Микрофильтрация

                                          Содержание

1. Введение………………………………………………………………………..3

2. Мембраны для микрофильтрации……………………………………………4

3. Оборудование  для микрофильтрации………………………………………..5

4. Установки  микрофильтрации для очистки  воды……………………….…...7

5. Области применения  в молочной промышленности………………………14

6. Номинальная  и абсолютная производительность……………………….....17

7. Технические  характеристики УМФ………………………………………...19

8. Опции, реализованные  в УМФ……………………………………………...21

9. Процесс очищения…………………………………………………………...22

10. Заключение…………………………………………………………………24

11. Список используемой  литературы………………………………………..26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

          Микрофильтрация — процесс разделения жидких смесей от взвешенных частиц диаметром 100-0,1 мкм (микрон). В обычной практике зачастую под процессами микрофильтрации понимают процессы, где применяются дисковые, каркасно-навитые или патронные фильтры. Их применяют как "полирующие" фильтры, устанавливаемые в качестве последней стадии очистки воды в системах водоподготовки.

          Микрофильтрация широко применяются в медицине, пищевой промышленности, на предприятиях производящих алкогольные и безалкогольные напитки, вино, пиво, растительное масло, другие продукты.

         Также микрофильтрация - это предварительное удаление из воды зоопланктона (мельчайших водных животных) и фитопланктона (мельчайших растительных организмов), способных к разрастанию на очистных сооружениях, что затрудняет их работу. Для предварительной очистки воды от планктона и крупных примесей используют микрофильтры и барабанные сита.

          Микрофильтры представляют собой барабаны, на которые натянуты фильтрующие сетки из никелевой или бронзовой проволоки с размером ячеек 25-50 мкм. Скорость вращения барабана микрофильтра не должна превышать 0,1-0,3 м/с. Скорость фильтрации определяют из расчета 10-25 л/с на 1 м2 полезной площади сетки, погруженной на 4 / 5 диаметра в воду.

        Микрофильтры целесообразно применять при содержании в 1 см3 исходной воды более 1000 клеток фитопланктона. Производительность микрофильтров составляет от 4 до 45 000 м3/сут. Микрофильтры могут задержать до 75% диатомовых, до 95% сине-зеленых водорослей, зоопланктон - полностью и до 35% взвешенных веществ, находившихся в исходной воде.

      Цель работы:  проанализировать процесс микрофильтрации. 

     Задачи: выяснить сущность процесса, области применения, экономические затраты и эффективность микрофильтрации. 
 
 
 
 

                       1. Мембраны для микрофильтрации

            Преимущество микрофильтрации, и мембранного метода как такового, состоит в том, что на мембране не остается осадок, то есть фильтр не закупоривается, вследствие того, что продукт расщепляется в потоке.  
В ходе микрофильтрации образуется концентрированный слой вещества, от которого очищалась жидкость: твердые частицы, различные  соединения. Чтобы  отфильтрованный слой не затруднял дальнейшую микрофильтрацию, удаляемые образования устраняют с поверхности мембраны при помощи ряда приемов: 
 
- обратная промывка 
- поперечный поток 
- ультразвуковая вибрация 
 
            Мембраны, которые применяются для микрофильтрации, работают как глубокие фильтры. Это происходит потому, что данные устройства обладают симметричной микропористой структурой. Размер пор в мембранах для микрофильтрации составляет от 0.1 до 10 мкм. Соответственно, величина разделяемых частиц лежит в том же диапазоне. 
Как долго прослужит мембрана для микрофильтрации, зависит от качества и свойств материала, из которого она изготовлена. Микровключения, которые выносит жидкость, пройдя через мембрану, проходят дальнейшее расщепление в  следующих циклах на технологических линиях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                        2. Оборудование для микрофильтрации 

            Микрофильтрация производится в специальных плоскорамных аппаратах. Чаще всего используются рамные фильтр-прессы, но промышленная микрофильтрация и ультрафильтрация сопряжены с применением патронных фильтров и горизонтальных пластинчатых устройств.

           Патронный фильтр для микрофильтрации чаще всего представляет собой гофрированный мембранный патрон. Его помещают в корпус, предназначенный для работы под высоким давлением. Система для микрофильтрации оснащена трубой, которая уплотняется корпусом с уплотнением.

           В этой центральной трубе и собирается продукт, пройдя через фильтр, куда исходная жидкость поступает  со стороны корпуса. На износ оборудования для микрофильтрации влияет гидростатическое давление. Постоянные высокие показатели давления   снижают производительность фильтра. Когда использование фильтра становится неэффективным, он заменяется на новый.

        Область применения микрофильтрации:

- разделение  суспензий

- разделение  эмульсий

- получение  стерильных растворов

- очистка  промышленных сточных вод при  загрязнении механическими примесями

        Таким образом, микрофильтрация представляет собой переход от обычной фильтрации и очистки воды аэрацией к мембранной очистке. В ходе микрофильтрации под высоким давлением коллоидные растворы и взвеси проход

             Для микрофильтрации используют мембраны с симметричной микропористой структурой. Размеры пор от 0,1 до 10 мкм. Мелкие частицы растворенного вещества и растворитель проходят через мембрану, а концентрация задерживаемых частиц возрастает. Поток раствора вдоль разделительной мембраны позволяет удалять концентрированный слой, примеси твердых частиц и других образований, от которых была необходимость освободить раствор и растворитель. Прошедший через мембрану растворитель выносит микровключения, которые направляют на технологические линии для разделения в следующих циклах.

            Применяемые для микрофильтрации мембраны имеют пористую структуру и действуют как глубокие фильтры. Удерживаемые частицы осаждаются внутри мембранной структуры. Концентрационная поляризация при микрофильтрации относится к учитываемому явлению. Для удаления осаждающихся частиц с поверхности микрофильтрационной мембраны используют приемы специального воздействия: поперечный поток, обратная промывка, ультразвуковая вибрация.

         Долговечность мембран зависит от химической стойкости материала, из которого они сделаны.

         Микрофильтрацию осуществляют в аппаратах плоскорамного типа. При промышленном использовании микрофильтрации обычно применяют горизонтальные пластинчатые системы или патронные фильтры; наиболее распространены рамные фильтр-прессы. В качестве патронных фильтров применяют гофрированный мембранный патрон, расположенный в корпусе, рассчитанном на работу под давлением. Исходный раствор поступает в фильтр со стороны корпуса, продукт собирается в центральной трубе, которая уплотнена с корпусом прокладкой. При постоянном гидростатическом давлении производительность фильтра постепенно уменьшается до значения, при котором дальнейшая эксплуатация становится неэкономичной и фильтр заменяют. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
             3. Установки микрофильтрации для очистки воды      

 На предприятиях  машиностроительной отрасли промышленности  в процессе производства образуются  сточные воды, которые, при недостаточной  степени очистки, являются источниками  загрязнения водных объектов. Загрязняющие  вещества приводят к качественным  изменениям физических свойств  воды и ее химического состава. 
       Количественный и качественный состав сточных вод промышленных предприятий разнообразен и зависит от технологических процессов, применяемых в производственном цикле. В основном промышленные сточные воды содержат взвешенные вещества, нефтепродукты, ПАВ и ионы тяжелых металлов, что особенно характерно для стоков гальванического производства. 
       Задача промышленной очистки воды приобретает в РФ все более серьезное значение, так как большинство очистных сооружений машиностроительных комплексов морально и физически устарело и более не позволяют добиться качественной очистки сточных вод в соответствии с требуемыми нормативами ПДК, а также обеспечить создание на предприятии системы оборотного водоснабжения. 
       Для решения существующих проблем 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 Микрофильтрации. 
       На Рис.1. приведена 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.

Рис.1. Технологическая  схема очистки  сточных вод: Е1, Е2, Е3, Е4, Е5 – усреднитель; Н1, Н2, Н3 – насос; Д1, Д2, Д3 – дозатор раствора реагента; НД1, НД2, НД3, НД4 – дозирующий насос; Р1 – реактор; ЭФ – Электрофлотатор; ИПТ – источник питания электрофлотатора; ФП – фильтр-пресс; КФ – кварцевый фильтр; УФ – микрофильтр.      

Очистные  сооружения функционируют следующим  образом: сточные воды гальванического  производства поступают в усреднитель  Е1. Из усреднителя Е1 сточные воды подаются насосом Н1 в реактор  Р1. В реактор Р1 для предварительной  обработки стоков дозаторами НД2 и  НД3 дозируются реагенты: раствор щелочи и флокулянта Суперфлок. Из реактора Р1 сточные воды поступают в электрофлотатор  ЭФ, где происходит извлечение взвешенных веществ, тяжелых металлов, нефтепродуктов и ПАВ. Из усреднителя Е2 в усреднитель  Е1 дозатором НД1 дозируются отработанные растворы электролитов. После очистки  вода из электрофлотатора самотеком  поступает в емкость Е3. Осветленная  вода из емкости Е3 насосом Н2 подается на кварцевый фильтр КФ и после  фильтрации поступает в емкость  Е4. Из емкости Е4 вода насосом Н3 подается на установку Микрофильтрации (Микрофильтр) УФ, в котором происходит удаление остаточной концентрации ионов тяжелых  металлов до норм ПДК. Очищенная вода сбрасывается в систему канализации, либо может быть возвращена в технологический  процесс (в соответствии с ГОСТ 9.314-90 вода 2-й категории) при создании системы оборотного водоснабжения. 
       Шлам проходит процесс обезвоживания на фильтр-прессе ФП. Обезвоженный шлам влажностью не более 70% утилизируется. 
       Основными техническими установками данных очистных сооружений являются электрофлотатор и установка Микрофильтрации. Микрофильтр состоящий из комплекта керамических мембран, корпуса из нержавеющей стали, расходомера и системы регенерации представлен на Рис.2. Работа аппарата основана на процессе Микрофильтрации, описание которого представлено ниже. Установка работает, как в непрерывном, так и в периодическом режимах и обеспечивает извлечение СПАВ и ионов тяжелых металлов Cu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺ Ca²⁺, Mg²⁺.

Рис.2. Установка микрофильтрации  производительностью 1,5 м³/час, г. Тула      

 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. 
       Представленные выше 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 производительностью от 1 до 10 м³/ч отвечают современным гигиеническим нормам и предназначены для промышленной очистки воды до требований ПДК рыбохозяйственных водоемов.      

 Микрофильтрация  - процесс отделения от растворителя  крупных коллоидных частиц или  взвешенных микрочастиц размером 0,02–10 мкм. Мембраны для микрофильтрации  обычно имеют изотропную структуру.  Они обладают высокой производительностью,  особенно в начальный период  эксплуатации. Микрофильтрацию, как  правило, осуществляют при малых  давлениях во избежание значительных  деформаций, которым подвержены  мембраны при приложении нагрузки. Мембраны для микрофильтрации  чаще всего используют в виде  дисков различных диаметров. В  последнее время для увеличения  площади фильтрации на основе  микрофильтрационных мембран изготавливают  патронные фильтры. Сравнительная  таблица фильтрующих способностей  различных мембранных процессов  представлена здесь (таблица подготовлена специалистами Технопарка РХТУ им Д.И. Менделеева).      

 Области  применения микрофильтрационных  мембран весьма разнообразны. Типичные  примеры их использования в  зависимости от размеров пор  приведены ниже:      

 при  диаметре пор 5 мкм и более  - предварительная фильтрация взвесей,  высокоэффективная очистка газов  от взвешенных частиц, очистка  высоковязких жидкостей и фотохимикатов,  гравиметрический анализ гидравлических  масел, анализ пыли, цитофизиологические  исследования;