Основные методы очистки мембран. Очистка мембранная
Основные методы очистки мембран — КиберПедия
1. Гидравлическая очистка обратным потоком пермеата. Речь идет о периодической подаче пермеата из-под мембраны в камеру исходного раствора. При этом в камере снимают давление, но продолжают прокачивать раствор. Схема такой очистки показана на рисунке (Способ применим для мембран с высокой механической прочностью.)
2. Гидравлическая очистка реверсивным потоком концентрата. Здесь речь идет о периодической смене направления движения исходного потока вдоль мембраны.
3. Механическая очистка мембран с помощью мягких губчатых тел, которые проталкиваются вдоль мембраны потоком исходного раствора, снимая с поверхности гелевые и осадочные образования.
4.Химическая очистка мембран периодическим заполнением межмембранных каналов химическими реагентами, растворяющими образовавшиеся отложения. Очень важно правильно выбрать моющее средство, которое не должно растворять мембрану, а также подобрать его концентрацию и режим мойки.
Очистка заключается в промывке мембран различными моющими растворами. Эффективность такой очистки обусловлена правильностью подбора реагентов, действие которых заключается в переводе отложений в растворимую форму. Для правильного подбора реагента надо знать структуру и состав загрязнений, а также стойкость мембран по отношению к этому реагенту и ее адсорбционные свойства.
Как правило, эффективная мойка проходит при сочетании нескольких реагентов. Рассмотрим их далее.
Используют соляную, серную и азотную кислоты, а также лимонную, винную, щавелевую, глюконовую и другиеорганические кислоты. Некоторые из них работают как растворяющие вещества, некоторые как комплексоны, способствующие растворению. Поэтому кислотная мойка – это всегда сложный, многоступенчатый процесс с различными добавками: карбометилцеллюлоза, ПАВ, растворители органические, фториды аммония и натрия и др.
Обычно последовательность операций такая: раствор кислоты – чистая вода – раствор кислоты с комплексоном – чистая вода – раствор кислоты с ПАВ – чистая вода – раствор щелочи – чистая вода. Часто промывку проводят с повышением температуры, увеличенной скоростью циркуляции, с барботированием воздуха, длительное время. Практикуют промывку под высоким давлением для очистки пор, тогда растворившиеся загрязнения проходят в дренажные каналы. Это надо учитывать при конструировании установок.
Сильнодействующие растворители. Ограничения на их применение связаны с хим. стойкостью мембран. Поэтому хорошо отмываются керамические мембраны диоксаном, этилацетатом. Фенол, крезол, гидрохинон годятся для отмывки ацетатцеллюлозных мембран, но надо соотносить их с санитарными требованиями к получаемому продукту.
Спирты. Метиловый, этиловый, изопропиловый спирты практически не взаимодействуют с полимерами, моют быстро и хорошо сами отмываются водой. Их моющая активность еще более усиливается, когда их смешивают с эфирами, алкиламинами, аминоспиртами и ПАВ. Сами спирты – еще и гидрофилизирующие вещества, в то время как почти все остальные средства уменьшают гидрофильность мембран, ее надо восстанавливать.
Поверхностно-активные вещества. Выбор ПАВ сложен из-за их различной адсорбционной способности на поверхности мембран. В любом случае после мойки надо проводить их десорбцию, которая не всегда проходит до конца. Поэтому не рекомендуется использовать для промывки катионные ПАВ и амфолиты. Сложно работать с сильно пенящимися ПАВ. Выбор ПАВ опять же определяется требованиями к продукту.
Другие моющие средства. Широко применяют растворы каустической соды, гипохлорид Na, щелочи, аммиачную воду, гексаметафосфат Na, суспензию активированного угля, полиэтиленгликоль и другие.
В Таблице приведены химические реагенты, обычно использующиеся для химической обработки Обратно Осмотических-мембран. Перед проведением химической обработки следует проверить химическую совместимость мембраны с выбранным для проведения дезинфекции химическим реагентом, а также определить рекомендуемое время контакта между ними.
Все растворы готовятся на пермеате, вырабатываемом ОО-установкой. Обычная процедура очистки включает в себя рециркуляцию химического агента в течение 20-30 минут, экспозицию раствора в течение 20-30 минут, дополнительной рециркуляцию в течение 15-20 минут, смыв раствора с внутренней поверхности установки очищенной водой. Такая операция проводится для каждого из применяемого химического агента. Одновременное использование двух и более реагентов в одном растворе не допустимо, т.к. они могут вступать между собой в химическую реакцию и/или образовывать соединения, которые вызывают деструкцию ОО-мембран.
Моющие растворы для химической промывки выбирают исходя, в первую очередь, из соображений химической стойкости мембраны. Моющие рецептуры делятся на кислотные и щелочные, что связано с химическими свойствами загрязнений. Кислотные используются для удаления неорганических осадков, таких как соли жесткости (карбонаты и сульфаты Ca и Mg), гидроксиды Fe и Al. Щелочные растворы применяются для удаления биологических и органических пленок, соединений кремния.
Для полимерных мембран основными компонентами моющих растворов являются неорганические и органические кислоты (соляная, фосфорная, сульфаминовая, лимонная, щавелевая), а также щелочи, органические и неорганические комплексообразователи. Серная и азотная кислоты не применяются: азотная кислота способна разрушать материал мембраны, а использование серной способствует образованию осадков сульфата кальция, удалить который без повреждения мембраны практически невозможно.
Оптимальная температура промывки – около +40°С, скорость потока должна быть близка к максимальной для данного типа мембран. Критерием окончания промывки может служить стабилизация рН моющего раствора, но при этом его величина не должна отличаться от начального больше чем на 30-40%.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ
Перед подачей на мембрану воду, как правило, очищают от грубодисперсных примесей, а также от тех растворенных веществ, которые могут либо повредить мембрану (активный хлор), либо стать причиной отложений на ее поверхности (соли жесткости). Такая предварительная подготовка воды позволяет значительно увеличить срок службы мембраны и продолжительность ее работы между химическими промывками.
Для удаления активного хлора обычно используют сорбционные фильтры с активным углем, а для снижения жесткости воды – ионообменные фильтры с Na-катионитом.
Существуют также специальные приемы предварительной обработки воды, которые позволяют существенно повысить эффективность очистки, выйти на более удобный режим работы мембранной установки. Примером такого подхода является метод КОУФ – комплексообразование-ультрафильтрация. Сущность метода заключается в том, что в раствор вводят добавки, образующие водорастворимые комплексные соединения с компонентами, которые необходимо удалить. Это приводит к увеличению размеров вновь образуемых частиц, что позволяет осуществлять разделение на более крупнопористых мембранах. Затем сконцентрированный комплекс разрушают, и комплексообразователь возвращается на повторное использование.
Технология обратного осмоса
Мембранное разделение - это процесс продавливания воды через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембраны отличаются друг от друга конструкционными материалами, размером пор, при этом, чем меньше размер пор, тем выше степень очистки и тем большее давление надо приложить.
Обратный осмос - это процесс фильтрации водных растворов под давлением, превышающее осмотическое, через полупроницаемую мембрану. Процесс обратного осмоса, как правило, протекает под давлением 2,8-5 МПа.
В основе очистки воды лежит физический процесс, известный как обратный осмос. Если при осмосе вода, разделяемая на две части полупроницаемой перегородкой, равномерно распределяется и содержит одинаковое количество растворенных веществ, то при обратном осмосе дело обстоит иначе: вода при фильтрации разделяется на две неравные части, каждая из которых содержит разные доли растворенных веществ — меньшая часть будет представлять собой концентрированный солевой раствор, а большая — кристально чистую воду.
Рулонные мембраны
Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из: трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.
Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм.
Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са2+, Mg2+, Na+, К+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+ S042-, Cl- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии.
Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.
cyberpedia.su
Способ очистки мембранных фильтров
Настоящее изобретение относится к способу очистки производственного оборудования, используемого для производства жидкостей, в частности для очистки фильтров, например, мембранных фильтров. Оборудование приводят в контакт с раствором перйодата. В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения раствор является кислым. В соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения раствор является щелочным. Особенно предпочтительно чтобы процесс очистки выполнялся при температуре 15-90°С. 12 з.п. ф-лы, 7 пр.
Изобретение относится к способу очистки технологического оборудования, в частности фильтров, таких как мембранные фильтры, которые используются при производстве жидких продуктов питания, таких как молоко или молочные продукты, фруктовые соки, пиво, безалкогольные напитки (например, лимонады), сидр, вино, херес, портвейн, напитки, полученные перегонкой и т.п. Эти фильтры загрязняются в процессе фильтрации.
В пищевой промышленности и на заводах по очистке сточных вод растет использование мембранных фильтров, в частности фильтров с полимерными мембранами, такими как полисульфоновые, полиэфир-полисульфоновые (с поливинилпирролидоном или без него) и из полиамидов некоторых типов, и некоторых керамических мембран для удаления нерастворимых веществ из напитков и других жидкостей. Такие мембраны обеспечивают требуемое удаление нежелательных компонентов, в частности, микроорганизмов, например, водорослей, грибков, дрожжей и бактерий (экссудат).
Проницаемость таких мембранных фильтров, также выражаемая расходом жидкости, снижается во времени и мембраны могут быть загрязнены даже за относительно короткое время, например даже менее чем за час, поскольку компоненты обрабатываемого материала адсорбируются или осаждаются на поверхностях устройства, что является нежелательным. Это вызывает необходимость остановки процесса для очистки мембран. Загрязненные фильтры могут быть восстановлены, например, промывкой в обратом направлении, т.е. процессом, известным как обратная промывка. Это может рассматриваться как механическое решение. Однако это сложный процесс и только временное и неудовлетворительное решение, поскольку после каждой стадии начальный расход жидкости (при том же трансмембранном давлении) ниже, чем на предыдущей и в долгосрочном периоде загрязнения накапливаются до такой степени, что фильтр забивается полностью. Кроме того, трудно удалить таким образом некоторые устойчивые органические загрязнители.
Изобретение применимо для очистки фильтров, используемых в обычных известных процессах, подобных фильтрации безалкогольных напитков, молока или молочных продуктов, вина, хереса, портвейна, напитков, полученных перегонкой, фруктовых соков, лимонадов, пива, например, осветленного пива, остаточного пива, а также разделения пивного сусла/пивной дробины, отделения взвесей горячего пивного сусла и холодного пивного сусла. В случае пивоварения изобретение относится, в частности, к установкам, используемым при приготовлении солода, превращении солода и/или неосоложенного зерна в пивное сусло и дальнейшей переработке пивного сусла с добавлением или без добавления дополнительных компонентов, например, хмеля, сбраживанием до пива, а также ко всем используемым вспомогательным установкам, контактирующим с основными или второстепенными потоками этих процессов.
В связи с этим существует потребность в эффективной системе очистки устройств для производства, определенных выше, жидких пищевых продуктов, системе, способной обеспечить надлежащую очистку, которая должна предпочтительно выполняться за короткий промежуток времени (предпочтительно менее чем 120 минут) и в ходе которой удаляются по существу все загрязнители.
Дальнейшее исследование показало, что устройства, более точно фильтры в ходе работы загрязняются всеми типами соединений, среди которых важными компонентами являются полисахариды, олигосахариды, подобные β-глюканам, белки, жиры и полифенолы.
Были предложены ферментативные процессы очистки мембран. Так, WO 98/45029 описывает использование целлюлаз и амилаз для очистки фильтрующих мембран для пива после предварительной щелочной обработки мембраны. Аналогично JP-A 4-267933 описывает использование протеаз и целлюлаз для очистки разделительных мембран. Однако эти неокислительные процессы не являются полностью удовлетворительными, поскольку требуется значительное время реакции для достижения эффективного удаления указанных компонентов.
Международная заявка WO 97/45523 описывает использование 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-N-оксила (TEMPO) в качестве нитрооксильного соединения и гипохлорита или гипобромита в качестве реокислителя для очистки модулей осветления пива. Однако присутствие остатков галогенов, особенно остатков брома, крайне нежелательно из-за их коррозионных свойств.
WO 03/060052 описывает процесс, в котором фильтры могут быть очищены способом без брома с использованием циклических нитрооксильных соединений, таких как TEMPO или 4-ацетамидо- или 4-ацетокси-производных и окислительных систем без галогенов. Нитрооксильные соединения могут быть ферментативно окислены до соответствующих ионов энзимными средствами с кислородом или пероксидом водорода в качестве коэнзима или окислением, катализируемым металлом в сочетании с надкислотами, такими как надуксусная, надсерная (кислота Каро), марганцевая или гидропероксид.
Также описаны другие окислительные способы. WO 2006/OI2691 описывает получение гндроксильпых радикалов для очистки мембран. Этот способ особенно подходит, когда мембраны выполнены из фторированного полимера и обладают высокой устойчивостью к химическим реагентам.
WO 03/095078 описывает способ, также основанный на окислении, который представляется очень эффективным при использовании обратной промывки для превращения нолифенолов. Этот способ основан на предположении, что полифенолы в первую очередь прилипают к поверхности мембраны и отвечают за возникновение загрязняющего слоя. Однако согласно имеющимся данным эффективными из заявленных химических реагентов представляются надуксусная кислота, гипохлорит и пероксид водорода с марганцем в качестве катализатора.
Настоящее изобретение основано на использовании перйодной кислоты или ее солей. Неожиданно было установлено, что возможно удовлетворительно очистить установку, фильтрационные мембраны и производственное оборудование, используемые при производстве продуктов питания и чистой воды, действием на загрязненную установку раствора, содержащего перйодную кислоту (Н5IO6) или ее соли. Предпочтительным является метаперйодат натрия (NaIO4). При растворении в воде он реагирует, давая соли, известные как параперйодаты, которые рассматриваются в качестве производных Н5IO6. Термин "перйодат" в настоящем тексте обозначает все эти соли.
Обзоры обычного использования перйодата в качестве окислителя представлены в статье Alexader J. Fatiadi, New Applications of Periodic Acid and Periodates in Organic and Bio-organic Chemistry, Synthesis, 229, 1974, и в Справочнике реагентов Oxidation and Reduction, p.440, Ed. S.D.Burke and R.L.Danheiser, John Wiley & Sons, New York (2000). Одна из первых публикаций по перйодату относится к превращению вицинальных диолов, приводящему к разрыву связи и образованию двух карбонильных групп (также известное как окисление Малапрадяна (Malapradian). Общая реакции следующая:
R-C(H)OH-C(H)OH-R'+NaIO4→RC(H)O+R'C(H)O+NaIO3.
Эта реакция нашла широкое применение. Реакция подробно исследована в особенности для всех типов сахаридов (см. обзорные статьи Advances in Carbohydrate Chemistry, R.D. Guthrie, ed., Vol. XVI, page 105-158, 1961, Associated Press, New York). Важное применение было найдено в получении диальдегидов крахмала и целлюлозы. Другими группами, представляющими интерес, которые могут быть окислены перйодатом, являются сульфиды, приводящие к сульфоксидам и дигидроксибензолы, приводящие к хинонам.
Дальнейшее объяснение изобретения будет дано на примере установки, используемой для фильтрации пива. Среди основных составляющих пива наиболее вероятна реакция перйодата с полисахаридами. За счет добавления перйодата, реагирующего с полисахаридами, будет присутствовать избыток альдегидов. Однако, из-за присутствия протеинов возможны проблемы, которые могут ужесточить процесс загрязнения. Также протеины будут реагировать с альдегидами, получаемыми, например, из восстановленнных сахаров по равновесной реакции. Продукт, образующийся по реакции с полисахаридами, является так называемым диальдегидом полисахаридов. Реакция Майяра (Maillard), протекающая между сахарами (альдегидные группы) и протеинами (аминогруппы), может (частично) отвечать за загрязнение мембран. Получаемые материалы являются сильно сшитыми продуктами реакции между альдегидами и спиртами, приводящей к геми-ацеталям, или при более глубоком окислении к геми-алдалям или сильно сшитым комплексам протеин-сахарид. В результате этой реакции каскадного типа можно ожидать, что слой загрязнения образует пленку, которую трудно разрушить. Реакция вызвана конденсацией аминогруппы с карбонильной группой. Эта первичная реакция обратима, но продукты склонны к перегруппировке в соответствии с так называемой перегруппировкой Амадори (Amadori). Продукты в этих условиях устойчивы.
Неожиданно было установлено, что эти проблемы могут быть преодолены воздействием на загрязняющий слой перйодата, предпочтительно в присутствии химического вещества, способного к дальнейшему взаимодействию с продуктами, образующимися по реакции с перйодатом, или с последующим действием указанных химических веществ в нейтральных или щелочных условиях. Специалист в данной области техники не склонен использовать перйодатные соединения из-за каскада вышеуказанных реакций. Без привлечения какой-либо теории можно утверждать, что благодаря нейтральным или щелочным условиям, которые обычно не используются для окисления полисахаридов перйодатом, окисление вероятно продолжается за счет некоторых подходящих побочных реакций. Первой возможной побочной реакцией, которую следует рассмотреть, является реакция диспропорционирования Канницаро (обсужденная Veelaert, Thesis, p.88, 1995-1996, University of Gent, Belgium). Под влиянием ОН- две альдегидные группы реагируют, давая спирт (восстановленная форма) и карбоксильную кислоту (окисленная) форма. Конечным результатом (в этих щелочных условиях в соответствии с предпочтительным осуществлением настоящего изобретения) является образование карбоксильных групп. В связи с тем, что конечный продукт сшит в меньшей степени, можно ожидать, что благодаря его более высокой растворимости и заряду продукт легче может быть удален.
Вторая возможная побочная реакция известна как β-алкоксикарбонильное элиминирование, также называемое β-элиминированием. Обзор этой реакции представлен в ссылке, указанной ранее (Advances in Carbohydrate Chemistry, R.D.Guthrie, ed.. Vol. XVI, page 105-158, 1961, Associated Press, New York). Возможный путь этой реакции обсужден Floore et al. (Reel. Trav. Chim Pays-Bas, 107, (1989) 384 и Veelaert (Thesis, p.88, 1995-1996, University of Gent, Belgium). Основным результатом этой реакции является то, что молекулы на основе полисахаридов разрушаются и образуются материалы, содержащие карбоксильные группы. Эти продукты лучше растворяются в воде, чем исходные соединения, и обладают меньшей адсорбцией.
Обычным условием является повышенная температура, например, более 60°С, предпочтительно более около 70°С, что делает возможным проводить стадию очистки за относительно короткий период времени (меньше 60 минут). Концентрация используемого перйодата составляет 500-2000 ppm (2,4·10-3-9,6·10-3 моль/литр). Расход реагента может контролироваться УФ-видимой спектроскопией, и количество реагента, который необходимо добавить, может основываться на результатах этого контроля.
Мембрана после обработки полностью восстановлена, и отсутствует необходимость в дополнительной обработке химическими веществами.
Несмотря на применение жестких условий (высокая температура и высокий рН), мембраны устойчивы.
Второй вариант осуществления изобретения относится к регенерации реагента in situ.
В связи с тем, что перйодат является дорогостоящим химическим веществом, его применение в крупномасштабных процессах сильно ограничено. Крупномасштабные процессы на основе электрохимической регенерации на месте описаны в многочисленных патентах и статьях (обзор приведен в Starch, 7, 208 (1966) и в US 5747658. Процессы, разработанные для извлечения химических веществ по реакции на основе гипохлорита натрия, описаны в Die Starke 23, (1971) 42-45 и в US 6538132, а по реакции и на основе пероксомоносерной кислоты и озона описаны в ЕР 1341717 и озона (WO 98/27118). Этот второй вариант осуществления изобретения направлен на проведение реакции с очень ограниченным количеством, например, перйодата натрия (<250 ppm=1,2·10-3 моль/литр) в присутствии второго окислителя, способного окислять альдегидную группу, образующуюся под действием перйодата. Преимуществом является то, что таким образом количество дорогостоящего перйодата может быть ограничено. Примерами таких окислителей являются пероксид водорода и пероксодисульфат. Без привлечения какой-либо теории можно утверждать, что хороший эффект очистки перйодатом в комбинации с другим окислителем вызван окислением продуктов, образованных перйодатом в щелочных условиях проведения процесса. Эту реакцию проводят при рН>6. В связи с тем, что окисление полисахаридов предпочтительно проводят при рН 1-6 и диальдегиды полисахаридов реакционноспособны в щелочных условиях, регенерация in situ невозможна. Усовершенствование способа описано в ЕР 118983. В настоящее время установлено, что эти способы регенерации могут быть использованы в щелочных условиях, применяемых в ходе процедуры очистки по настоящему изобретению.
Третий вариант осуществления изобретения направлен на проведение реакции с очень ограниченным количеством перйодата (<1,2·10-3 моль/литр) в присутствии реагента, способного взаимодействовать с продуктами, такого как пероксидисульфат, пероксид водорода, предпочтительно при относительно высоком значении рН (около >6), приводящей к разрушению продуктов β-элиминированием и/или окислением, или на проведение окисления при более низком значении рН (около <6) с последующей обработкой реагентом, способным реагировать с продуктами, такими как пероксид водорода, надкислоты, хлорноватистая кислота и хлорит натрия. Особенно при более низких рН (около <6) может быть предпочтительно проводить реакцию таким образом, поскольку последующая обработка дает дикарбокси производные с высокой растворимостью. Необходимы только ограниченные количества перйодата.
Способ изобретения может быть использован для очистки мембранных фильтров, применяемых в пищевой промышленности и для очистки воды. Для производства молочных продуктов, пива, вина, фруктовых соков (яблочного, ананасового, грейпфрутового, апельсинового), овощных соков и других напитков оборудование включает трубопроводы, трубы, смесительные устройства. Фильтр может быть любого типа, включая мембраны, выполненные из поливинилпирролидона (PVP), полисульфона, полиэфирсульфона и особенно полиамидов, и керамические мембраны.
Способ по изобретению может осуществляться окислением для достижения лучшей растворимости и/или разложения полисахаридов и протеинов. Способ можно проводить в статическом режиме (периодически). Время, необходимое для очистки, предпочтительно составляет 5-120 минут.
Способ также может быть непрерывным или полунепрерывным, когда жидкость циркулирует по системе. После очистки химические средства могут быть удалены ополаскиванием подходящей жидкостью, предпочтительно водой.
Значение рН в опытах 1, 2, 4, 6 и 7 составляет около рН 11-13.
Примеры
Общая часть
Используемые мембраны представляют собой полые волокна, выполненные из полиэфирсульфона/PVP; 20 волокон длиной 300 мм помещают в модуль с площадью поверхности 0,0235 м2. Пиво прокачивают по волокнам с начальным давлением 1 бар.
1. Стандартная процедура загрязнения мембран
Пиво с температурой 0 (±1)°С фильтруют через мембрану с постоянным расходом 107 л·м2·ч-1·бар-1 в условиях поперечного течения (скорость 2 м/с). Процедура продолжается до того момента, когда трансмембранное давление станет выше 1,6 бар (обычно на это уходит 4 часа). После загрязнения подается чистая вода с расходом 7500-15000 л·м-2·ч·-1бap-1.
2. Стадии промывки до и/или после стадии окислительной очистки (например, с перйодатом, перйодат/персульфат, йодат/перманганат) могут включать одну или более следующих операций:
а. Очистка противотоком воды, состоящая из следующих стадий: очистка противотоком водой, очищенной обратным осмосом (RO), в течение 20 секунд, промывка 0,01 моль/литр раствором NaOH в течение 180 секунд и, наконец, водой RO в течение 140 секунд.
b. Щелочная обработка, проводимая раствором NaOH при рН 12 и 60°С.
с. Кислотная обработка, проводимая раствором азотной кислоты при рН 2 в течение 10 минут при комнатной температуре.
d. (Альтернативная) окислительная обработка, проводимая пероксидом водорода и NaOH.
Расход через мембранный модуль, не бывший в употреблении, составляет 50000-55000 л·м-2·ч-1·бар-1.
Далее будут приведены примеры осуществления изобретения, которые не ограничивают объем притязаний. Определение расхода чистой воды в каждом примере в то же время является также стадией промывки чистой водой. Время, в течение которого проводят стадию очистки раствором перйодата в примерах, составляет около 45 минут, если не оговорено иное. Если это время увеличивается, концентрация раствора перйодата может быть снижена. В сущности, самая низкая рабочая концентрация раствора перйодата составляет около 8·10-5-0,5 моль/литр. Концентрация регенерирующего вещества (окислитель типа гипохлорита, гипобромита или надкислот) обычно составляет 2·10-4-2 моль/литр, предпочтительно 5·10-4-2 моль/литр.
Пример 1. Очистка перйодатом/гидроксидом натрия.
Загрязненную мембрану очищают противотоком, как описано выше. Расход чистой воды после этой обработки составляет 10000 л·м-2·ч-1·бар-1. Затем в модуле циркулирует раствор, содержащий перйодат (0,024 моль/литр) и гидроксид натрия (0,04 моль/литр). Температуру раствора поддерживают равной 70°С во время всей операции. После 45 минут модуль удаляют и промывают щелочным раствором. Расход чистой воды после этой обработки составляет 49000 л·м-2·ч-1·бар-1.
Пример 2. Очистка перйодатом/гидроксидом натрия/пердисульфатом натрия.
Через загрязненный мембранный модуль, предварительно очищенный противотоком, рециркулирует раствор, содержащий перйодат натрия (0,46·10-3 моль/литр), пердисульфат натрия (0,008 моль/литр) и гидроксид натрия (0,11 моль/литр). Температуру раствора поддерживают равной 70°С во время всей операции. После 45 минут модуль удаляют из раствора. Расход чистой воды после этой обработки составляет 48800 л·м-2·ч-1·бар-1.
Пример 3. Очистка перйодатом при рН 3.
Через загрязненный мембранный модуль, предварительно очищенный противотоком, циркулирует водный раствор перйодата (9,4·10-3 моль/литр), при 25°С и рН 3. После 45 минут воздействия модуль удаляют из раствора и промывают щелочным раствором. Расход чистой воды после этой обработки составляет 41800 л·м-2·ч-1·бар-1.
Пример 4. Очистка йодатом/перманганатом.
Загрязненный мембранный модуль предварительно очищают противотоком, как описано выше. Расход чистой воды после этой обработки составляет 9700 л·м-2·ч-1·бар-1. Затем модуль очищают циркуляцией раствора, содержащего йодат (1,2·10-3 моль/литр) и также перманганат калия (0,032 моль/литр) и NaOH (0,08 моль/литр). Температуру раствора поддерживают равной 60°С. После 45 минут мембрану промывают раствором, содержащим аскорбиновую кислоту (0,5%) и щавелевую кислоту (0,5%) для удаления диоксида марганца (МnO2). Расход чистой воды после этой обработки составляет 48500 л·м-2·ч-1·бар-1.
Альтернативно этот способ может быть выполнен с использованием комбинации йодата и монопероксоперсульфата, причем количества этих соединений, необходимые для получения аналогичных результатов, могут быть соответственно выбраны специалистом в данной области техники.
Пример 5. Очистка йодатом натрия и персульфатом.
Через загрязненный мембранный модуль, предварительно очищенный противотоком, циркулирует водный раствор йодата (0,010 моль/литр) и 0,011 моль/литр NaOH при температуре 70°С и рН 7. После 45 минут воздействия модуль удаляют из раствора и промывают кислым раствором. После чего расход чистой воды составляет 16000 л·м-2·ч-1·бар-1. Это означает, что йодат не вносит вклад в очистку и что очистка, как описано выше в примерах 1-4, относится к действию перйодата.
Пример 6. Очистка перйодатом/гидроксидом натрия/пероксидом водорода.
Через загрязненный мембранный модуль, предварительно очищенный противотоком, рециркулирует водный раствор, содержащий перйодат натрия (1,2·10-3 моль/литр), гидроксид натрия (0,11 моль/литр). Во время процесса очистки дозируют пероксид водорода (общее количество 45·10-3 мoль/литp). Температуру при обработке поддерживают равной 70°С во время всей операции. После 45 минут модуль удаляют из раствора. Расход чистой воды после этой обработки составляет 40700 л·м-2·ч-1·бар-1.
Пример 7. Очистка перйодатом/гидроксидом натрия.
Повторяют процесс, как описано в примере 6, однако без добавления пероксида водорода. Расход чистой воды после этой обработки составляет 34200 л·м-2·ч-1·бар-1.
1. Способ очистки оборудования для переработки жидкостей, содержащих органические вещества, включающий приведение в контакт оборудования и раствора перйодатного соединения, причем способ осуществляют при выполнении одного из условий:(a) применяют раствор со значением рН около 6 или менее и дополнительно осуществляют стадию приведения в контакт оборудования и раствора со значением рН около 6 или более, или(b) применяют раствор перйодата со значением рН около 6 или более, который включает дополнительный окислитель, например пероксидисульфат, пероксид водорода или надкислоту.
2. Способ по п.1, который выполняют при температуре 60-95°С. предпочтительно 70-95°С.
3. Способ по п.1, в котором концентрация перйодатного соединения составляет 4·10-4-0,5 моль/л.
4. Способ по п.1, в котором при выполнении условия (а) концентрация перйодатного соединения составляет около 2,4·10-3-9,6·10-3 моль/л.
5. Способ по п.1, в котором при выполнении условия (b) концентрация перйодатного соединения составляет 1,2·10-3 моль/л или менее.
6. Способ по п.1, в котором прореагировавший перйодат регенерируют регенерирующим окислителем при рН около 6 или выше.
7. Способ по п.1, в котором при выполнении условия (b) дополнительным окислителем является пероксидисульфат, предпочтительно его растворимая соль.
8. Способ по п.6, в котором регенерирующий окислитель добавляют при концентрации 2·10-4-2 моль/л, предпочтительно 5·10-4 моль/л.
9. Способ по п.8, в котором регенерирующий окислитель представляет собой гипохлорит, гипобромит или озон.
10. Способ по п.1, в котором при выполнении условия (а) после обработки перйодатом следует обработка окислителем, реакционноспособным по отношению к диальдегидам полисахаридов.
11. Способ по п.10, в котором регенерацию выполняют окислителем, выбранным из гипохлорита, монопероксосульфата или надкислоты, или электрохимическим способом.
12. Способ по п.10, в котором используют водный раствор регенерирующего окислителя с концентрацией 2·10-4-2 моль/л, предпочтительно 5·10-4-2 моль/л.
13. Способ по п.1, в котором оборудование представляет собой фильтр, предпочтительно мембранный фильтр.
www.findpatent.ru
Применение мембранных методов очистка - Справочник химика 21
Физико-химические методы играют существенную роль при обработке производственных сточных вод. К ним относятся следующие коагуляция и флокуляция, сорбция, ионный обмен, экстракция, различные электрохимические методы, мембранные методы (обратный осмос, ультрафильтрация) и др. Эти методы используют как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, биологическими и химическими методами очистки. В настоящее время область применения физико-химических методов очистки расширяется. Наиболее эффективное применение физико-химических методов достигается в локальных системах очистки сточных вод промышленный предприятий. [c.134] Совершенствование методов очистки сточных вод с использованием новейших достижений науки и техники проводится в различных направлениях. Одним из таких направлений, позволяющим целенаправленно извлекать из сточных вод все содержащиеся, в них ценные компоненты, является применение мембранных процессов типа ультрафильтрации или обратного осмоса. Как показали лабораторные исследования и полупромышленные испытания, эти методы обеспечивают высокую полноту извлечения нефтепродуктов и других ингредиентов из сточных вод. [c.162]Применение мембранных методов в пищевой промышленности позволяет проводить очистку и концентрирование растворов без подогрева и выпаривания. Они используются также для подготовки технологической воды, стабилизации безалкогольных напитков и виноградных вин, концентрирования натуральных соков, пастеризации, извлечения ценных компонентов из технологических стоков различных производств, очистки промышленных стоков и т. д. Применение мембранных процессов в пищевой технологии позволяет значительно снизить энергоемкость процессов обезвоживания фруктовых и овощных соков, сиропов, экстрактов по сравнению с процессами выпаривания или вымораживания, улучшить качество и повысить выход получаемых продуктов. [c.517]
Мембранные методы очистки природного газа и его разделения с выделением диоксида углерода и гелия. Области использования компонентов, выделяемых из природного газа. Примеры промышленного применения мембранных методов для выделения диоксида углерода из природного газа. Применение мембранных модулей из полых волокон и с рулонными разделительными элементами. Оценка стоимости процесса с использованием мембран разной селективности. Комбинирование мембранного метода с абсорбционным и дистилляцией для выделения диоксида углерода из природного и дымовых газов. Технологические схемы процесса разделения и оценки эффективности использования комбинированных методов. Многоступенчатый процесс выделения гелия из природного газа с промежуточной очисткой от диоксида углерода. Технико-экономические характеристики. Возможность комбинирования мембранного и криогенного методов получения гелия [c.79]
Очистка газов от диоксида углерода и сероводорода. Применению мембранных методов разделения газовых смесей для очистки природного и нефтяного (попутного) газов способствует ряд факторов. Во-первых, исходный газ обычно находится под повышенным давлением и нет необходимости использовать компрессоры. Во-вторых, пермеат может быть использован непосредственно на месторождении, например для увеличения нефтеотдачи пластов и отработанных скважин. В-третьих, использование мембранных методов позволяет получить осушенный и очищенный до необходимой степени газ. Характеристики мембран, применяемых для очистки газов от диоксида углерода и сероводорода, можно найти в монографии [1]. При разработке проекта мембранной установки необходимо предусмотреть предварительную очистку и осушку газов перед подачей не1юсредствешю в мембранную установку. В установках очистки природного и нефтяного газов наибольшее применение получили мембранные аппараты на основе рулонных элементов. [c.429]
Классификация загрязняющих веществ сточных вод предприятий газовой промышленности, данные о составе загрязнений. Основные мембранные процессы, используемые для очистки сточных вод микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос. Технологические схемы очистки сточных вод от водомасляных эмульсий, ионов тяжелых металлов, термальных вод от фенолов, обессоливания и опреснения сточных вод. Промышленное применение мембранного метода обратного осмоса. Технико-экономическое сопоставление обратноосмотического метода с дистилляционным. Вопросы предварительной обработки сточных вод перед их подачей в мембранные установки для увеличения срока их службы при сохранении разделительных характеристик мембранных модулей [c.107]
Создание высокопроизводительных и селективных асимметричных или композиционных мембран и аппаратов на их основе позволит существенно расширить границы применения мембранного метода извлечения ЗОг из газов, в частности приблизить решение важнейшей проблемы эффективной очистки низкоконцентрированных [0,3—0,8% (об.)] по 502 выбросных газов с последующей их утилизацией. [c.333]
Очистка сточных вод сыроваренных заводов. Очень перспективно применение мембранных методов для очистки сточных вод сыроваренных заводов, на которых в США и Дании построено несколько опытнопромышленных и промышленных установок для извлечения пищевых белков, лактозы, витаминов и молочной кислоты из сбрасываемых в сток сыроваренных сывороток. [c.323]
Методы, применяемые для очистки сточных вод от загрязнений, можно разделить на две группы методы предварительной, или грубой, очистки вод от основной массы загрязнений и методы доочистки, или тонкой очистки, стоков, содержащих малое количество загрязнений. К первой группе относятся нейтрализация, осаждение, коагуляция и флокуляция, экстракция, ректификация, выпаривание, сжигание. Ко второй группе относятся сорбция на твердых сорбентах, ионный обмен, электрохимическое и биохимическое окисление, озонирование, биологическая очистка, мембранные методы — обратный осмос и ультрафильтрация. Биологический метод очистки сточных вод является общим методом доочистки на общезаводских очистных сооружениях и поэтому не включается в систему локального обезвреживания стоков. Рассмотрим применение некоторых методов очистки сточных вод на конкретных примерах [50]. [c.205]
Мембранные методы очистки сточных вод получили название промышленных почек [32]. На рис. 1-7 представлена одна из возможных схем очистки сточных вод целлюлозно-бумажных производств [32] с применением промышленной почки и регенерацией ценных колшонентов. [c.26]
Уместно еще раз отметить, что применение мембранных методов для очистки стоков позволяет не только предохранять природные воды от загрязнения, но и повторно использовать очищенную воду. Поскольку эти методы являются регенерационными, то они дают возможность еще извлекать из сточных вод ценные продукты, что делает сам процесс, т. е. очистку стоков, рентабельным, экономически целесообразным (табл. 1-13). [c.116]
Так, очень перспективно применение мембранных методов для очистки сточных вод сыроваренных заводов, на которых в США и Дании построено несколько опытно-промышленных установок для извлечения пищевых белков, лактозы, витаминов и молочной кислоты. Эти установки состоят из двух последовательно включенных мембранных элементов. На первой ступени ультра-фильтрационно отделяется и концентрируется пищевой белок. Этот белок после промывки и сушки используется для приготовления детских питательных смесей и обогащения полноценными белками других пищевых продуктов. Прошедшая через мембрану первой ступени сыворотка, уже не содержащая белков, поступает на вторую ступень — обратноосмотическую, где выделяется лактоза, молочная кислота и витамины. Прошедшая через эту ступень вода с очень небольшим содержанием примесей низкомолекулярных органических веществ может быть сброшена в обычную канализацию. [c.117]
Легко заметить, что преимущество при очистке сточных вод бf нефтепродуктов авторы прогноза отдают методам отстаивания и флотации, которые в сочетании с фильтрованием, видимо, и будут наиболее приемлемыми при очистке нефтесодержащих вод. Что касается развития коагуляционных процессов при очистке таких вод, то, наоборот, заметно их свертывание на электростанциях. Применение прогнозных методов очистки обмывочных вод совершенно не соответствует развитию исследований в этой области. С прогнозами в применении методов очистки сбросов водоочистки и вод от химических промывок в какой-то мере можно согласиться. Вызывает удивление, что в этом прогнозе не нашли места новые прогрессивные методы (например, мембранные). [c.35]
Для разделения или очистки некоторых нетермостойких продуктов применение мембранного метода является решающим, так как этот метод работает при температуре окружающей среды. В то же время мембранный метод имеет недостаток — накопление разделяемых продуктов вблизи рабочей поверхности разделения. Это явление называют концентрационной поляризацией. [c.207]
Применение мембранных процессов в разделении газовых смесей — новое перспективное направление, позволяющее в ряде случаев получить значительный экономический эффект, особенно для маломасштабных задач. Однако использование известных в настоящее время полимерных мембран для глубокой очистки газов еще не получило широкого распространения. Поскольку в области малых содержаний резко уменьшается движущая сила диффузии (разность парциальных давлений) молекул примеси, то преимущественно через мембрану проникает основной компонент. Поэтому материал мембраны должен обладать большей проницаемостью по отношению к основному компоненту. Удаление накапливающегося в кислороде метана (несколько долей на миллион) может быть осуществлено путем его выжигания в печах на катализаторах (оксиды меди или алюминия). Оно должно предшествовать очистке кислорода от влаги и диоксида углерода. Примеси криптона и ксенона могут быть удалены из смеси с кислородом методом адсорбции на силикагеле. [c.914]
Применение мембранного метода разделения эффективно и экономически целесообразно при средних и высоких концентрациях диоксида углерода в сырье. Особенно эффективным оказывается комбинирование мембранного процесса с абсорбционным. Применение такого комбинирования для разделения углеводородной смеси с высоким (более 60%) содержанием диоксида углерода позволяет сократить стоимость процесса очистки вдвое по сравнению с абсорбционной очисткой. Эффективно также применение мембран для извлечения диоксида углерода из смеси с углеводородами 2. В этом случае мембранный способ комбинируется с дистилляцией, и такой процесс оказывается более экономичным, чем дистилляция. [c.105]
Очистку коллоидных растворов от растворимых примесей осуществляют методом диализа. Он основан на применении мембран, задерживающих крупные коллоидные частицы и пропускающих ионы и молекулы низкомолекулярных веществ. [c.266]
В химической и нефтехимической промышленности мембранные методы применяют для разделения азеотропных смесей, очистки и концентрирования растворов, очистки или выделения высокомолекулярных соединений из растворов, содержащих низкомолекулярные компоненты, и т.п. в биотехнологии и медицинской промышленности-для выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, ферментов и т.п. в пищевой промышленности-для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока, получения высококачественного сахара и т. п. Наиболее широкое применение мембранные процессы находят при обработке воды и водных растворов, очистке сточных вод. [c.313]
Реагентная ультрафильтрация резко расширяет область применения мембранных методов разделения. Появляется возможность использования высокопроизводительных процессов для очистки промышленных жидких отходов, которые раньше можно было очистить только обратным осмосом селективно удалять из отходов загрязняющие компоненты, не затрагивая солевого балласта, появляются новые подходы к утилизации и переработке токсичных концентратов. [c.135]
Степень проработки различных технологических процессов очистки сточных вод неодинакова. Часть из них находится на стадии опытных, другая — опытно-промышленных испытаний. Наиболее отработанным является мембранный обратноосмотический метод обессоливания и опреснения воды с доведением солесодержания до уровня питьевой воды (500 мг/л). Тысячи обратноосмотических установок по обессоливанию воды эксплуатируются в мире в настоящее время. Этот пример широкомасштабного внедрения мембранного метода для очистки воды свидетельствует о реальности доработки до широкомасштабного применения и других близких по технологическим процессам методов. Мембранные методы очистки сточных вод хорошо зарекомендовали себя также на небольших установках (стационарных и передвижных), на судах и морских платформах. [c.159]
Изучение С. полимерами имеет большое практич. значение ввиду широкого применения полимеров в качестве упаковочных пленочных материалов, защитных, изоляционных и отделочных покрытий, ионитов и разделительных мембран для очистки воды и т. д. Химические, механические, электрические и др. свойства полимеров зависят от природы и количества сорбата, поглощенного полимером, а характер изменения этих свойств определяется скоростью С. Проницаемость полимеров по отношению к газам, парам и жидкостям определяется сорбционной способностью и коэфф. диффузии сорбата, к-рые м. б. рассчитаны по данным сорбционных измерений. Изучение С.— эффективный метод оценки пористости волокон, пленок и ионообменных смол. Исследование С. полимерами представляет и значительный теоретич. интерес, т. к. является источником информации о структуре полимера, плотности упаковки его макромолекул, их подвижности в различных условиях, свойствах бинарных систем полимер — сорбат и др. [c.231]
Вместе с тем вопросы о целесообразности применения мембранных методов разделения и очистки смесей в каждом конкретном приложении следует решать на основе технико-экономических исследований с учетом наличия требуемого разделительного материала, его свойств и стоимости, а также степени совершенства альтернативных технологических процессов. [c.223]
Гиперфильтрация (обратный осмос). Этот метод в последние годы стал применяться как в нащей стране, так и за рубежом для очистки производственных сточных вод от растворенных примесей во многих отраслях промышленности. Преимущества гиперфильтрации перед другими методами очистки сточных вод заключаются в том, что этот процесс прост в эксплуатации и общие затраты электроэнергии относительно невелики. Установка занимает небольшую площадь, работа ее может быть автоматизирована. Качество очищаемой воды получается настолько высоким, что она без дополнительной обработки может быть направлена в водооборот. Производительность работы гиперфильтрационных установок зависит от разности между рабочим и осмотическим давлением. При высокой концентрации растворенных веществ рабочее давление становится фактором, ограничивающим применение этого метода. Так, рабочее давление при гиперфильтрации 5—10%-ных растворов солей составляет 4600—9800 кПа. Так как в кислой и щелочной средах усиливается гидролиз ацетатцеллюлозы, составляющей активную часть мембран, то процесс следует проводить в интервале pH обрабатываемой воды от 4 до 7. С повышением температуры возрастает и скорость гидролиза мембран, поэтому температура обрабатываемой воды должна быть не выше 35—40° С. Рабочее давление зависит от концентрации примесей в сточной воде. Экономически оправданным считается давление (4600—5000 кПа). Оно должно быть выше осмотического давления образующихся концентрированных растворов. [c.190]
Как правило, общая схема включает в себя две стадии первичную очистку обычным содово-каустическим способом и вторичную глубокую очистку с применением ионообменных смол. Если на установке используют вакуумную соль (не менее 99,9% Na l), ионитная очистка является единственной стадией процесса. Отработанный анолит донасыщают исходной твердой солью или соединяют с сырым рассолом и подвергают упариванию с целью удаления вводимой с рассолом воды. При кооперировании диафрагменного и мембранного методов электролиза отработанный и обесхлоренный анолит из мембранного электролиза насыщают солью, выделенной при выпаривании [c.225]
Известно применение мембранной обработки с наложением переменного тока для очистки вод от ПАВов и определения ряда элементов. Преимуществом этого метода является минимальное загрязнение проб из-за отсутствия окисляющих реактивов и возможность совмещения подготовки пробы с определением тяжелых металлов. [c.52]
Применение мембранной технологам для очистки газов от примесей часто оказывается эффективнее традиционных методов. Наибольшее распространение получили мембранные аппараты с использованием половолоконных и рулонных элементов. Материалом мембран чаще всего служит ацетат целлюлозы, обладающий высокими значениями фактора разделения по примесям [c.673]
Диализ и ультрафильтрация — это методы очистки коллоидных растворов от примесей и отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды. Оба метода основаны на применении полупроницаемых мембран, которые свободно пропускают одни компоненты раствора — обычно молекулы или ионы растворителя — и не пропускают (или ограниченно пропускают) частицы дисперсной фазы. Мембраны принято рассматривать как пористые структуры, пронизанные капиллярами неправильной формы. [c.233]
Первый этап очистки воды — предочистка — необходима для улучшения технико-экономических показателей последующих этапов очистки воды, а также потому, что при отсутствии предочистки применение многих методов на последующих ступенях очистки встречает значительные затруднения. Так, наличие в воде органических веществ приводит к изменению технологических свойств анионитов, способствует их старению, а следовательно, и резкому (а 4—8 раз) снижению срока службы. Присутствие в воде ионов железа в концентрации свыше 50 мкг/кг вызывает отравление мембран при очистке воды электродиализом. Неудовлетворительная очистка воды от грубодисперсных и коллоидных примесей является одной из причин образования накипей на поверхностях нагрева и ухудшения качества пара. Поэтому в настоящее время предочистке воды в схемах подготовки добавочной и подпиточной воды придается важное значение. [c.29]
Эффективность опреснения гиперфильтрацией снижается, если исходная вода содержит ионы, способствующие образованию нерастворимых осадков на мембранах. Метод гиперфильтрации может быть применен не только для опреснения природных вод, но и для обработки воды в системах оборотного водоснабжения, для очистки производственных сточных вод. [c.93]
Мембранные методы очистки отличаются высокой производительностью и не требуют больших затрат электроэнергии, в связи с этим их применение для разделения микробных суспензий весьма перспективно. Поэтому на заключительном этапе работы мы оценили возможность использования ультрафильтрационной установки с полыми волокнами ВПУ-100-ПА для разделения автолизованной бактериальной суспензии была получена зависимость производительности мембраны oi логарифма концентрации микробных клеток в концентрате. Из полученной зависимости мы смогли определить концентрацию гелеобразования и максимально возможную степень концентрирования бактериальной суспензии. Результаты расчетов показали, что максимальная степень концентрирования равна 3, при этом конечная концентрация клеток в ультраконцентрате составляет 150 г/л, что совпадает с концентрацией клеток в сгу1ценной суспензии, получаемой на стадии сепарации. [c.226]
В соответствии с программой курса в книге рассматриваются все основные методы химической и термической обработки воды, применяемые в настоящее время на электрических станциях. Наряду с методами предварительной очистки и химической обработки охлаждающей воды ТЭС и подготовки добавочной воды ионированием в книге описаны мембранные методы очистки воды, при применении которых количество сточных вод резко сокращается. Большое внимание уделяется также термическому обессоливанию в установках с испарителями кипящего типа и мгновенного вскипания. Это связано с тем, что метод термического обессолива-ния является во многих случаях весьма экономичным и в то же время при прихменении его сбросы засоленных вод также существенно понижаются или даже устраняются полностью. [c.3]
Обратный осмос применен для очистки сточных вод, содержащих биологически жесткие ПАВ ОП-7 и ОП-10, для которых нет надежных методов очистки. При гииерфильтрации с соответствующим подбором мембран воду можно очистить от указанных ПЛВ до концентраций, допустимых для сброса воды в водоем. Были проведены эксперименты ио удалению обратным осмосом нз водных растворов анионоактивных ПАВ типа ал-килсульфатов натрия. В случае использования плотных мембран при одной ступени очнстки степень задержания ПЛВ из дистил[фованной воды (рН = 6,0) составила 93—98% при 18—20° С. [c.222]
В процессе эксплуатации пов-сть мембран загрязняется, что приводит к резкому ухудшению показателей М.п.р. Один из способов, снижающих загрязнение мембран,-предварит. очистка системы (см., напр., Водоподготовка, Жесткость воды). Методы очистки мембран условно подразделяют на механические, гидромеханические, физические н химические. Мех очистка-обработка пов-сти перегородок эластичной губкой (нередко с применением моющих ср-в), не обладающей абразивными св-вами, полиуретановыми шарами и т.п Гидродинамич. очистка-воздействие на загрязненную пов-сть мембран пульсаций разделяемой смеси или промывной жидкости (обычно воды), турбулизация потока, промывка газожидкостной эмульсией (как правило, смесью воды и воздуха) обратная продувка мембран (особенно микрофильтров) сжатым воздухом обратный ток смеси, резкое снижение давления в системе (загрязнения отслаиваются от перегородки н вымываются сильным потоком воды). Физ. очистка-воздействие на перегородки электрич., магн. и ультразвуковых полей. Хим. очистка-промывка рабочей пов-сти мембран разб. р-рами к-т или щелочей, р-ром 1 и т.д. [c.24]
Для очистки сточных вод от ионов цветных металлов, нефтепродук тов и ПАВ широко используется метод фильтрации. В некоторы> случаях достаточно эффективная очистка достигается пропусканием очищаемых стоков через слой торфа [159], однако наилучшие резуль таты дает применение мембранной техники. Так, в способе очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты бензол, гидрохлорад алюминия и сульфанол, используют ультрафильтрацию через трубчатые мембранные элементы [160]. При скорости циркулирующего на мембраной потока 2-6 м/с и давлении 0,05 - 1,0 МПа достигается степень очистки 99% от нефтепродуктов и 67% от сульфанола. Повьш1е ние разделительной способности мембран при разделении сточных вод от анионных и неионогенных ПАВ достигается добавлением в очищаемые стоки ненасыщенных жирных кислот с 16-22 атомами углерода [191]. [c.162]
Метод конденсации позволяет получить водород высокой степени чистоты. Например, при охлаждении смеси газов до мпературы жидкого азота (- 77 К) оксиды углерода и углеводороды переходят в жидкое состояние. Чистота получаемого водорода составляет 99,95%. Высокую степень чистоты можно получить и электрохимическим способом с помощью ячейки с твердополимерным электролитом [12]. Все более широкое применение для разделения газов находят селективно проницаемые мембраны, в частности полимерные мембраны [86, с. 1273—1278]. Наиболее чистый водород можно получить в результате диффузионного разделения через проницаемую для водорода мембрану из палладиевого сплава [32]. Этот способ обеспечивает получение водорода чистотой до 99,9999%. При использовании электрохимического и диффузионного методов очистки необходима предварительная очистка газов от каталитических ядов соединений серы, мышьяка, фосфора и др- [c.105]
Для очистки золей от избытка электролитов служат методы диализа и ультрафильтрации. Диализ основан на применении мембран (целлофан, пергамент, коллодие-вые мембрань ), проницаемых для ионов и молекул и непроницаемых для коллоидных частиц. По одну сторону мембраны находится диализуемый коллоидный раствор, а по другую — вода. [c.106]
Области применения мембранных процессов для очистки воды различны. Так, если обратный осмос во избежание применения очень высоких давлений наиболее экономичен в основном для растворов с концентрацией растворенных веществ до 1 г/кг, то электродиалпз используется, как правило, для более концентрированных растворов. По сравнению с другими методами мембранные методы имеют следующие преимущества 1) отсутствуют фазовые переходы при отделении примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на проведение процессов 2) разделение можно проводить при низких температурах воды, которые определяются свойствами мембраны 3) если исключить забивание мембраны, процессы имеют непрерывный характер 4) их можно осуществлять без добавок химических реа-98 [c.98]
Большое распространение получил метод очистки коллоидов, основанный на применении диализатора и электрического тока, — метод электродиализа. Электродиализатор, изображенный на рис. 57, состоит из трех частей. Средняя часть электродиализатора наполняется коллоидным раствором она отделена от двух примыкающих к ней частей мембранами, сделанными из коллодия, пергамента, целлофана и т. п. Части 1 и 2 прибора имеют специальные отверстия 4 — для подачи воды, 5 — для выхода воды и 6 — для ввода электродов, примыкающих к внутренним поверхностям мембран в частях 1 и 3. Перед заполнением прибора отдельные части его плотно прижимаются друг к другу с помощью специального винтового зажима. Для злектродиализа обычно не пользуются током большой плотности, [c.187]
Современные методы очистки ферментов от неорганических примесей, главным образом, от высаливающего сульфата аммония, а также от сахаров н свободных аминокислот [I—3] основаны исключительно на диализе ферментных растворов через полупроницаемые (например, целлофановые) мембраны. Этот процесс длителен, требует затраты большого количества воды и не дает хороших результатов. Попытки использовать метод электродиализа [1—3] с применением инертных мембран также не дали удовлетворительных результатов. Одной из основных причин этого является инактивация фермента, вызванная закислением электродиализуемого раствора [1]. [c.322]
chem21.info
Мембраны очистка - Справочник химика 21
В промышленности получили распространение процессы, основанные на фильтровании растворов через полупроницаемые перегородки (мембраны). Ультрафильтрование при давлении 0,1— 0,5 МПа обеспечивает отделение частиц размером до 0,5 мкм, а использование обратного осмоса при давлении 3—10 МПа позволяет производить очистку растворителя от частиц, равных диаметру молекул или гидратированных ионов. Качество разделения зависит от природы и концентрации соединений в сточных водах, от температуры, давления и конструкции аппарата, В результате очистки воды получается 5—20 % раствор солей и вода, которая по своим свойствам чаще всего удовлетворяет санитарным и технологическим требованиям [5,22, 5.24, 5.55, 5.64]. [c.475] Обратный осмос и ультрафильтрование. Метод основан на разделении растворов фильтрованием через мембраны с диаметром пор 1 нм (обратный осмос) и 5—200 нм (ультрафильтрование). Эти мембраны пропускают молекулы воды и непроницаемы для гидратированных ионов солей или молекул недиссоциированных соединений. От обычного фильтрования такой процесс отличается возможностью отделять частицы меньших размеров. Давление, необходимое для очистки методом обратного осмоса, 6—10 МПа, а для ультрафильтрования 0,1—0,5 МПа. В качестве материала мембран используются ацетатцеллюлоза, полиамиды и другие полимеры толщиной 100—200 нм [5.22, 5.24, 5.55, 5.64]. [c.485]Очистка сточных вод электродиализом основана на разделении под действием электродвижущей силы анионов и катионов. В электродиализаторе имеются анионо- и катионообменные мембраны. Метод широко применяется для опреснения соленых йод. С его помощью очищают сточные воды от соединений фтора и хрома при степени обессоливания 75—80 %, от радиоактивных загрязнений— при снижении активности на 99%. Срок службы мембраны зависит от загрязненности сточных вод взвешенными частицами и составляет 2—5 лет. [c.495]
В—структурная константа мембраны при расчете селективности D—коэффициент диффузии Dam—коэффициент диффузии растворителя в мембране d—диаметр поры мембраны dr.a—диаметр гидратированного иона а—эквивалентный диаметр канала /о— пористость мембраны G—проницаемость мембраны АЯ—теплота гидратации I— ионная сила раствора 1—коэффициент Вант-Гоффа К—степень очистки раствора /Ср—коэффициент разделения к, La, Lp—расход концентрата, исходной жидкости и растворителя соответственно [c.11]
Поскольку с помощью радиоактивного излучения и последующей химической обработки можно получать мембраны с порами заданного диаметра, а распределение пор по диаметрам чрезвычайно узкое, ядерные мембраны очень перспективны для микроаналитических исследований в цитологии и элементном анализе, для фракционирования растворов высокомолекулярных соединений и их очистки. Ядерные мембраны с успехом применялись для изучения размеров и формы различных типов клеток крови (в частности, для выделения раковых клеток из крови), для изучения вязкости крови и слипания ее клеток в зависимости от различных условий, для получения очищенной от бактерий воды в полевых условиях и многих других целей [59, 65—67]. [c.57]
Мембрана Показатели очистки Проницаемость 0, л/(м2-ч) [c.84]
Изучению влияния температуры на характеристики разделения обратным осмосом посвящено сравнительно небольшое число работ. Это объясняется тем, что ацетатцеллюлозные мембраны, которые получили наибольшее распространение при разделении, очистке и концентрировании водных растворов, разрушаются при температуре около 60 °С. Кроме того, с повышением температуры существенно возрастает скорость гидролиза ацетатцеллюлозных мембран [154], что сокращает срок их эффективной работы. Поэтому при использовании таких мембран в большинстве случаев нецелесообразно выходить за пределы комнатных температур. [c.183]
В химической, микробиологической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности часто встречается задача очистки растворов высокомолекулярных соединений (полимеров, белков и т. д.) от низкомолекулярных примесей (неорганических солей, спиртов и т. д.). Исследования, проводимые за последние годы, показали, что для этой цели можно с высокой эффективностью использовать диафильтрацию. Д и а ф и л ь т р а ц и я — это способ проведения обратного осмоса и ультрафильтрации, используемый в случаях, когда мембрана обладает заметно различной селективностью по отношению к разделяемым компонентам раствора. При диафильтрации в раствор вводится растворитель, расход которого равен количеству отбираемого фильтрата. Компонент раствора, плохо задерживаемый мембраной (НС), переходит вместе с растворителем в фильтрат, и таким образом в аппарате происходит [c.239]
Рассчитать процесс диафильтрации водно-спиртового раствора белка при следующих данных расход раствора р=1000 кг, концентрация белка 5% (х "=0,05) концентрация спирта 20% (х =0,2)-, допустимое содержание спирта в очищенном растворе 1% ( с =0,01) продолжительность процесса очистки 10 ч. Для диафильтрации используется мембрана со следующими характеристиками при рабочих условиях селективность по белку ф =0,998 селективность по спирту фНс=о,) проницаемость мембраны по 5%-ному водному раствору белка 0о=30 кг/(м -ч) коэффициент С=50. [c.244]
Если в результате работы все же происходит загрязнение мембран, следует периодически проводить их очистку. Простейший способ очистки— это сбрасывание давления на несколько минут и промывание аппарата сильным потоком воды. При этом загрязнения отслаиваются от мембраны и вымываются из аппарата. Больший эффект дает промывка мембран слабым раствором соляной кислоты (pH 3) с последующей окончательной промывкой сильным потоком воды. Еще более эффективна, если только позволяет конструкция аппарата, механическая очист- [c.296]
Изучался процесс очистки воды от микроорганизмов ультрафильтрацией. Разделению подвергались растворы 6 различных типов микроорганизмов при концентрациях до 160 000 единиц на кубической миллилитр. В десяти опытах очищенная вода была полностью стерильна и лишь в одном в ней были обнаружены бактерии, что авторы объясняют возможным дефектом мембраны или случайным попаданием бактерий в систему [6]. Данные, приведенные в работе [5], показали, что на мембранах отечественного производства оказывается возможным проводить очистку сточных вод от самых различных по природе растворенных веществ. Ниже приведены примеры применения обратного осмоса и ультрафильтрации в схемах очистки сточных вод ряда производств. [c.306]
Эксперименты по применению обратного осмоса для очистки и концентрирования сбросной воды проводились на модельных радиоактивных растворах и на сбросных водах [200]. Было показано, что во всех опытах на модельных растворах активность воды после очистки снижается на 2—3 порядка. Последующие испытания, проведенные на реальной сбросной воде, подтвердили высокую эффективность обратноосмотической очистки радиоактивных отходов. В частности, применяя ацетатцеллюлозные мембраны, удается на два порядка снизить активность сбросных вод и достигнуть 100-кратного уменьшения их объема. [c.306]
Первоначальные данные о применимости ультрафильтрации для очистки стоков не были такими многообещающими, как для обратного осмоса, поскольку грубые ультрафильтрационные мембраны пропу- [c.313]
Большой интерес для очистки сточных вод, растворенные вещества которых могут легко переходить в коллоидную форму, представляют динамические мембраны. К этому типу сточных вод относятся, в частности, промывные воды гальванических производств. Эти воды отличаются высокой токсичностью и перед сбрасыванием в водоемы подвергаются глубокой очистке. В настоящее время наиболее распространены химические методы очистки, характеризующиеся высокой стоимостью и большим расходом химических реагентов. Так, очистка хромсодержащих сточных вод включает стадии восстановления шестивалентного хро ма до трехвалентного сульфатом натрия или серной кислотой, нейтрализации полученного раствора едким натром илп гидратом окиси кальция, отделения полученного осадка Сг(ОН)з в отстойниках. Причем на 1 кг СгОз расходуется около 5 кг кислот и щелочей. Указанные методы имеют и ряд других недостатков. Так, осадок, полученный в отстойниках, содержит много влаги и подвергается обезвоживанию на вакуум-фильтрах. Высушенный осадок, как правило, не перерабатывается и вывозится на захоронение. [c.317]
К выбору мембраны для очистки растворов ПАВ [c.323]
Тип мембраны Метод предварительной очистки Электросопротивление, мкОм Селективность ф, % Содержание растворенного углерода. % Селективность ф, Го [c.326]
Для очистки от растворенных примесей начинают применять метод обратного осмоса, или гиперфильтрации. Метод основан на отфильтровывании воды из раствора через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Для этого метода используются ацетатцеллюлозные мембраны различной производительности по воде и селективности по растворенным веществам. Процесс осуществляется при температуре окружающей среды, без фазовых превращений. [c.346]
Ранее диффузия водородсодержащего газа через мембраны из палладия и его сплавов с серебром была в основном лабораторным методом получения водорода. Однако в последнее время этот метод начали применять в промыщленности [36, 48, 49]. Значительной сложностью при разработке диффузионного разделения было создание мембраны, которая не отравлялась бы примесями, присутствующими в водородсодержащем газе. Основными компонентами, снижающими проницаемость диффузора, являются сероводород, непредельные углеводороды, углекислый газ и пары воды. Поэтому в схему установки диффузионного разделения включают блок очистки сырья. Оптимальные условия работы диффузоров из палладия следующие давление 35—40 ат, температура 300—400° С. [c.112]
Д])угой тип мембраны — ионообменные мембраны — используют при очистке воды, проведении процессов элерстроосмоса и т, д. На них происходят ионообменные реакции, и они дают некоторый вклад в э.д.с., который обычно невелик и зависит от многих факторов. [c.207]
За рубежом на основе ароматических хлорангидридов и ароматических аминов разработана мембрана с ультратонким (около 200 нм) слоем, которая характеризуется высокой водопроницаемостью (1 м /м yт) при рабочем давлении 1,5 МПа и степени очистки от солей 99,5%. Такое давление при обратном осмосе по сравнению с обычным (примерно 5 МПа) открывает принципиально новые возможности для его применения при во-доподготовке и разделении водоорганических и органических смесей. [c.107]
Существенное преимущество обратного осмоса перед другими методами очистки сточных вод — одновременная очистка от неорганических примесей, что особенно важно в системах оборотного водоснабжения. Обеспечивается возможность получения наиболее чистой воды, так как мембраны могут задерживать практически все растворенные вещества и взвеси минерального и органического характера, в том числе бактерии, микробы и другие мнкроформы. [c.107]
Мембраны из поликомпонентных сплавов на основе палладия, серебра и никеля допускают эксплуатацию при температурах до 600 °С, при этом необходима предварительная очистка разделяемой газовой смеси от серосодержащих соединений, окиси углерода, галогеивдов и других примесей, которые способны образовывать с металлами устойчивые химические соединения (гидриды, карбиды, нитриды, оксиды), снижающие скорость диффузии. Следует помнить, что при более низких температурах, помимо снижения коэффициента диффузии, падает скорость диссоциации газа и химическая стадия процесса проницания становится лимитирующей. [c.119]
Мембраны. Для селективного выделения СО2 и НгЗ из смесей газов, содержащих в основном метан, в промышленном масштабе опользуют только полимерные (асимметричные или композиционные, плоские или в виде полых волокон) мембраны. В табл. 8.8 представлены характеристики мембран, полученных из наиболее перспективных полимерных материалов, применяемых для этих целей (в том ч И Сле и для получения гелиевого концентрата). Как видно из таблицы, лучшим. комплексом свойств для выделения СО2 и НгЗ обладают плоские асимметричные мембраны из ацетата целлюлозы, ультратонкие (с толщиной селективного слоя до 200 А) мембраны из сополимера поликарбоната с полидиметилоилоксаном (МЕМ-079), а также полые волокна на основе ацетата целлюлозы и полые волокна из полисульфона с полиорганосилоксаном типа КМ Монсанто . Перспективным представляется использование для очистки газов от СО2 и НгЗ высокоселективной мембраны на основе блок-сополимера Серагель [56]. [c.286]
Фирма Сепарекс разработала процесс очистки природного газа от кислых компонентов на аппаратах рулонного типа (описание конструкции — см. разд. 8.1) с использованием асимметричной мембраны из ацетата целлюлозы [41—43]. [c.292]
На установках с ацетатцеллюлозными мембранами возможно и осущать природный газ до необходимых норм, так как проницаемость паров воды через эти мембраны в 500 раз превышает проницаемость метана [4, 43]. Осушку можно производить и одновременно с очисткой от СО2 и НгЗ. Первая из установок Сепарекс работала в этом режиме (осушка — очистка от СО2) в течение 2 мес, причем снижения проницаемости, и селективности по СО2 обнаружено не было. Исходный газ был насыщен парами воды при 3,1 МПа в интервале температур 300—308 К, что соответствует 0,131—0,211% воды. С целью предотвращения конденсации паров воды на мембранах давление в исходном газе перед подачей на установку снижали до 1,7 МПа (относительная влажность 57%) или до 2,4 МПа (относительная влажность 78%,). [c.294]
Грейс системс провела испытания полупромышленных установок с аппаратами рулонного типа по очистке газа от СО2 и Н2 [44]. Диаметр мембранного элемента 0,203 м (о материале мембраны в литературе сведений нет). Результаты испытаний трех установок, эксплуатируемых на различных месторождениях США, представлены в табл. 8.10. Все установки снабжены теплообменниками для регулирования температуры газа и фильтрами для очистки газов от брызг и паров. Из таблицы видно, что очищенный на мембранных установках газ (за исключением установ1Кн, состоящей из одного элемента), вполне удовлетворяет требованиям стандартов, предъявляемых к продукционному природному газу. [c.295]
В результате очистки содержание ЗОг в газе снижается с 1,0 до 0,1% (об.). Однако селективность и стойкость мембраны из пленки РЭТСАР (на основе ПДМС) в среде ЗОг оказалась недостаточной для применения в промышленном масштабе. [c.332]
Если примесный компонент имеет небольшую молекулярную массу, ультрафильтрация может быть использована для получения концентрата чистого продукта. В таком случае ультрафильтрация является аналогом диализа, но менее трудоемким процессом и более экономичным по времени и занимаемым производственным площадям. Если должен быть получен продукт высокой чистоты, проводят диафильтрацню. Как правило, высокопроницаемые ультрафильтрационные мембраны позволяют проводить очистку в 10-100 раз быстрее, чем при аналогичном процессе диализа. [c.281]
В одной серии опытов использовалась культуральная жидкость а с предварительной грубой очисткой на центрифуге с фактором разделения Кр = 30, в другой — жидкость б прозрачного вида, достигнутого центрифугированием при Л = 2340. Из приведенных данных видно, что при давлении 0,3 МПа имеются весьма незначительные потери ферментати пиой активиости с фильтратом, а при давлениях 0,6 МПа и выше эти нотс )и практичеокн отсутствуют. Проницаемость мембраны при давлениях свыше [c.287]
Очистка растворов некоторых веществ бывает необходимой для ироведення точных анализов. При этом ультрафильтрация может оказаться наиболее простым и эффективным методом очистки. Например, у льтрафильтрацией крови через микропористые мембраны можио получить фильтрат, в котором легко определить содержание глюкозы простым колориметрическим методом, так как в фильтрате отсутствуют протеины, полисахариды и друпие высокомолекулярные вещества, влияющие на результат анализа. [c.287]
Ультрафильтрация может быть успешно применена и непосредственно в медицинской практике, например при лечении острой и хронической почечной недостаточности. Посредством непрерывной диафильтрации из крови больного человека удаляются токсины и продукты обмена веществ. Для этих целей используют мембраны, удерживающие только альбумин и другие высокомолекулярные вещества. В фильтрат проходят нужные высокомолекулярные соединения, имеющие относительно небольшую молекулярную массу, и все низкомолекулярные вещества, причем без существенного изменения их концентраций. При введении в полученный стерильный препарат соответствующих компонентов в нужной концентрации получают кровьнеобходимого состава, которую вводят пациенту. Преимущество этого метода очистки перед диализом состоит в том, что очистка крови производится быстрее н на менее громоздки.х аппаратах. Кроме того, ультрафильтрацией можно удалять некоторые вещества, трудно отделяемые обычным диализом. [c.288]
Для предотвращения снижения производительности установки, вследствие частичного забивания взвешенными частицами пор мембран, можно использовать два метода 1) периодическая очистка мембраны химическим способом и 2) введение в схему обессоливания воды стадии предварительной обработки. Поскольку первый способ связан с необходимостью временной остановрси обратноосмотической системы на чистку мембран, дополнительными затратами труда и образованием загрязненных сточных вод, то обычно применяют специальную предобработку обессоливаемой воды. [c.295]
Исследования показали, что из различных типов мембран наилучшими для очистки стоков варочного процесса оказались плотные мембраны. В экспериментах использовались мембраны фирм Дженерал Атомик Корп. и Хавенс . Оказалось, что проницаемость этих мембран зависит от рабочего давления (в пределах 1,4—4,6 МПа). В табл. VI, 9 показаны результаты очистки стоков первой ступени отбелки сульфитной целлюлозы на трубчатых мембранах фирмы Хавенс разной плотности при давлении 4,0 МПа. [c.314]
Интересно отметить, что довольно близкие величины селективности по каждому иону наблюдаются независимо от вида мембранообразующей гидроокиси и наличия в растворе других ионов. Это позволяет предположить, что динамические мембраны могут использоваться для очистки как индивидуальных, так и смешанных сточных вод гальванических производств. [c.317]
Для очистки сточных вод с низким содержанием ПАВ могут быть рекомендованы только обратноосмотические мембраны, поскольку они обладают высокой селективностью к мономеру. Для практического выбора мембраны при разделении того или иного ПАВ можно использовать график, представленный на рис. У1-23, на котором изображены зависимости селективности обратноосмотических мембран по растворен-ны(м поверхностно-активным веществам фпдв от селективности мембран по хлористому натрию при концентрации ПАВ 1000 мг/л, т. е. при концентрации, близкой к ККМ. [c.322]
Значения усредненной эффективности ацетатцеллюлозной мембраны типа. 4, имеющей ло 0,5%-ному раствору Na l селективность 95,3%, приведены ниже (метод предварительной очистки — осветление коагулированием) [c.325]
Сравнение ацетатцеллюлозных мембран двух типов А и В) при очистке бытовых сточных вод, предварительно обработанных коагуляцией с последующим озонированием, показало, что мембрана типа В (селективность по 0,5%-ному раствору Na l 91%) обладает в среднем примерно на 5% более высокой селективностью, чем мембрана типа А. [c.325]
В табл1ще VI, 10 приведены данные по влиянию предварительной очистки бытовых сточных вод на усредненную эффективность мембраны. [c.326]
chem21.info
