Вход

Оптимизация процесса обработки воды методом ультрафильтрации

Реферат по географии, экономической географии
Дата добавления: 20 ноября 2011
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 332 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Оптимизация процесса обработки воды мет одом ультрафильтрации А. П. Андрианов, инж. (МГСУ); А. Г. Первов, д-р техн. наук (ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО) Все больше внимания в настоящее время уделяется поиску новых перспекти вных методов очистки воды, более компактных, дешевых, простых в эксплуат ации по сравнению с традиционными. К их числу относятся мембранные метод ы: ультрафильтрация и нанофильтрация. Оба процесса имеют сходное аппаратурное оформление, но в технологическ ом плане имеются принципиальные различия. Если при эксплуатации нанофи льтрационных установок накопившиеся в процессе работы на поверхности мембран осадки (задержанные из воды загрязнения) удаляются с помощью хим ических промывок (т. е. с применением реагентов), то при эксплуатации ультр афильтрационных мембран удаление загрязнений с поверхности мембран пр оизводится обратным током, как у фильтров с зернистой загрузкой. Поэтому безреагентная ультрафильтрация считается за рубежом технологией буду щего [1; 2]. Ультрафильтрация – это мембранный процесс, занимающий промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрацио нные мембраны имеют размер пор от 20 до 1000 Е ( или 0,002– 0,1 мкм) и позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоид ные примеси, макромолекулы (нижний предел молекулярной массы составляе т несколько тысяч), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бакт ерии и вирусы. Таким образом, использование мембранной ультрафильтраци и для очистки воды позволяет сохранить ее солевой состав и осуществить о светление и обеззараживание воды без применения химических веществ, чт о делает эту технологию перспективной с экологической и экономической точек зрения. Технология обработки воды с помощью ультрафильтрационных мембран закл ючается в «тупиковой» фильтрации воды через мембрану без сброса концен трата. Такой режим работы позволяет сократить расход воды на собственны е нужды станции очистки и уменьшить ее общее энергопотребление. Процесс фильтрования длится 20-60 мин, после чего следует обратная промывка мембран ы. Для этого часть очищенной воды под давлением подается в фильтратный т ракт в течение 20-60 с. В процессе обратной промывки вода уносит с поверхност и мембран слой накопившихся загрязнений. На рис. 1 показаны устройство и с хема работы ультрафильтрационных рулонных элементов. Рис. 1. Ультрафильтрационный модуль а - рабочий режим; б - режим промывки; 1 - исходная вода; 2 - фильтрат; 3 - рулонный э лемент; 4 - сброс концентрата; 5 - обратная промывка фильтратом В процессе длительной работы производительность мембранных аппаратов постепенно уменьшается, так как на турбулизаторной сетке, на поверхност и и на стенках пор мембран сорбируются различные вещества и отлагаются ч астички загрязнений, увеличивающие общее гидравлическое сопротивлени е мембранных аппаратов. Для восстановления первоначальной производите льности несколько раз в год проводится химическая промывка мембранных аппаратов специальными кислотными и щелочными реагентами для удаления накопленных загрязнений. При конструировании систем очистки воды на основе метода ультрафильтр ации основной задачей, встающей перед проектировщиком, является правил ьное определение продолжительности прямого фильтрования, а также част оты и интенсивности обратных промывок. Эти параметры зависят от качеств а исходной воды и определяются исходя из оптимальных соотношений произ водительности ультрафильтрационной установки и ее общего водопотребл ения [3]. Правильный выбор режима промывки обеспечивает эффективную рабо ту установки, заключающуюся в длительном сохранении производительност и и качества фильтрата. Авторами на примере обезжелезивания подземной в оды была разработана методика поиска оптимальных параметров работы ул ьтрафильтрационной установки. Эффективность обратной промывки зависит от ее интенсивности (при неизм енном давлении промывки можно оперировать длительностью обратной пром ывки) ф и интервала между промывка ми (продолжительность фильтроцикла) t. При заданном времени ф эффективность работы установки зависит от продолжительности t: чем меньше t, тем эффективнее проходит отмывка мембр аны от загрязнений, но тем больше образуется промывной воды. Исследовани я по оптимизации процесса обратной промывки ставят целью определить та кие значения ф и t для различного со става обрабатываемой воды, которые соответствуют наибольшему количест ву очищенной воды, полученной в течение времени Т. Исследования проводил ись на модельных растворах хлорида железа (III) на ультрафильтрационных ме мбранах марки УАМ-150. На рис. 2 показано снижение производительности мембр анного аппарата с течением времени для разных концентраций железа в исх одной воде. Рис. 2. Снижение производительности мембранных аппаратов во времени при различных концентрациях железа в исходной воде, мг/л 1 - 5; 2 - 10; 3 - 15; 4 - 20 Для определения оптимальных величин продолжительности фильтроцикла и промывки проводилось несколько сери й экспериментов с различной продолжительностью обратной промывки. В ка ждой серии при фиксированной длительности обратной промывки менялась продолжительность фильтроцикла. Зависимости объема фильтрата и промыв ной воды от времени работы установки для одной серии экспериментов прив едены на рис. 3 (продолжительность обратной промывки 30 с). Поиск оптимальных соотношений длительности фильтроцикла и промывки пр оизводится по максимальной полезной производительности мембранного а ппарата, которую можно определить как Vполезн = Vф - Vпр.. Сначала оптимальные точки находились отдельно для каждой продолжительности промывки. На ри с. 4 показано определение оптимальной продолжительности фильтроцикла п ри длительности промывки 30 с. Затем полученные кривые зависимости полез ного объема чистой воды от продолжительности фильтроцикла сводятся в о дин график (рис. 5), и по точкам максимумов этих кривых строится результиру ющая кривая, которая позволяет определить максимальное количество очи щенной воды в зависимости от t и ф и соответственно найти оптимальную длительность обратной промывки. Эксп ерименты по приведенному алгоритму определения точки оптимума повторя ются для различных концентраций железа в исходной воде. Таким образом, полученные в результате проведенных экспериментов данн ые могут использоваться в качестве рекомендаций при разработке систем обезжелезивания на основе мембранной ультрафильтрации. Рис. 3. Зависимость объема фильтрата (сплошная линия) и промывной воды (пун ктирная линия) от времени работы установки при длительности промывки 30 с продолжительность фильтроцикла, мин: 1, 1 ў - 15; 2, 2ў - 30; 3, 3ў - 60 Рис. 4. Определение оптимальной продолжительности фильтроцикла при длит ельности обратной промывки 30 с 1 - Vф; 2 - Vполезн; 3 - Vпр Помимо указанных выше параметров на эффективность работы мембранных а ппаратов влияет величина давления: рабочего и обратной промывки. При опр еделении точки оптимума необходимо учитывать не только полезную произ водительность, но и объемы исходной и сбрасываемой в канализацию воды, п ри этом вычисление оптимальных соотношений длительности промывки и фи льтроцикла производится на основе экономических расчетов. Рис. 5. Определение оптимальной продолжительности промывки для разной пр одолжительности фильтроцикла продолжительность обратной промывки, с: 1 - 15; 2 - 30; 3 - 45; 4 - 60; пунктир - оптимум В результате исследований разработаны технологические схемы и констру кции установок, предназначенных для обработки подземных вод с повышенн ым содержанием железа. В зависимости от состава исходной воды производи тся выбор той или иной модификации установок, отличающихся устройством аэрации и маркой используемых мембран. Вместе с удалением железа на уста новках обеззараживают воду без использования реагентов, удаляют серов одород и осветляют воду в случае выноса из скважины глинистых частиц. Метод обезжелезивания воды с помощью ультрафильтрации рекомендуется п рименять при следующих показателях качества исходной воды: железо обще е – не более 40 мг/л; щелочность – не более (1+Fe2+/28) мг-экв/л; рН – не менее 6 (водор одный показатель воды после аэрации должен быть не менее 6,7-7); содержание Н 2S – не более 5 мг/л; перманганатная окисляемость – не более 6-10 мг/л. При содержании железа до 5 мг/л и сероводорода до 2 мг/л применяется схема с упрощенной аэрацией и фильтрованием на мембранах типа УАМ-500 и УАМ-1000. При с одержании железа до 20-40 мг/л и сероводорода выше 2 мг/л используется аэрация эжектированием или барботированием и дополнительная упрощенная аэрац ия. При содержании в исходной воде трудноокисляемого железа, низких знач ениях рН и отсутствии растворенной углекислоты степень аэрации увелич ивается. В зависимости от продолжительности процесса окисления двухва лентного железа и расчетной производительности установки обезжелезив ания назначается объем аэрационных сооружений. При наличии в исходной воде грубодисперсных примесей и песка в начале те хнологического тракта предусматривается сетчатый самопромывающийся фильтр с размером ячеек 100- 200 мкм. Внешний вид и принципиальная технологиче ская схема установки приведены на рис. 6 и 7. В зависимости от содержания же леза и мутности исходной воды потребление воды на собственные нужды ста нции составляет не более 3-5 %, удельная потребляемая мощность 1,5-2 кВт∙'95ч/м3. Рис. 7. Технологическая схема обезжелезивания подземных вод с использова нием ультрафильтрации (при содержании железа в исходной воде не более 5 м г/л) 1 - регулирующая напорная емкость с реле давления; 2 - магнитный клапан на вх оде в установку; 3 - бак-аэратор; 4 - рабочий насос; 5 - блок рулонных ультрафиль трационных модулей; 6 - магнитные клапаны обратной промывки; 7 - напорный ба к обратной промывки; 8 - бак-накопитель очищенной воды; 9 - сетевой насос; 10 - на порный сетевой бак с реле давления Выводы Теоретически обоснован и разработан процесс очистки воды методом ультрафильтрации. Предложена методика ра счета параметров эксплуатации систем ультрафильтрации, на основании к оторой в зависимости от состава очищаемой воды назначаются: величина ра бочего давления, продолжительность фильтроцикла, время обратной промы вки, процент расхода воды на собственные нужды станции. Разработанные ре комендации легли в основу создания систем ультрафильтрации, используе мых НИИ ВОДГЕО для обезжелезивания воды и улучшения качества водопрово дной воды на объектах водоснабжения. Список литературы 1. Первов А. Г., Мотовилова Н. Б., Андрианов А. П. Ультрафильтрация – технология будущего // Водоснабжение и сан. техни ка. 2001. № 9. 2. Laine J.-M., Vial D., Moulart P. Status after 10 years of operation – overview of UF technology today // Proc. of the Conf. on Membranes in Drinking and Industrial Water Production (Paris, 3-6 October). - 2000. V. 1. 3. Mores W. D., Bowman C. N., Davis R. H. Theoretical and experimental flux maximization by optimization of backpulsing // J. Membr. Sci. 2000. № 165.
© Рефератбанк, 2002 - 2017