CC BY
52
УДК 628.162.1(043) Аверина Ю.М., Зверева О.В.
ОЦЕНКА ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МЕМБРАН НА ДЕЙСТВУЮЩЕМ ПРЕДПРИЯТИИ
Аверина Юлия Михайловна - доцент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: averinajm@mail.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская пл., 9
Зверева Ольга Владимировна - заведующий лаборатории, ООО «БИНАКОР-ХТ», Россия, Москва.
В работе рассматривается процесс регенерации керамических мембран на примере рабочей станции водоподготовки. Приведена последовательность очистки и принцип действия. Представлены экспериментальные данные по реагентной и безреагентной регенерации. В результате найден простой и экологически рациональный метод регенерации с оптимальными результатами.
Ключевые слова: обезжелезивание, керамическая мембрана, фильтрационная установка
EVALUATION OF THE REGENERATION PROCESS OF CERAMIC MEMBRANES AT THE OPERATING ENTERPRISE
Averim Y.M., Zverevа O.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia LLC "BINATOR-CHT", Moscow, Russia.
In this paper, the process of regeneration of ceramic membranes is considered using the example of a water treatment work station. The purification sequence and the principle of action are given. Experimental data on reagent and nonreagent regeneration are presented. As a result, a simple and ecologically rational method of regeneration with optimal results was found.
Key words: removal of iron, ceramic membrane, filtration plant.
Мировое сообщество столкнулось с глобальной проблемой нехватки чистой питьевой воды. Проблема возникла, как следствие агрессивного воздействия человека на природу. Поверхностные и подземные источники пресной воды загрязнены и заражены химическими и биологическими продуктами, производными от промышленной и физиологической деятельности человека. Во многих регионах планеты вода является основным источником распространения инфекционных заболеваний и непригодна для питья. Под обезжелезиванием или деферризацией понимают процесс извлечения из подземных и поверхностных вод железа, присутствующего в воде в виде сложных органических и минеральных соединений, растворов двухвалентного железа, карбонатов и бикарбонатов железа, коллоидных и тонкодисперсных взвесей гидроксидов и сульфитов железа и др. [1,2].
В настоящее время в промышленности и в быту активно применяются в качестве фильтрующих и диспергирующих устройств в процессе барботажа керамические фильтрующие мембраны. Они мелкопористые (размером пор 0,07...0,2 мкм), механически прочные, обладают довольно высокой воздухопроницаемостью в широком диапазоне рабочего давления (от 1 до 10 атм по воде). Поэтому
применение таких мембран в аэраторах и для фильтрации наиболее эффективный и наименее затратный способ насытить воду кислородом и удалить окисленные формы железа (рис. 1) [3].
5
1.Керамический мембранный блок,
2.Центральная распределительная труба с донышком, 3.Корпус, 4.Крышка, 5, 6.Резиновая прокладка, 7.Шайба, 8.Гайка.
Рис. 1. Фильтровальный аппарат в разобранном состоянии.
Принцип работы. Исходная вода подается в штуцер I, проходит через отверстия в центральной
распределительной трубе и поступает в межтрубное пространство (рис. 2). Под действием давления в водопроводной сети часть воды отфильтровывается через керамические мембраны, образуя при этом фильтрат. Фильтрат выводится через штуцер III. Непрошедшая через керамические мембраны вода выводится из фильтра через штуцер II и используется в обычном режиме (мытье посуды, овощей и т.д.).
I - вход исходной воды, II - выход исходной воды, III - выход чистой воды (фильтрата)
Рис. 2. Принцип действия фильтра
При эксплуатации любых мембран на поверхности образуется тонкий слой загрязнений, снижающий производительность фильтра, поэтому при использовании обязательно встаёт вопрос поиска наиболее оптимального метода регенерации фильтрующего элемента. Основной задачей в данной работе было оценить возможность применения методов регенерации трубчатых керамических мембран после процесса обезжелезивания воды исследованных в работах [4,5] на действующем предприятии, в качестве которого, была использована готовая станция водоподготовки на ЗАО «Орионис» (рис. 3) (Московская область, Солнечногорский район, д Ложки). В данных работах были исследованы как безреагентный метод регенерации керамических трубчатых мембран, так и реагентный метод.
Производитель данных трубчатых керамических мембран, в зависимости от качества исходной воды, рекомендует проводить регенерацию раз в 6 -12 месяцев (рис. 4).
1-Период выхода на нормальный режим, 2-Нормальный режим, 3-Регенерация.
Рис. 4. График зависимости производительности от времени использования фильтра
Экспериментальная часть. Эксперименты по безреагентной регенерации, которые заключались в обратной продувке воздухом, были спланированы так, что постепенно увеличивались потребляемая энергия компрессора и объем промывных вод до тех пор, пока не были достигнуты ожидаемые результаты. Тем самым найдены оптимальные технологические параметры проведения процесса регенерации, соответствующие минимальным затратам:
• давление подачи воздуха - 5 атм;
• время регенерации - 20 минут;
• частота регенерации - каждые 600 минут;
• объем промывных вод - 120 л/сутки;
• потребляемая энергия компрессора - 396 кВт/сутки.
Построенная зависимость (рис. 5) удельной производительности от продолжительности процесса фильтрации, позволяет наглядно увидеть, что предложенный метод безреагентной регенерации восстанавливает эффективность мембраны на 90% от первоначальной.
С!. лДм^мин)
Рис. 3. Фильтры на станции водоподготовки
Рис. 5. Зависимость удельной производительности от продолжительности процесса фильтрации
Реагентная регенерация применяется для более глубокого восстановления фильтрующих свойств мембраны. Для экспериментов были выбраны в качестве реагентов раствор 10%-ной уксусной кислоты и гипохлорит натрия с добавлением ПАВ. В первом случае фильтр поместили в 10%-ным раствор уксусной кислоты на 24 часа, после чего, удельная производительность мембран увеличилась на 71, 9%. Во втором случае, была проведена регенерация фильтра с механической очисткой гипохлоритом натрия с добавлением ПАВ в течение 5 мин. Производительность мембран после регенерации увеличилась на 79,3%. Из данных экспериментов можно сделать вывод, что регенерация с механической очисткой требует меньше времени и является эффективней.
Выводы
1) Была проведена оценка процесса регенерации керамических мембран, на действующем предприятии;
2) Подобран безреагентный метод регенерации керамических трубчатых мембран, который заключается в обратной продувке воздухом. Найдены оптимальные технологические параметры проведения процесса регенерации, соответствующие минимальным затратам;
3) Рекомендована для ППР реагентная регенерация с механической очисткой. Реагентом является гипохлорит натрия с добавлением ПАВ для
быстрого восстановления фильтровальных свойств мембраны, время воздействия 5 минут.
Список литературы
1. Дытнерский Ю.И., Каграманов Г.Г. Моделирование процесса фильтрации с помощью керамических мембран: Учебн. пособие / Рос. хим.-технол. ун-т им. Д.И. Менделеева.- М.,2001.-52 с.
2. Терпугов Г.В. Мынин В.Н., Комягин Е.А., Тарасова Т.А. Традиционные методы обработки воды и бытовые устройства водоочистки/ учебное пособие/РХТУ им. Д.И. Менделеева. М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. 60с.
3. Аверина Ю.М., Меньшиков В.В. Практическое изучение основ технологии обезжелезивания природных вод до питьевого качества различными режимами фильтрации с применением керамических мелкопористых трубчатых мембран// Успехи в химии и химической технологии: сб. науч. тр. Том. ХХ1Х, №1 (160) - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2015. - С. 82-85.
4. Аверина Ю.М. Интенсификация процесса аэрации при удалении ионов железа из воды Автореф. дис. канд. техн. наук. - Москва 2016. -
с.12-15.
5. Аверина Ю.М., Аверина О.М., Зверева О.В., Шумова В.С. Методика регенерации керамических мембран // Евразийское Научное Объединение: Том: 1,№ 1 (23) .- Москва 2017г. - с.18-20
