Ультрафильтрация

Установки ультрафильтрации для очистки воды

Ультрафильтрация – мембранный процесс, занимающий промежуточное место между микрофильтрацией и нанофильтрацией. Мембраны для ультрафильтрации имеют размер пор от 0,05 мкм (минимальных размер пор микрофильтрационных мембран) до 10 нм (максимальный размер пор нанофильтрационных мембрана).

Основная сфера применения ультрафильтрации выделение макромолекулярных веществ из растворов, при этом минимальный предел выделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч Дальтон. Для отделения растворенных органических соединений с молекулярной массой от нескольких сотен до нескольких тысяч Дальтон (Да) применяет мембранный процесс – нанофильтрация. Ультрафильтрационные мембраны являются пористыми, следовательно задержка частиц определяется в основном формой и размером и пор. Транспорт растворителя в данном случае прямо пропорционален приложенному давлению. При микро- и ультрафильтрации протекают одинаковые мембранные явления и производится одинаковый принцип разделения.

Однако ультрафильтрационные мембраны, в отличии от микрофильтрационных, имеют асимметричное строение. При этом гидродинамическое сопротивление определяется малой долей общей толщины мембраны для ультрафильтрации воды, тогда как при микрофильтрации, видимо, в гидродинамическое сопротивление дает вклад полная толщина мембраны. Толщина верхнего слоя ультрафильтрационной мембраны, как правило, равна не более 1 мкм.

УФ мембрана полисульфон

Сечение ультрафильтрационной полисульфоновой мембраны под электронным микроскопом (х 10000)

Промышленное применение технологии ультрафильтрации – фракционирование макромолекул: крупные молекулы задерживаются мембраной, в то время как небольшие молекулы вместе с молекулами растворителя свободно проходят через мембрану. Для подбора ультрафильтрационных мембран, производители используют концепцию молекулярной массы “отсечения”. Однако, кроме молекулярной массы на селективность ультрафильтрационных мембран значительное влияние оказывает явление концентрационной поляризации. К примеру, мембрана ультрафильтрации с отсечением 40 КДа полностью проницаема для цитохрома с массой молекулы 14,4 КДа. При этом в смеси цитохрома и альбумина (67КДа) будет задерживается как альбумин, так и значительная часть цитохрома. Причина данного явления – концентрационная поляризация. Мембрана непроницаема для  альбумина, который формирует на поверхности мембраны дополнительный слой, работающий как динамическая мембрана, задерживающая цитохрома. Различные растворенные вещества, такие как, линейные макромолекулы (полиэтиленгликоль,  декстран и др.)  или глобулярные белки существенно влияют на характеристики мембранного отсечения в процессе ультрафильтрации. Следовательно при подпоре ультрафильтрационных мембран для различных технологических процессов необходимо учитывать влияние концентрационной поляризации и распределение по молекулярным массам, характерное для большинства полимеров.

Ультрафильтрация широко применяется в промышленности и лабораториях для решения задач, связанных с разделением высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений. Это очистка сточных вод промышленных предприятий, разделение и концентрирование продуктов в пищевом и молочном производстве, извлечение высокомолекулярных соединений (ВМС) в  химической и текстильной промышленности, металлургии, в кожевенной промышленности, а также при производстве бумаги.

Для решения существующих проблем в очистке сточных вод от тяжелых металлов до низких концентраций ПДК создан ряд современных очистных сооружений, позволяющих вести промышленную очистку воды от взвешенных веществ, тяжелых металлов, нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), и других вредных веществ. Работа очистных сооружений основана на новых технология очистки воды: электрофлотации и ультрафильтрации.

Ультрафильтрация в очистке сточных вод

Технологическая схема очистки сточных вод с применением ультрафильтрации

Выше представлена технологическая схема очистки сточных вод гальванического производства с последующим сбросом очищенной воды в систему канализации, либо подачей на установку обратного осмоса для обессоливания при создании оборотного водоснабжения предприятия. Данная система промышленной очистки воды рекомендуется для использования при проектировании новых очистных сооружений, либо реконструкции действующих систем очистки сточных вод для повышения их экологической безопасности и экономической эффективности.

Подобная технология очистки воды успешно реализована на нескольких очистных сооружениях гальванических производств в РФ. Технология предусматривает обработку кислотно-щелочных и хромсодержащих сточных вод в самостоятельных технологических цепочках. Технология обеспечивает глубокую очистку сточных воды от тяжелых металлов до уровня 0,005 мг/л, взвешенных веществ и нефтепродуктов до 0,01–0,05 мг/л. Рекомендуется для вновь строящихся очистных сооружений в регионах с жесткими нормами ПДК.

Ультрафильтрация

Юго-западная водопроводная станция Москвы. Ультрафильтрация после озонирования воды.

Представленные технологии нашли применение в модульных, блочно-модульных и сборных установках. Разработаны различные модификации модульных установок в зависимости от состава сточных вод и климатических условий.

Модульные установки очистки воды производительностью от 0,1 до 50 м3/ч отвечают современным гигиеническим нормам и предназначены для промышленной очистки воды до требований ПДК рыбохозяйственных водоемов.

Ультрафильтрация – мембранный процесс, находящийся между микрофильтрацией и нанофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют диаметр пор 0,005-0,2 мкм и позволяют задерживать высокодисперсные и коллоидные частицы, макромолекулы с нижним пределом молекулярной массы до нескольких тысяч, микроорганизмы и водоросли. Сравнительная таблица фильтрующих способностей различных мембранных процессов представлена здесь (таблица подготовлена специалистами РХТУ им. Д.И. Менделеева).

Ультрафильтрация это продавливание жидкости через полупроницаемую мембрану, являющейся проницаемой для ионов и малых молекул и, в тоже время непроницаемой для коллоидных частиц и макромолекул. Ультрафильтрация растворов, содержащих молекулы ВМС (высокодисперсных систем), в отличие от ультрафильтрации золей, называют молекулярной фильтрацией. Ультрафильтрацию можно рассматривать как гиперфильтрацию, когда мембрана пропускает только молекулы растворителя или как диализ под давлением. В первом случае мембранный процесс обычно называют обратным осмосом.

Характеристики некоторых ультрафильтрационных мембран

Фирма-
изготовитель
(страна)
Марка мембраны Материалы
мембраны
Рабочее
давление,
МПа
Проницаемость
G · 103,
м3/(м2 · ч)
Задерживаемые вещества Селективность,
%
молекулярная
масса
наименование
«Амикон»
(США)
UM05 Полиэлектролитный
комплекс
0,38 12 – 24 594 Раффиноза 90
24 – 48 18 000 Миоглобин 95
DМ5 48 – 60 10 000 Декстран Т10 90
UM10 60 – 180 67 000 Альбумин 98
РМ10 600 – 2400 24 500 Химотрипсиноген 95
UМ20 300 – 1500 142 000 Альдолаза
РМ30 1200 – 3000 98
ХМ30 300 – 1200 95
ХМ100 0,07 240 – 840 48000 Апоферритин
ХМ300 420 – 1200 960 000 19S глобулин 98
«Миллипор»
(США)
РSАС 0,18 60 10 000 100
РТGС 360 25 000
РSЕD 120 100 000
РТНК 900 200 000
РSVР 180 3 000 000
«Дайцел»
(Япония)
DUY-01 Сополимеры
акрилонитрила
0,7 1000
DUY-10 0,71 10 000
DUY-15 0,7 15 000
DUY-20 20 000
DUY-50 50 000

Мембраны для ультрафильтрации как правило изготавливаются в виде цилиндрических патронов или пластин из микропористых неорганических материалов, но чаще всего из синтетических полимеров (полиамиды, полисульфоны, полиэфирсульфоны, ПВДФ и пр.). Максимальный размер проходящих через мембрану молекул частиц (частиц) находится в пределах от нескольких мкм до сотых долей мкм. Селективность (разделяющая способность) мембран зависит от их физико-химических свойств и структуры, состава фильтруемой среды, давления, температуры и других факторов.

Ультрафильтрация в качестве метода очистки воды, концентрирования сточных вод,  и/или фракционирования ВМС и многокомпонентных систем находит широкое применение в промышленном производстве. Ультрафильтры используют для очистки воды от ионных и не ионных загрязняющих веществ, органических растворителей, дизельного топлива и масел, разделения смесей белков (извлечение фосфолипидов из фосфатидного концентрата), производства витаминов и ферментов. Ультрафильтрацию применяют для микробиологического и дисперсионного анализа, а также анализа загрязнений воздушных масс и водных объектов бытовыми и промышленными отходами.

Скачать опросный лист – Очистка сточных вод

Меню
error: Content is protected !!