتنفيذ المناسبين لمعلمات التشغيل أمرًا في غاية الأهمية للتشغيل طويل الأجل والمستقر لنظام الترشيح الفائق. تشمل معايير التشغيل بشكل عام: معدل التدفق ، الضغط ، انخفاض الضغط ، تصريف المياه المركز ، نسبة الاسترداد ودرجة الحرارة.

a ، معدل التدفق:

معدل التدفق هو السرعة الخطية لتدفق محلول المخزون (تغذية الماء) على سطح الغشاء وهو عامل تشغيل مهم للترشيح الفائق في أنظمة الترشيح الفائق. عندما يكون معدل التدفق كبيرًا ، فإنه لا يؤدي فقط إلى إهدار الطاقة وانخفاض الضغط المفرط ، بل يسرع أيضًا من تدهور أداء تقسيم غشاء الترشيح الفائق. على العكس من ذلك ، إذا كان معدل التدفق صغيرًا ، فإن سمك الطبقة الحدودية التي تشكلت على سطح الحاجز يزداد ، مما يتسبب في استقطاب التركيز ، مما يؤثر على كل من معدل تخلل ونوعية تتخلل. يتم تحديد معدل التدفق بشكل تجريبي. في غشاء الترشيح الفائق بالألياف المجوفة ، عندما يتم الحفاظ على ضغط مدخل أقل من 0.2 ميجا باسكال ، فإن معدل تدفق الغشاء الداخلي يبلغ 0.1 متر / ثانية فقط ، ويكون نمط تدفق سرعة التدفق في حالة تدفق صفحي تمامًا. يمكن لفيلم الضغط الخارجي الحصول على معدل تدفق كبير. بالنسبة لأغشية الترشيح الفائق من النوع الشعري ، عندما يبلغ قطر الشعيرات 3 مم ، يمكن زيادة معدل التدفق بشكل مناسب ، وهو أمر مفيد لتقليل طبقة الحدود المركزة. يجب الإشارة إلى مشكلتين. واحد هو أن معدل التدفق لا يمكن تحديده بشكل تعسفي. يرتبط ضغط المدخل بمعدل تدفق السائل الخام. والثاني هو أنه بالنسبة إلى الألياف المجوفة أو الغشاء الشعري ، فإن معدل التدفق غير ثابت في نهاية المدخل. عندما يكون تدفق الماء المركز هو السائل الأصلي 10٪ ، يكون معدل التدفق في نهاية المخرج حوالي 10٪ من نهاية المدخل. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد الضغط المتزايد من كمية النفاذية ، وتكون الزيادة في معدل التدفق ضئيلة. لذلك ، فإن زيادة قطر الشعيرات الدموية وزيادة تصريف المياه المركزة (معدل تدفق العودة) بشكل مناسب يمكن أن يحسن معدل التدفق ، خاصة في عملية تركيز الترشيح الفائق ، مثل استرداد الطلاء الكهربي ، والذي يمكن أن يزيد بشكل فعال من معدل الترشيح الفائق.

ضمن نطاق الضغط المسموح به ، فإن زيادة كمية المياه التي يتم توفيرها واختيار أعلى معدل تدفق مفيد في أداء غشاء الألياف المجوفة الفائق الترشيح.

ب ، الضغط وانخفاض الضغط:

أغشية الترشيح الفائق بالألياف المجوفة لها نطاق ضغط عمل يتراوح من 0.1 إلى 0.6 ميجا باسكال ، وهو ضغط العمل المستخدم عادة في محلول المعالجة في تعريف الترشيح الفائق. يتطلب الفصل بين مختلف المواد ذات الوزن الجزيئي استخدام أغشية الترشيح الفائق مع قطع الوزن الجزيئي المقابلة ، وضغوط التشغيل مختلفة أيضًا. عمومًا ، يكون فيلم الضغط الداخلي للألياف المجوفة للقشرة المقولبة مقاومًا للضغط أقل من 0.3 ميجا باسكال ، وقوة الضغط للألياف المجوفة عمومًا أقل من 0.3 ميجا باسكال ، لذلك يجب أن يكون ضغط العمل أقل من 0.2 ميجا باسكال ، و يجب ألا يزيد فرق الضغط بين جانبي الفيلم عن 0.1 ميجا باسكال. . يمكن أن تصل قوة الضغط لغشاء الترشيح الفائق بالألياف المجوفة للضغط الخارجي إلى 0.6MPa ، لكن بالنسبة لوحدة الغشاء الخارجي للقشرة البلاستيكية ، فإن ضغط العمل هو أيضًا 0.2MPa. تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لأن قطر الضغط الداخلي له قطر كبير ، عند استخدامه كفيلم للضغط الخارجي ، فمن السهل أن يتم تكسيره وقطعه عند المفصل للتسبب في أضرار ، بحيث تكون أفلام الضغط الداخلية والخارجية غير عالمية.

عندما يُطلب من الترشيح الفائق ضغطًا معينًا للاستخدام في العملية التالية ، يجب استخدام وحدة غشاء الترشيح الفائق للغشاء الخارجي المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن استخدام وحدة غشاء الترشيح الفائق بالألياف المجوفة حتى ضغط يصل إلى 0.6 ميجا باسكال ، ويمكن أن يصل ضغط الترشيح الفائق إلى 30 متر. هذا هو ، ضغط 0.3MPa ، ولكن يجب ألا يبقى فرق الضغط بين الجانبين الداخلي والخارجي لغشاء الترشيح الفائق بالألياف المجوفة أكثر من 0.3MPa.

عند اختيار ضغط العمل ، بالإضافة إلى مقاومة ضغط الغشاء والغلاف الخارجي ، يجب مراعاة ضغط الغشاء ومقاومة تلوث الغشاء. كلما زاد الضغط ، زادت نفاذية الماء ، والمواد المتراكمة المقابلة على مساحة سطح الغشاء. أكثر ، كلما زادت المقاومة ، توهين معدل نفاذية المياه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجزيئات التي تدخل مسام الغشاء عرضة أيضًا لسد الممر. باختصار ، حيثما أمكن ، يكون اختيار ضغط عمل أقل مفيدًا للأداء الكامل لأداء الغشاء.

يشير انخفاض الضغط في وحدة غشاء الألياف فائقة التجويف إلى الفرق بين الضغط عند مدخل السائل الخام والضغط عند مخرج السائل المركز. يرتبط انخفاض الضغط ارتباطًا وثيقًا بكمية المياه المزودة ، ومعدل التدفق وكمية المياه المركزة التي يتم تصريفها. خاصة بالنسبة لنوع الضغط الداخلي من الألياف المجوفة أو غشاء الترشيح الفائق من النوع الشعري ، يتم تغيير سرعة التدفق وضغط سطح الغشاء على طول اتجاه تدفق المياه بشكل تدريجي. كلما زاد إمداد المياه ومعدل التدفق وتصريف المياه المركزة ، زاد انخفاض الضغط والضغط على سطح الغشاء المصب الذي لا يصل إلى ضغط العمل المطلوب. سيتأثر الإنتاج الكلي للمياه لوحدة الغشاء. في التطبيقات العملية ، يجب التحكم في انخفاض الضغط قدر الإمكان. مع تمديد وقت التشغيل ، تزداد مقاومة تدفق الماء بسبب تراكم الأوساخ ، ويزداد انخفاض الضغط. عندما يكون انخفاض الضغط أعلى من القيمة الأولية البالغة 0.05 ميجا باسكال ، يجب تنظيفه. ، نعرات الممر المائي.

C ، ونسبة الاسترداد وتصريف المياه المركزة:

في نظام الترشيح الفائق ، تعد نسبة الاسترداد وتركيز الماء المركز زوجًا من العوامل المقيدة للطرفين. تشير نسبة الاسترداد إلى نسبة كمية المياه التي تمر عبر كمية الإمداد ، وتشير كمية المياه المركزة التي يتم تصريفها إلى كمية المياه التي يتم تصريفها عبر الغشاء. نظرًا لأن كمية المياه التي يتم توفيرها تساوي مجموع كمية المياه المركزة وكمية المياه التي تتخللها ، إذا كانت كمية المياه المركزة كبيرة ، فإن الانتعاش يكون صغيرًا نسبيًا. لضمان التشغيل العادي لنظام الترشيح الفائق ، يجب تحديد الحد الأدنى لتصريف المياه المركزة ونسبة الاسترداد القصوى للمكونات. في هندسة معالجة المياه العامة ، تبلغ نسبة استرداد وحدة غشاء الألياف الفائقة المجوفة حوالي 50 إلى 90 ٪. يحدد التحديد نسبة الاسترداد استنادًا إلى تكوين وحالة سائل التغذية ، أي مقدار المادة التي يمكن حصرها ، وسمك طبقة الطبقة المكوّنة على سطح الفيلم ، والتأثير على الكمية من الماء تخلل. في معظم الحالات ، يمكن أيضًا استخدام عملية استرداد نسبة أصغر ، ويتم إعادة السائل المركز إلى نظام السائل الخام ، وتزداد كمية الدورة الدموية لتقليل سمك الطبقة الملوثة ، وبالتالي زيادة معدل نفاذية المياه. ، في بعض الأحيان لا تزيد من وحدة إنتاج كمية المياه. استهلاك الطاقة.

D ، درجة حرارة العمل:

تزداد نفاذية الماء في غشاء الترشيح الفائق مع زيادة درجة الحرارة. بشكل عام ، تتناقص لزوجة المحلول المائي مع درجة الحرارة ، مما يقلل من مقاومة التدفق ويزيد من نفاذية الماء. يجب مراعاة درجة الحرارة الفعلية لسائل التغذية في موقع العمل في التصميم الهندسي. خاصة بالنسبة للتغيرات الموسمية ، يجب مراعاة ضبط درجة الحرارة عندما تكون درجة الحرارة منخفضة للغاية. خلاف ذلك ، قد تتغير نفاذية المياه بنحو 50 ٪ مع تغيرات درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، سوف تؤثر درجة الحرارة العالية جدًا على أداء الغشاء. بشكل عام ، يجب أن تكون درجة حرارة تشغيل غشاء الألياف المجوفة فائقة الدقة 25 درجة مئوية. إذا كان مطلوبًا العمل عند درجة حرارة أعلى ، فيمكن اختيار مادة الغشاء المقاومة للحرارة العالية ومواد التغليف الخارجية.