كم تعرف عن الترشيح الفائق في أنظمة المياه النقية؟ (ط)

1.1. مقدمة في تصنيف عمليات فصل الغشاء

استنادًا إلى دقة الانفصال ، يمكن تقسيم تقنية فصل السائل الغشائي عمومًا إلى أربع فئات: الترشيح الميكروي (MF) ، الترشيح الفائق (UF) ، الترشيح النانوي (NF) والتناضح العكسي (RO). تزيد دقة الترشيح الخاصة بهم بالترتيب أعلاه.

يمكن لترشيح microftration اعتراض الجزيئات بين {{0}}}. 1 و 1 micron. تتيح أغشية الترشيح الميكرويات الجزيئات الكبيرة والمواد الصلبة القابلة للذوبان (أملاح غير عضوية) ، ولكنها سوف تعترض المادة الموقوفة والبكتيريا والرقويات الجزيئية الكبيرة. يكون ضغط التشغيل لأغشية الترشيح المجهرية عمومًا 0. 7-7.

يمكن أن يعترض الترشيح الفائق الجزيئات والبروتينات بين {0}}. 002 و 0.1 ميكرون. تسمح أغشية الترشيح الفائق بالجزيئات الصغيرة والمواد الصلبة القابلة للذوبان (الأملاح غير العضوية) بالمرور ، مع اعتراض الغرويات والبروتينات والكائنات الحية الدقيقة والمواد العضوية الجزيئية. يتراوح نطاق الوزن الجزيئي المقطوع المستخدم للإشارة إلى حجم مسام أغشية الترشيح الفائق بشكل عام بين 1000 و 500000. ضغط التشغيل من غشاء الترشيح الفائق هو عمومًا 1-7.

يمكن للترشيح النانوي اعتراض المواد النانوية (0. 001 micron). نطاق التشغيل من غشاء الترشيح النانوي هو بين الترشيح الفائق والتناضح العكسي. الوزن الجزيئي للمادة العضوية المعترض هو حوالي 200-800 mw ، والقدرة على اعتراض الأملاح الذائبة تتراوح بين 20 ٪ -98} ٪. معدل إزالة الأيونات أحادية التكافؤ القابلة للذوبان أقل من معدلات الأيونات عالية القيمة. يتم استخدام الترشيح النانوي عمومًا لإزالة المواد العضوية والأصباغ في الماء السطحي ، والصلابة والراديوم في المياه الجوفية ، وإزالة الأملاح المذابة جزئيًا ، واستخراج وتركيز مواد مفيدة في إنتاج الغذاء والمستحضرات الصيدلانية. يكون ضغط تشغيل غشاء الترشيح النانوي عمومًا 3. 5-30.

التناضح العكسي هو منتج فصل الغشاء الأكثر تطوراً ، والذي يمكن أن يعترض بشكل فعال جميع الأملاح المذابة والمواد العضوية ذات الوزن الجزيئي أكبر من 100 ، مع السماح جزيئات الماء بالمرور. تستخدم أغشية التناضح العكسي على نطاق واسع في مياه البحر وتحلية المياه المسلحة ، ومياه تغذية الغلاية ، والمياه النقية الصناعية ، وإعداد المياه العالية للصفات الإلكترونية ، وشرب إنتاج المياه النقية ، ومعالجة مياه الصرف الصحي وعمليات فصل خاصة. يتراوح الضغط التشغيلي لأغشية التناضح العكسي بشكل عام بين 12 بارًا للمياه الملوية و 70 بارًا لمياه البحر.

1.2. أنواع وخصائص التطبيق لأغشية الترشيح الفائق

تنقسم أغشية الترشيح الفائق بشكل أساسي إلى أربعة أنواع وفقًا لهيكلها: أغشية الألواح ، والأغشية اللف ، والأغشية الأنبوبية ، وأغشية الألياف المجوفة.

غشاء اللوحة: إنه الغشاء الأقدم ، ولكن لأنه من الصعب ضمان معدل التدفق المناسب على سطح الغشاء ومشاكل الختم المعقدة ، فإن تطبيق هذا النوع من الغشاء محدود للغاية. متطلبات المعالجة ليست صارمة.

غشاء لفة: تم تطويره من أغشية الألواح ، لأن شبكة غشاء لفة تجلب النقاط الميتة ولا يمكن غسلها ، فهو عادة لا يكون مناسبًا لمعالجة المياه الخام الصناعية. فهي مناسبة لفصل المواد عالية الضغط وعالي الضغط ، وما إلى ذلك ، ومتطلبات المعالجة ليست صارمة ؛

الغشاء الأنبوبي: بسبب استهلاكه العالي للطاقة ، فإنه غير مناسب لمعالجة المياه العادية من وجهة نظر اقتصادية. إنه مناسب بشكل عام للسوائل ذات المحتوى الصلب العالي أو تركيز الزيت العالي. من بين الأغشية الأربعة ، تكون متطلبات المعالجة هي الأقل صرامة.

غشاء الألياف المجوفة: نظرًا لأنه يحتوي على ضغط منخفض ، لا توجد نقطة ميتة في القناة ، وتدفق عالي ، ويمكن غسلها الخلفي ، فهو خيار جيد باستثناء المسطحات المائية الخاصة (مثل محتوى الزيت العالي ، المحتوى الصلب العالي ، إلخ). من بين الأغشية الأربعة ، فهي الأكثر استخدامًا في معالجة المياه.

ملاحظة: نظرًا لأن غشاء الألياف المجوفة هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع ، باستثناء النقاط المشتركة في المواد التالية ، يتم شرح جميع المواد الأخرى مع غشاء الألياف المجوفة كمثال.

1.3. نطاق التطبيق

يستخدم الترشيح الفائق على نطاق واسع في مجال معالجة المياه. وفقًا لمناسبات التطبيق ، يمكن استخدامه بشكل أساسي لـ:

1.3.1. المعالجة المائية الخام (المياه السطحية ، المياه الجوفية ، ماء الصنبور)

Clarifier ، استبدال مرشح الرمال ، معالجة RO وعلاج التبادل الأيوني

يستخدم الترشيح الفائق في مرشح ما قبل المعالجة ، ويحل محل مرشح الرمل أو الرمل لإزالة المواد الصلبة والغرويات في الماء الخام لتحسين تشغيل المعدات اللاحقة ، مثل تحسين تردد الغسيل العكسي لمبادل الأيونات وتردد استبدال عناصر الغشاء التناضح العكسي ، ولكنه يتطلب تنظيف/تدفق أكثر تكرارًا. نوع الغشاء عمومًا 100 ، 000 قطع الجزيئي.

1.3.2. علاج التطهير

إزالة الجسيمات (مثل 18WΩ ماء) ، إزالة الكائنات الحية الدقيقة والبيروغنز ، RO أو أيون تبادل ما بعد العلاج

يتم استخدام الترشيح الفائق لإزالة الغرويات والمواد الصلبة في الماء بعد عكس التناضح/معدات التبادل الأيوني. لديها نفاذية عالية من الماء وتردد تنظيف منخفض. لا يتطلب التنظيف/التنظيف المتكرر. يتم تنظيفه فقط عندما ينخفض ​​ضغط النظام إلى مستوى يجعل العملية غير مريحة أو البكتيريا. في الصناعات الصيدلانية والإلكترونية ، يتم وضع الترشيح الفائق عند نقطة الاستخدام لإزالة الكائنات الحية الدقيقة والبيروغنز. نوع الغشاء عمومًا 10 ، 000-100 ، 000 قطع الجزيئية.

1.3.3. تداول الماء وإعادة استخدامه

بعد العلاج الكيميائي الحيوي والتوضيح (الثانوية والثالث)

غشاء متباين الخواص

ألياف جوفاء البوليمر الاصطناعية تتكون من غشاء داخلي ضيق للغاية ورقيق ، وهيكل خارجي يشبه الإسفنج. يعمل هذا الغشاء الداخلي كغشاء فائق شبه قابل للنفاذ.

متوسط ​​ضغط الغشاء

الفرق بين متوسط ​​الضغط لجانب إنتاج المياه ومدخل المياه الخام ومنفذه ،

متوسط ​​ضغط الغشاء=(p في + p Out) / 2 - p إنتاج الماء

الخلف

نقل مياه الجودة المتخلفة من خارج الألياف المجوفة إلى الداخل. نظرًا لأن الماء يتم تمريره عبر الألياف من الاتجاه المعاكس ، فإنه يخفف ويغسل الأوساخ على سطح الغشاء.

ملاحظة: لا يوجد ضغط على الجزء الداخلي من غشاء الألياف خلال هذه العملية.

القاذورات الغروية

تتشكل طبقة هطول الجسيمات على سطح الغشاء داخل الألياف المجوفة.

التركيز أو الرفض

جزء من الماء الخام الذي لا يمكن أن يمر عبر الغشاء ، فإنه يحتوي على شوائب مثل الجزيئات والغرويات والبكتيريا والبيروغنز مع تركيز أعلى من الماء الخام.

استقطاب التركيز

هذه الظاهرة التي تسبب المادة المعلقة المرفوضة لجمع على سطح الغشاء. قوة القص العالية (معدل التدفق المرتفع) في الألياف يمكن أن تقلل من الاستقطاب.

التدفق المتقاطع

يتدفق الماء المركّز في اتجاه موازٍ لسطح الغشاء الفعال ، مما يساعد على التخلص من الحطام الملوث على سطح الغشاء.

الضغط التفاضلي

فرق الضغط بين مدخل ومنبذ أنبوب غشاء الألياف. اختلاف الضغط pd=p in - p out

تدفق لأسفل

يتدفق اتجاه تدفق الدورة الدموية لوحدة غشاء الترشيح الفائق من أعلى إلى أسفل الوحدة.

يٌطعم

ثم يتم تقسيم الماء الذي يدخل نظام الترشيح الفائق إلى ماء المنتج والسائل المركز.

تدفق

معدل تدفق المياه المنتجة التي تمر عبر الغشاء ، وعادة ما يتم التعبير عنها كغالون من الماء لكل قدم مربع من مساحة الغشاء يوميًا (GFD) ، GFD {{0}} lmh x 0.59

التدفق إلى الأمام

عادةً ما يكون اتجاه تدفق الدورة الدموية في النفايات السائلة صعودًا لأنابيب الغشاء المثبتة رأسياً.

طبقة هلام

طبقة من التركيز العالي أو الرواسب الصلبة ، عادة ما تكون مواد الوزن الجزيئي العالية ، تتشكل على السطح الداخلي الفعال للغشاء الفائق في العملية. غالبًا ما تكون نفاذية طبقة الهلام بدلاً من نفاذية غشاء المرشح الذي يحدد تدفق مياه الترشيح الفائق (والذي سيؤدي إلى تأثير ترشيح أكثر تشددًا من قطع الوزن الجزيئي للأغشية الفعلية).

قطع الوزن الجزيئي

خاصية الغشاء الذي يصف معدل الاحتفاظ الاسمي بمذاب في نظام التغذية المعروف ، أي الحد الأدنى لحجم الملوثات المحتجزة.

قطع الاسمية

في نظام حل واحد من المذاب المعروف ، حجم مسام الغشاء المقابل لأقصى معدل الاحتفاظ بالمذاب (عادة 90 ٪).

تتخلل

جزء من الماء الذي يمر عبر غشاء المرشح خالي من الغرويات والجزيئات والكائنات الحية الدقيقة.

استعادة

النسبة المئوية للمياه المنتجة في إجمالي المياه الخام.

٪ الاسترداد=منتج الماء/الماء الخام × 100

rebeentate

وتسمى أيضا التركيز. جزء من التأثير الذي لا يمكن أن يمر عبر غشاء المرشح ، بما في ذلك المواد الصلبة المحتجزة مع تركيز أعلى من التأثير.

زهرة النزيف

جزء من Retentate الذي يتم تفريغه أو إعادة تدويره من وحدة الترشيح الفائق. تمنع عملية التفريغ هذه تراكم المواد الصلبة المحتجزة على جانب ترشيح الغشاء.

تدفق الانعكاس

يدخل السائل أنبوب الغشاء بطريقة متداخلة. يدخل الماء أنبوب الغشاء من أنبوب المدخل العلوي ، وبعد فترة من الزمن ، يتغير للدخول من القاع. هذا التغيير المتداخل يحسن ظروف التدفق في الغشاء.

التدفق الأعلى

يتدفق اتجاه تدفق الدورة الدموية لوحدة غشاء الترشيح الفائق من أسفل إلى أعلى الوحدة النمطية.

3.1 نظرة عامة

الترشيح الفائق هو عملية ترشيح مدفوعة بالتدفق المميز والضغط السائل ، ويفصل الجزيئات في الماء وفقًا للوزن الجزيئي. يكون حجم المسام لغشاء الترشيح الفائق تقريبًا في نطاق 0. 002-0. يمكن أن تمر المواد والمواد الذائبة الأصغر من حجم مسام الغشاء عبر الغشاء كما يتخلل ، في حين سيتم الاحتفاظ بالمواد التي لا يمكن أن تمر عبر الغشاء وتركيزها في النفايات السائلة. لذلك ، سوف يحتوي الماء المنتجة (تتخلل) على الماء والأيونات والجزيئات الصغيرة ، في حين سيتم إزالة الغرويات والجزيئات والبكتيريا والفيروسات والبروتوزوا بواسطة الغشاء.

غشاء الألياف الفائقة الألياف المجوفة عبارة عن مادة بوليمر رقيقة جدًا مصنوعة من ps plysulfone ، أو pelethersulfone pes ، pvdf أو polyacrylonitrile (PAN) مع بنية microporous غير متماثلة. يحتوي غشاء الترشيح الفائق غير المتماثل على سطح داخلي ناعم للغاية ورقيق ({{0}}. 1 ميكرون) مع حجم مسام بين 0. مزيج من هذا السطح الصغير من الغشاء السلس ومواد دعم المسام الأكبر يجعل مقاومة تدفق تصفية الجسيمات الصغيرة صغيرة جدًا وليس سهلة التسد.

3.2 المبادئ الأساسية

الترشيح الفائق عبارة عن عملية تدفق متقاطعة وعرضة ، حيث يتم ترشيح السائل على طول سطح الغشاء. هذا يخلق ظروف القص السائلة على الجدار الداخلي للألياف المجوفة ، مما يجعل من الصعب على الملوثات أن تتشكل على سطح الغشاء.

يتم الضغط على الماء المراد ترشيحه بواسطة مضخة مياه الترشيح الفائق والإدخال في مجموعة الغشاء. نظرًا لفرق الضغط بين الغشاء داخل وخارج الغشاء ، فإن جزءًا من الماء يتخلل الغشاء ، بينما يتم الاحتفاظ بالشوائب في الماء في المياه المتبقية وتصفيتها.

إذا تم إيداع الشوائب المراد فصلها كثيرًا على الغشاء ، اعتمادًا على نوع الغشاء ، فسوف يتسبب ذلك في ترسب الأملاح غير القابلة للذوبان أو تشكيل طبقة تغطية جزئية. لتجنب ذلك ، سوف يتدفق جزء من الماء كتركيز. اعتمادًا على نوع الغشاء والتطبيق ، يجب تنفيذ هذه العملية بشكل مستمر أو أثناء الارتداد.

3.3 خصائص الترشيح الفائق

الترشيح الفائق له العديد من المزايا على طرق التطهير التقليدية:

• يمكن إزالة الكائنات الحية الدقيقة والجزيئات تمامًا

معدل إزالة الملوثات في الماء

مكونات PM10 PM100

السيليكا الغروية 99.8 ٪ 99. 0 ٪

الحديد الغروي 99.8 ٪ 99. 0 ٪

الألومنيوم الغروي 99.8 ٪ 99. 0 ٪

المواد الصلبة المعلقة 5 LRV 4 LRV

التعكر <{{0}}. 3 NTU (عادة أقل من 0.1 NTU)

sdi <1. 0 sdi

الجيارديا 6 LRV 5 LRV

الأوليات 6 LRV 5 LRV

الفطريات 6 LRV 5 LRV

فيروس 5 LRV 4 LRV

endovirus 4 LRV 2 LRV

TOC AVG. 70 ٪ متوسط. 30 ٪

• لا يتأثر تأثير الترشيح بجودة المياه الخام
• يمكنه إزالة البكتيريا المقاومة للكلور
• يحتوي تركيز الترشيح الفائق فقط على تلك المواد الموجودة في الماء الأصلي
• بالمقارنة مع الأساليب التقليدية الأخرى ، فإن كمية الرواسب في الترشيح الفائق أقل بكثير
• يحسن الهيكل المدمج للقوس استخدام المساحة ، ويوفر التكاليف ، ويمكن أن يكون مرنًا للغاية في إضافة المعدات في النباتات الموجودة.
• يمكن أن تحقق الترشيح الفائق الإنتاج الصناعي الآلي بالكامل.
• نظرًا لأن الترشيح الفائق يمكنه تصفية المواد التي تشكل طبقة التغطية ، يمكن زيادة حمل المنطقة في خطوات تنقية الغشاء اللاحقة ، مما يقلل من مقياس جهاز التنقية اللاحق.

تدخل المياه الخام إلى التجويف الداخلي للألياف المجوفة ويتم ترشيحها من الداخل إلى الخارج عبر الألياف.

عادةً ما تدخل المياه الخام من أحد طرفي عنصر الغشاء وتتدفق عبر كامل طول الألياف تحت ضغط 30-40 psi.

يتم تفريغ التركيز مع محتوى صلب أعلى من الطرف الآخر من عنصر الغشاء.

يتدفق المتخلل إلى أنبوب التجميع المتخلل في وسط عنصر الغشاء بعد الترشيح من خلال جدار غشاء الألياف. يتدفق المتخلل من مركز كل عنصر غشاء من خلال أنبوب جمع الماء.

يحتوي الترشيح الفائق عمومًا على وضعين لعملية التشغيل وفقًا لجودة المياه الخام: وضع الترشيح المسدود ووضع ترشيح الدورة الدموية.

4.1 وضع الترشيح المسدود

تستخدم بشكل عام عندما تكون المواد الصلبة المعلقة والمحتوى الغروي في الماء الخام منخفضًا (مثل SS<5, turbidity <5NTU). The raw water enters the membrane tube at a low cross-flow rate, and the concentrated water is discharged from the other end of the membrane tube at a certain proportion. The produced water is produced on the filtrate side of the membrane tube, and the water recovery rate is usually 90%-99%, which is determined by the quality of the raw water. Compared with the circulation mode, the operating cost of dead-end filtration is low, but the recovery rate and the water output capacity of the system may be limited. This mode usually requires regular fast flushing and backwashing to maintain the system output. When the dirt accumulates to a certain extent, chemical cleaning is required for treatment.

4.2 وضع ترشيح التدوير/التدفق المتقاطع

عندما يكون محتوى المواد الصلبة المعلقة في الماء الخام مرتفعًا وفي معظم التطبيقات غير المائية ، من الضروري تقليل معدل الاسترداد للحفاظ على معدل تدفق مرتفع داخل أنبوب الغشاء. هذا سوف يسبب الكثير من مياه الصرف الصحي. من أجل تجنب النفايات ، سيتم إعادة ضغط المياه المركزة التي تم تفريغها وإعادتها إلى أنبوب الغشاء. وبهذه الطريقة ، على الرغم من انخفاض معدل استرداد أنبوب الغشاء ، إلا أن معدل استرداد النظام بأكمله لا يزال مرتفعًا للغاية. في هذا الوضع ، يدور الماء المؤثر بشكل مستمر على سطح الغشاء. تمنع السرعة العالية للمياه المتداولة تراكم الجزيئات على منطقة الغشاء وتزيد من التدفق. نظرًا لأن المياه الأقل تأثيرًا تصبح مياهًا منتجة ، من أجل الحصول على نفس العائد ، يكون استهلاك الطاقة أكبر من وضع الترشيح المسدود.