Аппаратура для обратного осмоса и ультрафильтрации, схемы установок
Конструкции аппаратов для проведения процессов обратного ос- моса и ультрафильтрации должны обеспечивать большую поверхность мембран в единице объема, простоту сборки и монтажа, механическую прочность и герметичность. По способу укладки мембран аппараты подразделяются на четыре основные типа (рис.14.18.):1) фильтр-пресс с плоскокамерными фильтрующими элементами, 2) с трубчатыми фильтрующими элементами, 3) с рулонными или спиральными фильт- рующими элементами, 4) с мембранами в виде полых волокон. Ука- занные аппараты обычно собираются из отдельных элементов или мо-
дулей, конструкция которых полностью характеризует конструкцию аппарата в целом.
Рис.14.18. Аппараты для обратного осмоса и ультрафильтрации
а - фильтр-пресс: 1 - пористые пластины; 2 - мембраны; б - трубчатый фильтрующий элемент: 1 - трубка; 2 - подложка; 3 - мембрана; в - рулон- ный фильтрующий элемент:1 - дренажный слой; 2 - мембрана; 3 - трубка для отвода очищенной воды; 4 - сетка-сепаратор;г - элемент с полыми волкна- ми: 1 - подложка; 2 - шайба с вмонтированными концами волокон; 3 - корпус; 4 - полые волокна
Аппараты с плоскокамерными фильтрующими элементами (рис.14.18.а) применяется в установках сравнительно небольшой про- изводительности.
В этих аппаратах мембраны уложены с двух сторон плоских по- ристых дренажных пластин, которые расположены на расстоянии 0,5- 5,0 мм друг от друга, образуя межмембранное пространство для потока разделяемого раствора. Пакет фильтрующих элементов зажимается двумя фланцами и стягивается болтами. Сточная вода последовательно проходит через все элементы, концентрируется и удаляется из аппара- та. Прошедший через мембрану фильтрат уходит через дренажные слои в радиальном направлении.
Такие аппараты отличаются простотой изготовления, удобством монтажа и эксплуатации, возможностью быстрой замены мембран, но имеют невысокую удельную поверхность мембран (60-300 м2/м3 объе- ма аппарата).
Аппараты с трубчатыми фильтрующими элементами (рис.14.18.б) состоят из полупроницаемой мембраны и дренажного каркаса, выпол- ненного в виде трубки диаметром 6-30 мм, где мембрана может нахо- диться на ее внутренней или наружной поверхности, а также с обеих сторон. Основным достоинством таких аппаратов является малая кон- центрационная поляризация и незначительное загрязнение поверхно- сти мембран ввиду высокой скорости потока (0,9-12 м/с). Кроме того они обладают малой материалоемкостью, незначительным гидравличе- ским сопротивлением, механической прочностью, простотой конст- рукции. Основной недостаток - малая удельная рабочая поверхность мембран (200-300 м2/м3), более сложная их замена.
Аппараты с фильтрующими элементами рулонного типа отлича- ются большой плотностью упаковки мембран (300-800 м2/м3). Каждый рулонный элемент (рис.14.18.в) представляет собой прикрепленный к водоотводящей трубке и накрученный на нее пакет, состоящий из двух мембран и расположенных между ними дренажного слоя и сетки- сепаратора. Трубка для отвода фильтрата имеет продольные прорези. Исходный раствор движется по межмембранным каналам рулонного фильтрующего элемента в продольном направлении. Проникающий через мембраны фильтрат по спирально расположенному дренажному слою поступает в фильтроотводящую трубку и отводится из аппарата.
Рулонные аппараты имеют малую металлоемкость, механизиро- ванную сборку. К недостаткам их относится сложность монтажа и сме- ны мембран, необходимость замены всего пакета при повреждении мембраны, трудность обеспечения герметизации аппарата.
Аппараты с фильтрующими элементами в виде полых полупро- ницаемых волокон (рис.14.18.г) имеют очень высокую плотность ук- ладки мембран в единице объема аппарата - до 20-30 тыс. м2/м3. Во- локна с наружным диаметром 45-200 мкм, и стенками толщиной 10- 50 мкм, способны выдержать необходимое рабочее давление. Фильтрат в этих элементах собирается с наружной поверхности волокон или от- водится по капилляру полых волокон. Поэтому такие аппараты не тре- буют поддерживающих дренажных устройств, что значительно снижа- ет капитальные затраты, упрощает их сборку и эксплуатацию. Они компактны и высокопроизводительны. Недостатки - трудность замены
поврежденных волокон, большое сопротивление, необходимость тща- тельной предварительной очистки от механических примесей.
Аппараты с полыми волокнами выполняют чаще всего в виде ко- жухотрубчатого теплообменника с линейным (концы закрепляются в двух трубных решетках) или U-образным (с одной решеткой) располо- жением волокон. Раствор движется вдоль наружной или внутренней поверхности волокон. Концы волокон с помощью эпоксидной смолы и уплотнений закреплены в трубных решетках.
Мембранные установки состоят из большого числа элементарных модулей, которые соединяют либо по параллельной схеме (для увели- чения производительности), либо последовательно (для повышения эффективности очистки).
Обратноосмотические и ультрафильтрационные установки пред- ставляют собой самостоятельно действующие системы, состоящие из мембранных аппаратов и оборудования, обеспечивающего их беспере-
бойную
работу.
Установки с мембран- ными аппаратами можно клас- сифицировать по нескольким признакам. Они могут быть непрерывного и периодичес- кого действия, прямоточные и циркуляционные, каждая из которых может быть одно- или многоступенчатой. Прямоточ- ные установки работают толь- ко непрерывно, циркуляцион- ные бывают непрерывными и
Рис.14.19. Схема мембранной уста- новки для обработки промывных вод гальванических производств
1 - гальваничесая ванна; 2 - промывная ванна I ступени; 3 - промывная ванна II ступени; 4 - обратноосмотическая ус- тановка; 5 - насос высокого давления
периодическими. Технологи- ческая схема установки опре- де-ляется ее назначением и за- висит от исходной концен- трации растворов, производи- тельности установки и условий ее эксплуатации. На рис.14.19
приведена схема очистки сточных вод гальванических производств на обратноосматической мембранной установке.
Фильтрат после первой ступени мембранной установки воз- вращается на промывку деталей, выносимых из гальванической ванны, последовательно в промывные ванны П и I ступени. Более загрязнен- ный фильтрат второй ступени мембранной установки смешивается с загрязненной водой, поступающей на установку. Концентрат, последо- вательно пройдя две ступени обратноосмотической установки, может
быть использован, после соответствующей корректировки, для под- питки гальванических ванн.
Производительность уже работающих мембранных установок достигает нескольких тысяч кубометров в сутки, запроектированы и строятся установки производительностью сотни тысяч кубометров в сутки. Экономическая эффективность мембранной обработки водных растворов зависит от капитальных вложений и эксплуатационных за- трат, которые являются функцией производительности установки, типа мембранного аппарата вида и концентрации загрязнений и других фак- торов. Стоимость самих мембран обычно невелика и составляет 1-3 % от общей стоимости установки в зависимости от конструкции аппара- та.