ОБРАТНЫЙ ОСМОС И НАНОФИЛЬТРАЦИЯ. 31.4. Типы мембранных аппаратов и их конструкций

Википедия очистки воды

Наиболее полная информация о чистой воде, дополняемая Вами.

ОБРАТНЫЙ ОСМОС И НАНОФИЛЬТРАЦИЯ. 31.4. Типы мембранных аппаратов и их конструкций

В рубрике Водоподготовка для промышленности Обновлено 24.01.2017

ОБРАТНЫЙ ОСМОС И НАНОФИЛЬТРАЦИЯ


31.4. Типы мембранных аппаратов и их конструкций

     Мембраны помещают в аппарат, работающий под давлением. Основными компонентами аппарата являются: 
1. Мембрана. 
2. Поддерживающий слой (дренаж) для сбора и отвода очищенной воды. 
3. Сепаратор-турбулизатор, помещаемый в канал для образования турбулизации потока. 
4. Устройства для ввода исходной воды, отвода концентрата и очищенной воды. 
5. Напорный корпус. 
    Аппараты типа фильтр-пресс используют плоские листовые мембраны и представляют собой первые конструкции обратноосмотических аппаратов. 
    Сборка фильтр-прессного аппарата состоит из нескольких плоских дренажных плит, на которые укладываются плоские мембраны, и специальных рамок, помещаемых между дренажными плитами. Рамка, помещенная между двумя мембранами, образует канал (рис. 31.3). В рамках сделаны отверстия и протоки для распределения исходной воды и сбора фильтрата. Вся конструкция собирается из чередующихся дренажных плит и рамок, которые прижимаются друг к другу с помощью стяжных болтов и фланцевых плит. 
    Существуют различные виды фильтр-прессных аппаратов. В аппаратах прямоугольной формы исходная вода движется вдоль камеры, поступая с одной стороны камеры и собираясь – с другой стороны. Стяжные болты располагаются по периметру фланцевой плиты. 
    В аппаратах круглой формы (дискового типа) стяжной болт располагается в центре круга. Исходная вода движется радиально из центра к периферии круглой камеры, выходя наружу. Вся сборка помещается в напорный корпус цилиндрической формы (см. рис. 31.3). 
    Такие аппараты очень дороги, что ограничивает их применение в основном в системах очистки обратного осмоса малой производительности, а чаще – в системах ультрафильтрации. 
    Рулонные элементы являются в настоящее время наиболее распространенной конструкцией. За многие годы конструкция многократно совершенствовалась с целью улучшить геометрию каналов и потокораспределение, испытывались новые сепараторы-турбулиза-торы, дренажные материалы, клеи и т.д. 
    Рулонные элементы изготавливаются из плоских мембран, которые оборачиваются вокруг перфорированной трубки для сбора очищенной воды. Мембраны склеиваются в «пакеты», которые приклеиваются одной кромкой к перфорированной фильтратоотворяющей трубке и оборачиваются вокруг нее. Каждый пакет состоит из двух листов мембран, между которыми проложена специальная дренажная ткань для сбора и отвода фильтрата, а края пакета проклеены спе-циальными эпоксидным клеем. Клей наносится по краям мембран



Рис. 31.3. Устройство фильтр-прессного аппарата круглой формы компании «Рокем» (США): а – устройство мембранного диска; б – общий вид аппарата в напорном корпусе; в – схема распределения потоков; 1 – мембранный диск; 2 – разделительная рамка-диск; 3 – торцевая плита-крошка; 4 – сепараторный диск; 5 – стяжной болт и гайка; 6 – вход; 7 – корпус; 8 – уплотнительное кольцо; 9 – выход фильтрата


в процессе закручивания «пакетов» вокруг фильтратоотводящей трубки. Между «пакетами» прокладывается сепараторная сетка, которая обеспечивает прохождение потока исходного раствора между мембранами. Таким образом, канал для прохождения обессоливаемой воды образуется сепараторной сеткой, проложенной между двумя мембранами, играющей роль также и турбулизатора потока (рис. 31.4).





Рис. 31.4. Устройство рулонного фильтрующего элемента


    Обессоленная вода проходит через мембрану внутрь «пакета» и, проходя по дренажному слою, по спирали проходит к центральной фильтратоотводящей трубке, собирается в ней через перфорированные отверстия и выводится из аппарата. 
    После «скручивания» рулонного элемента его оборачивают специальной пленкой или наносят стеклопластиковое покрытие для придания ему механической прочности. После того как скрепляющий клей твердеет, края элемента ровно обрезают. 
    Рулонные элементы помещают в напорные корпуса, от одного до семи элементов друг за другом. Существуют разнообразные конструкции для крепления элементов в напорном корпусе (рис. 31.5). Каждый отдельный элемент обычно рекомендуется помещать в корпусе установки таким образом, чтобы соотношение количества обессоленной воды, прошедшей через мембраны (фильтрата) и исходной воды, поступающей в аппарат, в единицу времени было 1:10. Это определяется гидродинамическими характеристиками мембран и явлением концентрационной поляризации, уровень который должен быть сведен к минимуму. Поэтому для того, чтобы в промышленных установках обеспечить соотношение расходов фильтрата и концентрата на уровне 1:1,5 или 1:2, мембранные аппараты компонуются таким образом, что путь воды составляет до 18 м. Такое подключение называется «елочкой», так как по мере увеличения расхода фильтрата уменьшается число параллельно работающих аппаратов (рис. 31.6).





Рис. 31.5. Устройство мембранного аппарата: рулонный элемент, помещенный в корпус: 1 – длина корпуса; 2 – крышка; 3 – адаптор; 4 – корпус; 5 – выход фильтрата; 6 – патрубок подачи исходной воды; 7 – «ласточкин хвост»; 8 – соединительная муфта; 9 – рулонные мембранные элементы; 10 – «канавка» для стопорного кольца; 11 – патрубок выхода концентрата




Рис. 31.6. Коническая каскадная однопроходная схема («елочка»)

    Фильтрат со всех элементов собирается в общий трубопровод. Рулонные элементы оказались наиболее удобными в эксплуатации. Элементы легко подвергать химической регенерации (промывке), легко производить замену элементов в установке. Конструкции и размеры элементов унифицированы, поэтому возможно покупать элементы одинаковых типоразмеров от различных производителей. 
     В мембранных аппаратах могут также использоваться мембраны в виде полых волокон (трубчатой формы). Волокна изготавливаются с внутренним диаметром от 19 до 70 мкм и наружным от 85 до 160 мкм. Исходная вода фильтруется снаружи внутрь волокна. Намотка полых волокон в аппарате производится таким образом, чтобы все волокна располагались параллельно перфорированной распределительной трубке, проходящей по оси аппарата (рис. 31.7).



Рис. 31.7. Устройство аппарата с мембранами в виде полого волокна


    Концы волокон с обеих сторон аппарата заключаются в «монолитные блоки» из эпоксидной смолы. С одной стороны бок делают «глухим», с другой стороны волокна проходят «насквозь» через блок. После отверждения блока концы волокон обрезают. Таким образом, фильтрат отводится с торца аппарата. 
    Исходная вода поступает в перфорированную трубку по оси аппарата и радиально движется от центра к краям аппарата. Концентрат отводится через зазор между «глухим» блоком и корпусом, а фильтрат через торец фильтратоотводящего блока собирается в пористом фильтратосборном блоке и через фильтратоотводящую трубку выводится из аппарата. 
    Аппарат помещается в напорный трубчатый корпус, с торцов закрытый круглыми крышками с уплотнительными манжетами. Исходная вода, фильтрат и концентрат подаются через специальные патрубки, соединенные с торцевыми крышками. 
    В последнее время аппараты обратного осмоса с полым волокном полностью вытеснены рулонными элементами. Однако конструкция аппаратов с полыми волокнами большого диаметра (так называемыми капиллярными) в настоящее время широко и успешно применяется в ультрафильтрации благодаря возможности проведения гидравлических промывок (см. гл. 18.7).



Рубрики:

  1. Водоподготовка
  2. Водоочистка
  3. Водоснабжение