Новая мембранная система очистки, представленная на выставке WEFTEC, оснащена полимерной мембраной низкого давления с волокнами, специально сделанными так, чтоб никогда не ломаться.
Эти «неломающиеся» волокна не только экономят конечному пользователю затраты на ремонт волокон, но они также имеют высокую проницаемость, более устойчивы к загрязнению, и менее требовательны к энергии и химическим реагентам, чем другие микро- и ультрафильтрационные мембраны.
Ультрафильтрационная система Aqua, предложенная компанией Aqua-Aerobic Systems, использует специальные половолоконные мембраны, изготовленные компанией inge GmbH, одним из подразделений компании BASF.
В отличие от других половолоконных мембран, где каждое волокно представляет собой тонкую нитку с одним отверстием в ней, волокна производства inge GmbH пронизывают семь отверстий. Вдобавок, это запатентованное волокно Multibore® сделано из однокомпонентного материала. Результат аналогичен силе каната, сделанного из нескольких веревок. В отличие от традиционных мембран, где используется одно мембранное волокно, в мембране Inge соединяюся семь волокон, формируя крепкую мультипористую структуру.
Традиционно мембранные волокна производятся с использованием процесса термоиндуцированного разделения фаз. Ультрафильтрационная мембрана Aqua производится с применением процесса разделение фаз, индуцированного растворителем (испарением растворителя). Термоиндуцированное разделение фаз создает более сильную и толстую мембрану. При разделении фаз, индуцированном растворителем, получаются мембраны с большей проницаемостью и более низким трансмембранным давлением, которое приводит к меньшему количеству мембран в системе и более низким затратам насосов на очистку потока. Процесс разделения фаз, индуцированный растворителем, ослабляет обычное волокно с одним поровым пространством, но не уменьшает силу, создаваемую многопоровой конструкцией волокон Inge.
Мембраны, используемые в системе Aqua, сделаны из полиэфирсульфона. Большинство ультрафильтрационных и микрофильтрационных мембран сделано из поливинлденфторида, так как он более гибкий (менее хрупкий), чем полиэфирсульфон и более устойчив к хлорным и другим окислителям. Однако разница в гибкости между обоими материалами абсолютно не отражается на силе многопорового волокна Inge. Так как полиэфирсульфон очищается с помощью щелочи, а не хлора, как поливинлденфторид, разница в устойчивости к хлору незначительна.
Так как сила материала и устойчивость к хлору не являются проблемой для мембран с мультипопровыми волокнами, полиэфирсульфон используется, так как дает некоторые преимущества перед поливинлденфторидом, приводящие к более низким затратам на эксплуатацию и обслуживание:
- Полиэфирсульфон более гидрофилен, в связи с чем твердые частицы имеют меньше тенденции прилипать к поверхности мембраны. Это означает потребность в меньшем количестве воды для обратной промывки и чистящих средствах, необходимых для удаления твердых частиц.
- Поры в полиэфирсульфоне могут быть сделаны меньше и более однородными, чем в поливинлденфториде. В результате меньше давления требуется, чтобы пропустить один и тот же поток через мембрану одной и той же площади. Также, больше вирусов отражается. В мембране inge эффективность удаления вирусов оценивается в 4 log.
Полиэфирсульфон может быть очищен при более высоких рН, чем поливинлденфторид. Так как щелочь подходит лучше для растворения органических веществ чем хлор, то требуется меньше химических реагентов.
Схема обратной промывки в мембранах, работающих при направлении потока:
- 1. Снаружи — вовнутрь
- 2. Изнутри — наружу ( Aqua UF)
Лучшая эффективность обратной промывки
Во время фильтрация на большинстве микро- и ультрафильтрационных мембран, подаваемая вода течет с внешней стороны волокна, через материал волокна в отверстие внутри волокна, то есть «снаружи-вовнутрь». Фильтрация в ультрафильтрационной системе Aqua идет наоборот, изнутри каждой мультипорового волокна к наружной стороне. Чтобы убедиться, что твердые частицы отфильтровываются равномерно по всей длине волокна, поток в волокне чередуется.
Преимущества направления потока изнутри наружу становятся очевидными во время периодических циклов обратной промывки, когда поток меняет направление. В стандартных мембранах при потоке снаружи-внутрь, происходит снижение давления, так как обратный поток воды поднимается через внутреннюю поверхность волокна таким образом, что поток внизу волокна больше, чем поток наверху. Вдобавок, необходим сжатый воздух для удаления твердых частиц, которые собираются на наружной стороне волокон внизу модуля.
В мембранах с движением изнутри наружу, используемых в Aqua system, нет разницы в давлении между промывочной водой, входящей в верхней части волокна и нижней части волокна. Поэтому поток воды обратной промывки равномерный. Требуется меньше воды для достижения того же уровня удаления твердых частиц. Так же, не требуется воздух, потому что твердым частицам негде накапливаться. Следовательно, система не имеет воздуходувок для обслуживания и использует значительно меньше энергии.
Низкая степень закупоривания
Несмотря на общепринятое убеждение, что мембраны с потоком изнутри наружу имеют более высокую тенденцию закупориваться твердыми частицами, для мембран Aqua UF верно обратное.
Для этого существует несколько причин:
- Диаметр каждого отверстия волокна больше, чем в других мембранах с потоком изнутри-наружу; отверстие 0,9 мм используется для вод со средней мутностью потока до 50 NTU и отверстия 1,5 мм используются для воды со средней мутностью потока 200 NTU.
- Гидрофильная природа мембран сводит к минимуму аккумуляцию твердых частиц на поверхности мембраны.
- Поток изнутри-наружу означает, что твердые частицы не собираются с внешней стороны волокон. В то же время, это является причиной закупоривания мембран с потоком снаружи-вовнутрь.
- В поток добавляется коагулянт, снижая тенденцию прилипания твердых частиц к мембране.
Когда небольшое количество коагулянта добавляется в поток, требуется меньшее количество мембран, чтобы получить такой же поток, и меньше воды для обратной промывки и химических реагентов необходимо, чтобы очистить мембраны. Это возмещает затраты на коагулянт так, что появляется чистая экономия в операционных затратах.
Ссылка на источник:
