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 меж молекулами жидкой фазы и полимерными молекулами мембраны. Традиционно процесс ультрафильтрации проводят при сравнимо 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 понижению производительности.

Ультрафильтрации традиционно 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.

недочет процесса - мощная 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. Методы понижения концентрационной поляризации различны: увеличение скорости омывания поверхности мембраны потоком разделяемой воды, работа в пульсирующем режиме подачи раствора, турбулизация потока. Точка гелеобразования зависит от его химических и физических параметров.

Ультрафильтрация - новая разработка. Итог разделения - два раствора, один из которых является обогащенным, а другой - обедненным растворенным веществом, содержащимся в исходном, подлежащем разделению веществе. Огромное значение имеет внедрение этого процесса при разделении веществ, чувствительных к температурному режиму, так как при ультрафильтрации растворы не нагреваются и не подвергаются химическому действию. Отсюда совсем низкие энерго издержки, приблизительно в 20 - 60 раз ниже, чем при дистилляции.

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

Ультрафильтрационные системы за счет поверхностей фильтрации и прочной структуры материала мембран обеспечивают разделение растворов без утрат и отделение незапятнанного фильтрата от взвесей. Поэтому ультрафильтрацию частенько употребляют 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 иным методом вернуть совсем тяжело либо вообще нереально.

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

Мембраны на базе производных целлюлозы неустойчивы к действию кислот и щелочей. Ацетатные мембраны более устойчивы в области pH=4,5-5; при pH=6 срок службы этих мембран сокращается практически 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.

Таблица 12. Условия и свойства материалов, используемых для производства мембран

Материал	pH	Макс. Температура при pH=7,(° С)	Устойчивость к действию
хлора	растворителей
Ацетат целлюлозы	4,5-9		отменная	нехорошая
Полиамид	3-12		нехорошая	отменная
Полисульфен	0-14		отменная	отменная
Полиакрилонитрил	2-12		отменная	нехорошая
Полифуран	2-12		нехорошая	отменная

На селективность мембран, не считая соотношения размеров молекул, частиц и размеров пор, влияет обменное взаимодействие меж растворенным веществом и веществом мембраны. Ультрафильтрация дозволяет создавать 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 свойства мембран во многом зависят от гидродинамических условий у поверхности мембраны. Свойства мембран могут изменяться и при продолжительном хранении.

В мембранном аппарате размещают мембранные модули, включающие в себя один либо несколько соединенных мембранных частей.

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

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

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

Таблица 13. Ультрафильтрационные мембранные модули, используемые при ультрафильтрации

Тип модуля	Уд. Поверхность, м2/м3	Капзатраты	Экспл. Расходы	Регулирование потока	Легкость очистки
Трубчатый	25-50	Высокие	Высокие	не плохое	отменная
Плоскорамный	400-600	Высокие	Низкие	Среднее	нехорошая
Рулонный	800-1000	совсем низкие	Низкие	нехорошее	нехорошая
Полые волокна	600-1200	Низкие	Низкие	не плохое	Средняя

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

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

Таблица 14. характеристики свойства исходной высокоцветной маломутной воды, обработанной ультрафильтрационным способом

Показатель	До установки	После установки
Мутность, мг/л	0,1-4
Перманганатная окисляемость, мг О2/л	15-20	3,4-5,5
твердость общественная, 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
если-индекс		< 3

Процессы ультрафильтрации отлично смешиваются с различными способами разделения и концентрирования жидких сред: обратный осмос, диализ, электродиализ и др. При этом создаются высокоэффективные технологические цепи с замкнутым водоснабжением и возвратом в создание ценных товаров в концентрированном виде.

Технико-экономические характеристики мембранных способов разделения характеризуют процесс ультрафильтрации как малоэнергоемкий с рядом преимуществ по сравнению с другими способами.

Таблица 15. Сравнительные технико-экономические характеристики способов на стадии предварительной очистки природных вод

Показатель	Очистка
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
Удельная производительность, м2/(м3.ч)		0,7
Металлоемкость, кг/м3	0,8	0,2

Дата добавления: 2015-06-28