Установки мембранного разделения воды

Из мембранных элементов собираются установки. Они принципиально отличаются для процессов микрофильтрации и ультрафильтрации воды, с одной стороны, и нанофильтрации и обратного осмоса с другой. При этом их схемы мало зависят от типа используемых мембран или элементов.

При удалении механических примесей воды, когда возможно отстаивание удаленных частиц, либо имеется необходимость концентрирования выделенного компонента, используется следующая схема . В емкость-смеситель подается исходный и оборотный (концентрат) растворы, а в ряде случаев и специальные добавки, способствующие агрегатированию частиц или повышающие селективность разделения. Насос создает необходимый напор и расход раствора для продавливания воды через мембрану и организации циркуляции концентрата в емкость.
В емкости осаждаются извлеченные из воды частицы и в виде шлама удаляются из нее. Если осаждения загрязнений не происходит, то работа установки производится до повышения их концентрации до заданного значения, после чего концентрат начинает выводиться либо порционно, либо всем объемом емкости 1 , а затем цикл повторяется.

Давление на мембране и расход раствора на циркуляцию регулиру ется вентилем. Как отмечалось выше, для создания турбулентного режима движения воды в межмембранных каналах необходимо обеспечить ее скорость на уровне 2–4 м/с, а расход циркулирующего раствора должен быть примерно в 5 раз больше, чем пермеата. В этом случае достигается относительно продолжительная работа без забивания мембран твердыми частицами или липкими взвесями воды. Типичный характер зависимости производительности мембран от времени работы демонстрирует плавное ее уменьшение даже при регулярных обратных промывках.

Схема установки для молекулярного разделения (извлечения солей из воды методом обратного осмоса) показана на рис. 1. В качестве примера показана установка производительностью 50 м³/ч.

а

б

Рис. 1. Обратноосмотическая установка производительностью 50 м³/ч; а – схема установки, б – внешний вид:

1 – повысительный насос, он же промывочный; 2 – высоконапорный насос; 3 – дозирующий насос; 4 – микрофильтр; 5 – бак ингибитора; 6 – бак промывки; 7 – защита насоса по сухому ходу; 8 – защита трубопроводов по давлению; 9 – блок мембранных модулей

Обязательным условием работы установки обратного осмоса является предварительное удаление взвесей воды на микрофильтрах 4 с размером пор не более 5 мкм. Используются патронные фильтры типа ХИФ со стандартными картриджами фирмы « Harmsco ». Затем насосом 2 , соответствующего данному процессу и используемым обратноосмотическими мембранами давления, как правило, марки « Grundfos », раствор подается на блоки мембранных элементов, которые соединены параллельно по пермеату и последовательно по концентрату. В результате, несмотря на то, что на каждой ступени обратного осмоса выход пермеата невелик, его суммарный объем может составлять 60–75% от исходного. Причем количество элементов обратного осмоса в блоках, расположенных по ходу движения воды, уменьшается. Этим обеспечивается поддержание необходимой скорости протока воды через обратноосмотический мембранный элемент при сокращении ее количества после каждой ступени обратного осмоса. Минимальный объем концентрата ограничивается не только гидродинамикой аппарата, а прежде всего растворимостью удаляемых из воды солей, в основном солей жесткости, которые могут отлагаться на поверхности обратноосмотических мембран.

При работе установок нанофильтрации и обратного осмоса производительность также падает, однако, поскольку обратноосмотические мембраны загрязняются растворимыми солями, их периодическая отмывка специальными реагентами позволяет стабилизировать их работу. Подробнее особенности работы установок обратного осмоса и нанофильтрации и их обслуживания описаны в разделах 3.3 и 3.4.