Способ очистки фильтрующей мембраны, способ очистки жидкостей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано при процессах очистки жидкостей методами микрофильтрации и ультрафильтрации в системах водоснабжения, пищевой, микробиологической и медицинской промышленности. Способ очистки жидкости включает фильтрование через мембрану и периодическую очистку последней с помощью элементов цилиндрической формы, которые свободно размещают на неподвижной мембране и перекатывают по поверхности мембраны с помощью подвижной сетки, при этом одновременно подают струи промывной жидкости для удаления смятых загрязнений. Устройство для осуществления способа фильтрования и способа очистки фильтрующей мембраны содержит корпус с подающими и отводящими патрубками, неподвижные дисковые фильтрующие мембраны, сетчатые элементы, установленные с возможностью вращения, и цилиндрические элементы из пористого эластичного материала, свободно расположенные между мембраной и сетчатым элементом с возможностью перекатывания по поверхности мембраны. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик устройства для очистки жидкостей, увеличение срока службы мембраны, повышение производительности устройства за счет эффективности регенерации мембраны. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано при процессах очистки жидкостей методами микрофильтрации и ультрафильтрации в системах водоснабжения, пищевой, микробиологической и медицинской промышленности.

Очистка жидкостей с помощью мембранных процессов связана с уменьшением производительности мембран, вызванной несколькими причинами - концентрационной поляризацией, адсорбцией, образованием слоя геля и забиванием пор, поэтому мембраны требуют периодической очистки для повышения производительности фильтрования. Различают три типа процессов очистки (Мулдер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999): гидравлическая, механическая и химическая.

Для восстановления эксплуатационных свойств трубчатых ультрафильтров используют комбинацию трех типов процессов очистки (RU 2094103). В известном способе, включающем ополаскивание водой, протирку губчатым эластичным материалом внутренней поверхности трубок ультафильтров и промывку ультрафильтров с использованием водных растворов моющих средств, при этом протирку осуществляют выполнением комбинации вращательных и возвратно-поступательных движений смоченного моющим раствором протирочного устройства с жесткой тягой до и после промывки, а промывку проводят с использованием того же моющего раствора. Для протирки поверхности мембран используют устройство, выполненное в виде жесткой оправки, на одном конце которой закреплены 1-3 губчатых эластичных шарика, расположенных по центру на расстоянии друг от друга 0,5-0,7 диаметра шарика, или мягкий эластичный ерш диаметром, равным 1,5-2,0 диаметрам трубчатой мембраны.

В известном способе происходит трение эластичных элементов с рабочей поверхностью мембраны, что приводит к механическому износу селективного слоя.

Известен способ разделения растворов с помощью полупроницаемой мембраны (RU 2048867, 27.11.95), включающий подачу исходного раствора на мембрану, концентрирование непроникающего компонента под действием разницы давления, отвод сконцентрированного раствора и периодическую очистку мембраны эластичными элементами с наложением пульсаций на поток исходного раствора так, что время движения пульсирующего потока в обратном направлении составляет 0,3-1,0 от времени его движения в прямом направлении, причем скорость потока исходного раствора в прямом направлении во время очистки мембраны составляет 0,02-0,10 от скорости потока при концентрировании.

Недостатками известного способа являются невысокое качество регенерации мембраны и потому снижение производительности процесса очистки жидкостей.

Известен разделительный модуль (SU 1809776, 15.04.93), содержащий корпус, полый вал с закрепленными на нем с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения дисковыми мембранными фильтрующими элементами, расположенные между ними неподвижные мембранные фильтрующие элементы, герметично соединенные между собой и установленные с зазором относительно корпуса с образованием замкнутой полости для сбора и отвода фильтрата. Подвижные мембранные фильтрующие элементы снабжены эластичными скребками.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, сложность и продолжительность регенерации мембраны, невозможность очистки мембраны от частиц, обладающих повышенной адгезионной прочностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки жидкости (JP 55-149612, 21.11.80), в котором для очистки фильтрующей мембраны используют эластичные скребки, установленные на валу с возможностью вращения по поверхности мембраны непрерывно или периодически.

В указанном устройстве происходит жесткий контакт эластичных скребков с рабочей поверхностью мембраны.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства для очистки жидкостей, увеличение срока службы мембраны, повышение производительности устройства за счет эффективности регенерации мембраны.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки фильтрующей мембраны, включающем механическую очистку пористыми эластичными элементами, установленными с возможностью движения, и подачу на мембрану промывной жидкости, используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые свободно размещают на неподвижной фильтрующей мембране и перекатывают по поверхности мембраны с помощью подвижной сетки, при этом одновременно подают струи промывной жидкости для удаления снятых загрязнений.

В предлагаемом способе очистки мембраны используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, поры которого впитывают частицы загрязнений с мембраны при перекатывании, при этом исключается трение между эластичными элементами и поверхностью мембраны, что способствует щадящему воздействию на селективный слой.

Поставленная задача решается также за счет того, что в способе очистки жидкостей, включающем фильтрование очищаемой жидкости через мембрану и периодическую регенерацию последней с помощью промывной жидкости и эластичных элементов, в отличие от известного способа используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые перекатывают по поверхности мембраны посредством сетчатых элементов, при этом одновременно подают промывную жидкость для удаления снятых загрязнений. Потоку очищаемой жидкости обеспечивают ламинарное движение, а регенерацию начинают при снижении проницаемости фильтрующей мембраны на 30-40%.

Указанная задача достигается также тем, что устройство для очистки жидкостей, содержащее цилиндрический корпус с патрубками для подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной и недоочищенной жидкости, неподвижные дисковые фильтрующие мембраны, эластичные элементы для регенерации мембраны, установленные с возможностью движения, средство для подачи и отвода промывной жидкости, дополнительно содержит сетчатые элементы, установленные с возможностью вращения, а эластичные элементы выполнены из пористого эластичного материала цилиндрической формы и свободно расположены между фильтрующей мембраной и сетчатым элементом с возможностью перекатывания по поверхности мембраны, при этом фильтрующие мембраны и сетчатые элементы установлены на перфорированной трубе, к которой присоединен патрубок для отвода очищенной воды. Средство для подачи и отвода промывной жидкости выполнено соответственно в виде трубчатого элемента с отверстиями для подачи струй промывной жидкости и отводящего патрубка. На входе очищаемой воды установлен разделитель потока. Устройство снабжено системой автоматического контроля параметров перепада давления на мембране.

Предлагаемые способ и устройство эффективны для восстановления фильтрующих свойств мембраны в жидкостях, содержащих загрязнения, обладающие повышенной адгезионной прочностью и устойчивые к щелочам и кислотам. Предлагаемое устройство для очистки жидкостей позволяет активно использовать всю площадь мембраны, в 20-25 раз увеличивает срок ее службы, не требует применения фильтра предварительной очистки.

На фиг. 1 схематически изображен узел механической очистки мембраны; на фиг.2 схематически изображен общий вид устройства, продольный разрез.

Устройство для очистки жидкостей (фиг.2) содержит цилиндрический корпус 10 с патрубком 3 для подачи очищаемой жидкости, внутри корпуса 10 установлены неподвижные дисковые фильтрующие мембраны 2 с каналами 12 на перфорированной трубе 14, через которую отводится очищенная жидкость через патрубок 5. В верхней части корпуса 10 установлено средство для подачи промывной жидкости 9, куда поступает промывная жидкость через патрубок 13. Вывод недоочищенной жидкости осуществляют через патрубок 11 в нижней части корпуса 10. Между неподвижными дисковыми фильтрующими мембранами 2 и сетчатыми элементами 7, приводимыми во вращение автоматически или вручную при помощи поводка 6, свободно размещены эластичные элементы 8, выполненные цилиндрической формы из пористого эластичного материала (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

Подлежащая мембранной очистке жидкость поступает через патрубок 3 для подачи очищаемой жидкости. На входе установлен разделитель потока 4, что позволяет изменить турбулентное течение очищаемой жидкости на ламинарное. При этом наиболее крупные частицы под действием гравитационных сил оседают на дне корпуса, не достигая мембран, и удаляется при промывке. Проходя через полупроницаемую мембрану 1, жидкость очищается от механических примесей и по каналам 12 поступает внутрь дисковой фильтрующей мембраны 2 и очищенная выводится через перфорированную трубу 14 и патрубок 5 потребителю. В процессе работы устройства происходит засорение мембраны 1, что приводит к увеличению перепада давления на мембране 1. При достижении величины перепада давления, соответствующей снижению проницаемости фильтрующей мембраны на 30-40%, во вращение приводят сетчатые элементы 7, между которыми свободно размещены эластичные элементы 8 из пористого эластичного материала, которые перекатываются по поверхности мембраны 1 с небольшим нажимом, при этом поры эластичного элемента впитывают частицы загрязнений с поверхности мембраны 1 которые удаляют отжимом на сетчатом элементе 7. Средство для подачи промывной жидкости 9 включают одновременно с работой эластичных элементов 8. Средство для подачи промывной жидкости 9 представляет собой трубчатый элемент с отверстиями, через которые подаются разделенные струи промывной жидкости на поверхность мембран 1, эластичных элементов 8 и сетчатых элементов 7. В это время подача очищаемой жидкости прекращается, а недоочищенная жидкость сливается через патрубок 11. В качестве материала для эластичных элементов используют пористый эластичный материал, например пенополиуретан.

Пример Пропускали озерную воду, содержащую частицы глины, донного ила, органические частицы, без предварительной очистки через предлагаемое устройство по предлагаемому способу. При этом использовали мембрану с удерживающей способностью 0,2 мкм. Очищаемая вода поступала под давлением 3 кг/см³. Во время работы устройства степень загрязненности мембраны контролирует датчик перепада давления (на чертежах не показан). При достижении перепада давления на мембране, соответствующей снижению проницаемости мембраны на 40% (2,5 кг/см³), датчик включает привод эластичных элементов. Время регенерации устройства составляет 1,0-1,5 мин. После регенерации производительность устройства восстановилась до 87% от исходной производительности. При дальнейших испытаниях было очищено около 100 м³ воды с периодической регенерацией мембран. К концу испытаний производительность составляла 62% от исходной, что связано с забиванием пор мембраны частицами, соразмерными с их размерами. Качество очищенной воды не ухудшилось.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство очистки жидкостей позволяют обеспечивать высокую производительность мембранного фильтрования при простоте конструкции, а также высокую эксплуатационную надежность.

Формула изобретения

1. Способ очистки жидкости, включающий фильтрование жидкости через мембрану и периодическую регенерацию мембраны с помощью промывной жидкости и эластичных элементов, отличающийся тем, что для регенерации мембраны используют элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые перекатывают по поверхности мембраны посредством сетчатых элементов, при этом одновременно подают струи промывной жидкости для удаления снятых загрязнений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают ламинарное движение очищаемой жидкости.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что регенерацию начинают при снижении проницаемости фильтрующей мембраны на 30-40%.

4. Способ очистки фильтрующей мембраны, включающий подачу на мембрану промывной жидкости и механическую очистку эластичными элементами, установленными с возможностью движения, отличающийся тем, что используют элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые свободно размещают на неподвижной фильтрующей мембране и перекатывают по поверхности мембраны с помощью подвижной сетки, при этом одновременно подают струи промывной жидкости для удаления снятых загрязнений.

5. Устройство для очистки жидкости, содержащее корпус с патрубками для подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной и недоочищенной жидкости, неподвижные дисковые фильтрующие мембраны и эластичные элементы для регенерации мембраны, установленные с возможностью движения, и средство для подачи и отвода промывной жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено сетчатыми элементами, установленными с возможностью вращения, при этом эластичные элементы выполнены из пористого эластичного материала, имеют цилиндрическую форму и свободно расположены между фильтрующей мембраной и сетчатыми элементами с возможностью перекатывания по поверхности мембраны.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что фильтрующие мембраны и сетчатые элементы установлены на перфорированной трубе, к которой присоединен патрубок для отвода очищенной воды.

7. Устройство по любому из пп. 5 и 6, отличающееся тем, что средство для подачи и отвода промывной жидкости выполнено соответственно в виде трубчатого элемента с отверстиями для подачи струй промывной жидкости и отводящего патрубка.

8. Устройство по любому из пп. 5-7, отличающееся тем, что на выходе очищаемой жидкости установлен разделитель потока.

9. Устройство по любому из пп. 5-8, отличающееся тем, что снабжено системой автоматического контроля параметров перепада давления на мембране.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2