Исследование и оптимизация работы установок очистки воды методом ультрафильтрации

• Автор: Андрианов, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 249 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения

Введение
Глава. 1. Современное состояние проблемы получения питьевой воды методом ультрафильтрации.

1.1. Общие положения.

1.2. Сущность и описание процесса ультрафильтрации.

1.3. Материалы для изготовления ультрафильтрационных мембран.

1.4. Конструкции ультрафильтрационных аппаратов

1.5. Сравнение различных режимов работы ультрафильтрационных аппаратов

1.6. Проблемы загрязнения ультрафильтрационных мембран.

1.6.1. Виды загрязнений, образующихся на ультрафильтрационных мембранах при обработке природных вод
1.6.2. Влияние биологического фактора на загрязнение мембран.
1.6.3. Методы борьбы с загрязнением мембран
1.7. Технологические схемы очистки воды с применением ультрафильтрационных мембран.
1.7.1. Технологические схемы очистки воды из поверхностных источников методом ультрафильтрации.
1.7.2. Применение ультрафильтрации для обеззараживания воды
1.7.3. Применение ультрафильтрации в качестве предочистки перед обратным осмосом.
1.7.4. Установки для ультрафильтрации
1.8. Выводы по главе 1.
Глава 2. Теоретическое и экспериментальное изучение образования осадков коллоидных частиц на ультрафильтрационных мембранах
2.1. Постановка задачи исследований
2.2. Теоретические представления о механизме загрязнения ультрафильтрационных мембран при обработке природных вод.
2.3. Обзор литературы по моделированию падения производительности ультрафильтрационных мембран в течение фильтроцикла
2.3.1. Введение в теорию фильтрования
2.3.2. Механизмы загрязнения микро и ультрафильтрационных мембран при обработке природных вод
2.3.3. Модели, описывающие начальную стадию загрязнения мембран
2.3.4. Фильтрование с образованием осадка
2.3.5. Гельполяризационная модель падения производительности
2.4. Экспериментальные исследования процесса загрязнения ультрафильтрационных мембран при очистке природных вод.
2.4.1. Изучение процесса загрязнения мембран коллоидными и взвешенными веществами.
2.4.2. Изучение процессов сорбции на ультрафильтрационных мембранах при обработке природных вод
2.5. Разработка модели загрязнения ультрафильтрационных мембран
2.6. Выводы по главе 2.
Глава 3. Оптимизация работы ультрафильтрационных установок очистки природных вод
3.1. Обзор литературы по эксплуатации ультрафильтрационных установок очистки воды.
3.1.1. Моделирование процесса промывки мембран образным током
3.1.2. Методы прогнозирования работы и подбора параметров эксплуатации ультрафильтрационной установки
3.2. Экспериментальное изучение механизма обратной промывки.
3.2.1. Эксперименты по оптимизации процесса ультрафильтрации
3.2.2. Эксперименты по определению эффективности обратной промывки
3.3. Разработка модели падения производительности ультрафильтрационных аппаратов с течением времени
3.4. Алгоритм расчета падения производительности ультрафильтрационной установки в процессе эксплуатации.
3.5. Разработка экспрессметодики определения эксплуатационных параметров работы ультрафильтрационной установки
3.5.1. Экспрессметодика
3.5.2. Определение постоянных фильтрования
3.5.3. Определение эффективности обратной промывки
3.5.4. Влияние биологического фактора на загрязнение мембран
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Внедрение результатов исследований. Разработка и эксплуатация
установок очистки природных вод методом ультрафильтрации
4.1. Обработка воды, содержащей природные органические вещества, с помощью ультрафильтрации
4.1.1. Характеристика органических веществ, содержащихся в природной воде.
4.1.2. Задержание природных органических примесей
ультрафильтрационными мембранами.
4.1.3. Экспериментальное изучение возможностей метода ультрафильтрапии для получения питьевой воды из поверхностных источников
4.1.4. Разработка установок для очистки поверхностных вод
4.1.5. Разработка установок для производственного водоснабжения, автономного водоснабжения отдельных зданий и улучшения качества воды в
точках водоразбора.
4.2. Обработка подземных вод с помощью улырафильтрации.
4.2.1. Общие сведения о содержании железа в подземных водах
4.2.2. Теоретические закономерности окислешя железа в свободном объеме.
4.2.3. Методы обезжелезивания воды и современные установки обезжелезивания подземных вод малой и средней производительности
4.2.4. Экспериментальное изучение процесса обезжелезивания с помощью ультрафильтрации.
4.2.5. Разработка технологии обезжелезивания воды с использованием мембранной ультрафильтрации
4.2.5.1. Рекомендации по применению ультрафильтрационного метода обезжелезивания подземных вод
4.2.5.2. Установки обезжелезивания подземной воды на основе метода ультрафильтрации.
4.2.5.3. Схема автоматизации установок обезжелезивания воды на примере установки обезжелезивания минеральной воды Московская.
4.3. Техникоэкономическое сравнение вновь разработанных ультрафильтрационных установок с уже существующими.
4.3.1. Установки для очистки поверхностных вод.
4.3.2. Установки для обезжелезивания подземных вод.
4.4. Выводы по главе 4.
Общие выводы.
Список литературы


Такие промывки производятся чаще, чем промывки обычных фильтров с зернистой загрузкой для улырафильтрационных мембран, предназначенных для очистки поверхностных вод их частота колеблется от 1 до 4 раз в час, при этом продолжительность промывки составляет всего секунд, поэтому объем сбрасываемой воды не превышает 5 от объема фильтрата. Возможность использования улырафильтрации для получения питьевой воды из поверхностных источников в первую очередь зависит от селективных свойств используемых ультрафильтрационных мембран и их склонностью к загрязнению веществами, содержащимися в природной воде. Наибольший интерес для исследования в этом отношении представляют растворенные и коллоидные органические соединения, которые всегда присутствуют в поверхностных водах и определяют их цветность и окисляемость. Кроме того, необходимо учитывать водородный показатель, общее солесодержание и жесткость воды. Эти показатели качества природных вод вместе со свойствами органических веществ оказывают существенное влияние на селективные свойства и загрязнение мембран. Особенностью ультрафильтрационных мембран, предназначенных для очистки природных вод, является их способность выдерживать высокое давление, прикладываемое к фильтратной стороне при обратной промывке. Обычные композитные мембраны оказываются здесь непригодными, так как возникает риск отслоения тонкого верхнего селективного слоя от подложки. Поэтому для этих целей применяются мембраны с асимметричной структурой, в которых селективный слой и крупнопористая подложка представляют единое целое. В качестве материала для изготовления ультрафилътрационных мембран в основном используются полимерные вещества ацетат целлюлозы, полисульфон, полиамид, полиимид, полив инилиденфторид, полиакрилонитрил и их производные рис. Полимерным мембранам могут придаваться разнообразные свойства путем изменения поверхностного заряда мембраны, ее гидрофобности или гидрофильности, прививания различных функциональных групп на ее поверхность и т. Такие технологические приемы позволяют управлять селективными характеристиками мембран и их устойчивостью к загрязнению различными веществами. Особое место занимают трековые мембраны рис. Трековые мембраны получают путем ионной бомбардировки непористой полимерной пленки с последующим вытравливанием поврежденных областей треков. Рис. Ь смешанные эфиры целлюлозы с ацетатцеллюлоза с1 полиэтерсульфон. Рис. Ь высокоиористый поликарбонат с полиэстер с1 мембрана Апороге. Отсечение по молекулярной массе этих мембран составляет кДа. Рабочее давление до 2 атм. Фильтрование ведется изнутри наружу. Для проведения экспериментов нами были выбраны отечественные рулонные элементы с ацетатцеллюлозными мембранами марки УАМ с размером пор от 0,5 до 0,1 мкм, позволяющие проводить промывки обратным током. Максимальное давление жидкости атм, рекомендуемое рабочее давление составляет от 1 до 3 атм. Цифра в обозначении марки мембран УАМ соответствует максимальному размеру пор в ангстремах. В настоящее время наибольшее распространение получили мембранные аппараты с полыми волокнами или капиллярами, рулонные элементы и аппараты с трубчатыми керамическими и полимерными мембранами , . Каждой конструкции присущи свои достоинства и недостатки. Устройство рулонных элементов показано на рис. Они изготавливаются из плоских мембран, для формирования напорного и фильтратного каналов используются различные дренажные материалы сетки. Рулонные элементы просты в эксплуатации, обеспечивают высокую плотность упаковки мембран до м, достаточно устойчивы к за1рязнению и легко промываются, устойчивы к гидравлическим нагрузкам, позволяют быстро проводить замену неисправных элементов. С развитием микро и ультрафильтрации вновь возник интерес к аппаратам с полыми волокнами рис. Капиллярные мембраны представляют собой тонкие полимерные трубки диаметром 0,,0 мм, фильтрование может вестись изнутринаружу или снаруживовнутрь . Капиллярные мембраны специально разработаны для осветления природных вод и отличаются от половолоконных бблыпим диаметром трубки 0,,0 мм у полых волокон диаметр 0,,4 мм и, следовательно, обладают меньшей склонностью к забиванию внутренних напорных каналов мембран. Рис. Устройство и схема потоков рулонного ультрафильтрационного модуля.