Мембранная фильтрация под вакуумом
Ультрафильтрация под вакуумом в очистке сточных вод
В напорных системах мембранной фильтрации за счет высоких скоростей проникновения фильтрата сквозь мембраны происходит накопление более концентрированного раствора непосредственно вблизи поверхности мембран (поляризационный слой). Поскольку селективность мембран является постоянной величиной, а концентрация вблизи поверхности мембраны значительно выше общей концентрации загрязнений в растворе, — поляризационный слой существенно мешает процессу фильтрации. Вследствие этого кажущаяся селективность процесса значительно падает, и в фильтрат проходит большее количество загрязнений. Кроме того, формирование поляризационного слоя приводит к снижению производительности мембран, вплоть до их полного засорения.
Для снижения влияния представленных выше эффектов применяют тангенциальную фильтрацию в сочетании с периодической промывкой мембран, что само по себе значительно (в 5 и более раз) увеличивает стоимость очистки сточных вод. Данные эффекты, так же налагают ряд ограничений на концентрацию растворов органических и взвешенных веществ. Таким образом, мембранная очистка сточных вод (например стоков прачечных или типографий, содержащих ПАВ и красители) требует качественной предварительной очистки воды: многоступенчатой механической фильтрации, коагуляции, отстаивание или электрофлотация. В то же время для высокой степени концентрирования сточных вод необходимо значительное увеличение давления, что приведет к увеличению энергозатрат.
Мембранные установки с фильтрованием под вакуумом лишены большинства из представленных выше проблем. В результате незначительного перепада давлений (порядка 0,9 бар), скорость фильтрации в этих процессах значительно ниже, а, следовательно, формирования поляризационного слоя не происходит за счет конвективных потоков вблизи поверхности мембран и невысокого градиента концентраций. Концентрирование сточных вод фармацевтического производства, при достаточном перемешивании их объема, проходит равномерно без резких градиентов. Система работает в режиме тупиковой фильтрации с более низким энергопотреблением и без снижения селективности процесса. Становиться возможным концентрирование сточных вод без дорогостоящей предварительной очистки, перед подачей на мембранную установку, поскольку взвешенные вещества оказывают значительно меньшее влияние на процесс фильтрования под вакуумом.
Конечно снижение скорости фильтрации неизбежно приводит к увеличению необходимой для фильтрования площади мембран и, соответственно к увеличению капитальных затрат на оборудование, но на фоне снижения общих капитальных затрат на системы предварительной очистки воды и возможности обойтись без выпарных установок на финишной стадии концентрирования, вакуумные технологии можно считать относительно равноценными по капитальным затратам. При этом существенное (в 5-10 раз) снижение эксплуатационных затрат, оказывается решающим при сравнении различных технологий предприятием Заказчиком!
Установка нанофильтрации сточных вод под вакуумом
Для решения задачи очистки сточных вод, образующихся в процессе смешения и розлива дезинфицирующих средств на основе четвертичных аммонийных соединений. А также мойки фармацевтических реакторов с СПАВ. Применяется система мембранной фильтрации под вакуумом на основе химически стойких мембран из полипиперазин амида.
Очистка сточных вод производства дезинфицирующих средств от:
-
Додецилдипропилен триамин (включен в Федеральный регистр потенциально опасных химических и биологических веществ);
-
Кокамидопропилбетаин (лаурамидопропилбетаин);
-
Глутаровый альдегид (пентандиаль);
-
Четвертичных аммониевых соединений (ЧАС);
-
Кокобензилдиметиламмоний хлорид (дезинфицирующее средство «Септол»);
-
Бутандиол-1,4 (органический растворитель).
-
Этанол (органический растворитель).
Конструктивное исполнение схоже с производством мембранных биореакторов (МБР). Чтобы снизить скорость и степень загрязнения мембраны взвешенным веществами и коллоидами, наша группа компаний применяет фильтрацию под вакуумом. Мембранные элементы находятся в накопительной емкости. Очищенная от органических веществ вода (фильтрат) под действием вакуумного насоса подается на сброс в водный объект. Концентрат >90% накапливается в емкости и сдается на утилизацию на специализированный полигон для отходов I–II классов опасности.
Новая конструкция мембранной установка нанофильтрации под вакуумом, представленная ниже, была разработана специалистами компании Membrane Engineering Systems и РХТУ им. Д.И. Менделеева для того, чтобы исключить наличие застойных участков в мембранных элементах и обеспечить возможность обратной промывки мембран гидравлическим ударом, по аналогии с технологиями микро- и ультрафильтрации.
Мембранная установка фильтрации сточных вод под вакуумом на основе ультра и нанофильтрационных мембран для очистки сточных вод от органических загрязнений
Преимущества вакуумного режима с PPA-мембранами:
-
Низкое энергопотребление (вакуумные насосы потребляют на 30–50% меньше энергии, чем насосы высокого давления).
-
Материал PPA обеспечивает высокую селективность по многозарядным ионам (Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄²⁻) и органическим молекулам с молекулярной массой >200–1000 Да.
-
Устойчивость к агрессивным средам (полипиперазин амид выдерживает pH 2–11 и кратковременное воздействие хлора).
-
Компактность установки (нет громоздких корпусов высокого давления, экономия площадей).