Поддержка 24/7
speaker_phone
Мы осуществляем  круглосуточную техническую поддержку и консультируем специалистов обслуживаемых объектов. 
Предварительный выезд бесплатно 
airport_shuttle
Мы приедем для предварительного осмотра оборудования и согласования объема работ 
Гарантия 1 год
build
Стандартные условия гарантии на производимые работы и поставляемое оборудование. 
Реальные цены 
favorite_border
Мы  проводим гибкую ценовую политику на основе  договорных обязательств.

Техническое обслуживание и ремонт промышленных обратноосмотических установок


     ООО «ЦВТ «АКВАЛАЙЗЕР» производит весь комплекс работ по ремонту и техническому обслуживанию обратноосмотических установок промышленного назначения любых производителей и типоразмеров,  а также - регенерацию мембран на объекте Заказчика. Техническое обслуживание может быть периодическим (плановым), в соответствии с согласованным графиком производства работ, или разовым, по заявке потребителя. Для определения объема и стоимость работ требуется глубокая техническая проработка текущего состояния оборудования и анализ параметров качества воды на различных стадиях водоподготовки.


     Комплекс работ по техническому обслуживанию обратноосмотических  установок в составе систем водоподготовки (систем предварительной подготовки воды):

1. Общая проверка технического состояния и функционирования оборудования.


2. Осмотр и чистка фильтров грубой механической очистки, редукционных клапанов и т. п.

3. Проверка работоспособности управляющих блоков засыпных фильтров системы предварительной подготовки воды с частичной разборкой и смазкой или заменой дефектных деталей при необходимости.

4. Замена фильтрующих загрузок и ионообменных смол засыпных фильтров системы предварительной подготовки воды по факту выработки ресурса.


5. Корректировка программ,  настройка блоков управления и автоматики системы

6. Регенерация (отмывка) мембранных  элементов установки обратного осмоса моющими  растворами по регламентам производителей  мембран.

7. Промывка корпусов и замена мембранных элементов обратноосмотической установки.

8. Замена фильтрующих элементов и техническое обслуживание фильтров тонкой

механической очистки

9. Проверка работоспособности и техническое обслуживание дозирующих насосов, при необходимости замена клапанов подачи реагентов, клапанов впрыска реагентов, датчиков уровня, трубок, а также подбор реагентов, настройка и регулировка оборудования.

10. Ремонт и модернизация любых компонентов водоподготовки (при необходимости).


11. Дополнительные специфические работы для конкретной системы, в соответствии с руководством по эксплуатации.


12. Обучение персонала и консультации по эксплуатации и технологическому регламенту.


         Периодичность технического обслуживание установок обратного осмоса:

        Рекомендуется регулярно и своевременно производить техническое обслуживание установок обратного осмоса. Основная технологическая операция технического обслуживания – гидродинамическая промывка и регенерация  мембранных элементов специальными моющими растворами (реагентная  химическая промывка). Необходимо понимать, что значительное загрязнение мембран снижает эффективность моющих растворов и неизбежно приведет к преждевременной их замене.

       Существует два способа промывки/очистки установок обратного осмоса:

       Гидродинамическая промывка – пропускание большого расхода чистой воды с высокой скоростью, вдоль поверхности мембраны. Гидродинамическая очистка проводится в автоматическом или ручном режиме, при перерывах в работе установки промышленного осмоса. Промывные воды сбрасывают в канализацию.

       Реагентная  химическая промывка (регенерация) - удаление загрязнений обратноосмотических мембран методом их растворения и/или очистки физико-химическим методом, при обработке реагентами. Периодичность химической промывки зависит от качества исходной воды и составляет   от 3 до 12 месяцев.


       Техническое обслуживание обратноосмотических систем рекомендуется производить при следующих признаках:

- снижение производительности обратноосмотической установки на 15-25% от начального значения;

- увеличение электропроводности пермеата на 15% и более от начального значения;

- увеличение гидравлического сопротивления мембран, когда разница  давлений между очищаемой водой и концентратом превысит на 11-20% значение первоначальной величины.


       Мы намеренно не приводим здесь цены данных услуг, т.к. реальную стоимость технического обслуживания водоподготовки в комплексе или промышленной обратноосмотической установки можно рассчитать только после осмотра оборудования на объекте, изучения технической документации и согласования объема работ.  Предварительный выезд специалистов для сбора информации, подготовку и согласования  мы производим бесплатно для Заказчика.

       ООО «ЦВТ "Аквалайзер» готово выступить в качестве организации-субподрядчика, обеспечивающей безусловное выполнение заключенных договоров, связанных с поставками, изготовлением, монтажом и пуско-наладочными работами, техническим обслуживанием или ремонтом промышленных систем водоподготовки. Наши цены реальные и мы проводим разумную индивидуальную ценовую политику.

Проблемы обратноосмотических систем, их обнаружение и устранение (по собственным данным и материалам компании HYDRANAUTICS) 


     Возможно множество причин, почему Вы имеете проблемы с процессом получения желаемого количества и/или качества пермеата при эксплуатации Вашей обратноосмотической (ОО) системы. Прежде всего, Вы должны идентифицировать как можно больше проявлений неполадок насколько это возможно, чтобы как можно более точно определить исходную причину Ваших проблем.


ВВЕДЕНИЕ


     Очень важно решить все возникающие проблемы с вашей ОО установкой на месте ее эксплуатации. Множество методов решает проблемы ОО системы с использованием специального оборудования, в том числе осуществляется процедура очистки ОО системы на месте ее эксплуатациию. Такое оборудование применимо для ОО систем «промышленного масштаба», и совершенно не обязятельно для ОО систем малой производительности. Капитальные затраты небольших ОО установок делают выгодным решение проблем путем, например, замены ОО элементов. В тоже время, для высокопроизводительных ОО систем (скажем, > 3 м3/ч) затраты на замену ОО элементов становятся сопоставимы со стоимостью дополнительного оборудования, системы очистки мембран и т.д.


КАК ИЗБЕЖАТЬ ПРОБЛЕМ


Лучший способ избежать проблем с вашей ОО системой – это избежать их в самом начале. Вот несколько основных правил проектирования ОО системы:

- Проектировать систему ОО только при наличии полного анализа исходной воды.

Если существуют сезонные колебания или есть несколько различных источников воды, то получите все анализы и убедитесь, что они соответствуют текущему периоду.

- Проведите 15-ти минутный SDI тест на месте Вашего будущего источника исходной воды, чтобы определить потенциальную угрозу коллоидных отложений.

- Будьте уверены в правильном выборе и надежности системы предочистки.

- Будьте «консервативны» при проектировании ОО, особенно если существует потенциальная опасность образования отложений. ОО система, работающая на чистой родниковой воде, может быть спроектирована с более жесткими эксплуатационными показателями, чем ОО система для поверхностного источника.

- Консервативный дизайн ОО системы подразумевает более низкий удельный расход потока. Заниженный удельный расход пермеата, относительно заданной площади поверхности мембран, соответствует снижению вероятности конвективного осаждения отложений на поверхности мембран. Значение удельного расхода для поверхностных источников должны быть в диапазоне от 8 до 14 gfd (галлонов на квадратный дюйм в сутки) и 14 -18 gfd для подземных источников.

- Оптимальный коэффициент отбора пермеата минимизирует вероятность образования отложений малорастворимых веществ.

- Консервативный дизайн подразумевает максимально возможные удельные скорости потока питательной воды и концентрата относительно поперечного сечения мембранного элемента. Высокие удельные скорости уменьшают концентрацию солей и малорастворимых веществ в области поверхности мембран благодаря ускорению их диффузии в основной поток с поверхности мембран.

- Важно правильно выбрать тип применяемых мембран. Иногда целлюлозно-ацетатные мембраны с нейтральным зарядом поверхности более подходят к «сложным» или сточным водам в отличие от композит-полиамидных мембран с отрицательно заряженной поверхностью.

- Используйте опыт эксплуатации ОО систем на вашем источнике исходной воды.


ОБНАРУЖЕНИЕ ПРОБЛЕМ


Убедитесь, что Вы действительно имеете дело с нарушениями функционирования Вашей ОО системы или с образованием отложений на мембранах. Увеличение солесодержания исходной воды приведет к повышению рабочего давления: на каждые 100 ppm солей рост давления составляет 1 psig (0,07 bar) по причине увеличения осмотического давления, также будет расти электропроводность пермеата при постоянном значении селективности мембран. Повышение температуры на 5°С приводит к понижению рабочего давления на 15%. Повышение коэффициента отбора системы приведет к увеличению электропроводимости пермеата. Солесодержание концентрата равно удвоенному солесодержанию исходной воды при 50% отбора, соответственно в 4 раза больше при 75% отбора и в 10 раз больше при 90% отбора. Уменьшение расхода пермеата приводит к повышению его солесодержания при постоянном значении

процента отбора, т.к. меньшее количество пермеата будет приходиться на

разбавление прошедших через мембрану солей.

Рекомендуется «нормализовать» Ваши регистрируемые рабочие данные, чтобы определить скорость роста отложений в Вашей системе и Вы могли бы спланировать проведение процедуры очистки или определить причину проблем. Производители мембранных элементов имеют программы расчета «нормализации», которые графически представляют нормализованный расход пермеата, процент селективности и перепад давления по линии концентрата. Эти нормализованные параметры рассчитываются путем сравнения текущих показателей системы с

показателями начала работы со всеми изменениями параметров системы,

сделанными с учетом вариаций температуры, солесодержания исходной воды, процента отбора пермеата, давления. Например, если нормализованный расход пермеата на 100 день эксплуатации системы составляет 18 м3/ч, а в первый день начала работы он был 22,6 м3/ч, то это означает, что присутствуют отложения в мембранах, соответственно произошло падение производительности на 20% и рекомендуется провести процедуру очистки. Если Ваша ОО система работает в условиях флуктуации рабочих параметров, то разумно только лишь попытаться определить, как реально работает Ваша система.

Правильно ли Вы проводите выключение Вашей ОО системы? Система должна быть промыта перед выключением, чтобы удалить из системы концентрат или избежать осаждения малорастворимых веществ на поверхности мембран. Лучшей водой для промывки является пермеат.

Как долго происходит процесс выключения ОО системы у Вас? Застой воды на длительный период (особенно в теплых условиях) может стать причиной проблем с биообрастанием.

Если Вы проводите дозировку кислоты для подкисления питательной воды, чтобы контролировать отложения карбоната кальция, Вы должны быть уверены, что в итоге Вы имеете именно то значение рН, которое Вам необходимо.

Проконтролируйте, чтобы перепад давления по линии питательная вода – концентрат не повышался более чем на 15%. Это должно быть сигналом начала образования отложений и означает, что пора проводить промывку мембран. Мониторинг перепада давления по отдельным стадиям ОО позволяет определить степень отложений по каждой отдельной стадии. Эта информация полезна для определения типа отложений.

Проконтролируйте, что все измерительные приборы и инструменты правильно откалиброваны.

Проводите отбор проб пермеата с каждой стадии и с каждого напорного корпуса, если это возможно. Некоторые отложения образуются на входе системы, некоторые – на выходе. Эта информация полезна для определения типа отложений.

Проведите контроль отдельного напорного корпуса на предмет механического повреждения кольцеобразных прокладок путем измерения электропроводности пермеата в трубе отвода пермеата по длине напорного корпуса. Для этого используется пластиковая труба диаметром 6 мм, которая пропускается внутрь трубы отвода пермеата и позволяет отбирать пробу пермеата последовательно за каждым мембранным элементом.

Регулярно проверяйте картриджный фильтр исходной воды.

Проверьте мембранные элементы на предмет отложений или механических повреждений.

Проведите отбор и детальный анализ исходной воды, концентрата и пермеата. Сравните эти анализы с ожидаемыми расчетными показателями.

Как только Вы определите, что причиной проблем не являются механические поломки и отклонения, Вам необходимо установить природу отложений на мембранах и провести процедуру или серию процедур очистки.

Очищающий раствор может быть отобран и проанализирован на предмет определения типа удаленного с мембран отложения.

Если Вы не знаете, какой тип отложений характерен для Вашей системы и не хотите экспериментировать с подбором очищающего раствора и условий проведения процедуры очистки, воспользуйтесь услугой компаний, которые специализируются в поставках необходимых очищающих химических реагентов и проводят исследования мембранных элементов, деинсталлированных с Вашей ОО системы. Такие услуги особенно полезны, если процедура очистки будет проводиться впервые.

В крайнем случае, может быть применен деструктивный анализ мембранного элемента. Элемент разрезают, разворачивают мембранное полотно и определяют тип и количество отложений.






ОЧИСТКА МЕМБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

(информация по материалам компании HYDRANAUTICS)




Отложения на обратноосмотических мембранах и их удаление с

композит-полиамидных ( ESPA, ESNA, CPA, LFC и SWC) обратноосмотических мембранных элементов.



Предоставленные рекомендации содержат общую информацию о том, как обычные отложения влияют на производительность композитных полиамидных обратноосмотических (ОО) мембранных элементов производства Hydranautics и о способах очистки мембран. Предоставленная информация касается 4”, 6”, 8” и 8.5” 00 элементов.


Замечание: Не допускается контакт композит-полиамидных ОО мембранных элементов с водой, содержащей хлор, при любых обстоятельствах. Любое воздействие хлора на мембранные элементы при указанных условиях приведет к непоправимым повреждениям мембран. Абсолютная осторожность должна быть соблюдена при проведении дезинфекционных работ с трубопроводами или оборудованием или при приготовлении очищающих или стабилизирующих растворов, чтобы быть уверенным, что питательная вода 00 установки не содержит даже следов растворенного хлора. Если есть подозрения на то, что питательная вода содержит хлор — обязательно проведите соответствующие анализы. Нейтрализация растворенного хлора проводится раствором бисульфита, при этом надо убедиться в достаточности времени проведения дехлорирования.


Замечание: Рекомендуется, чтобы процесс очистки ОО мембран был согласован с компанией Hydranautics  в период действия гарантии на 00 мембранные элементы. Сервисный персонал Hydranautics  может помочь в проведении процесса очистки на предприятии Пользователя мембранных элементов.


Замечание: Необходимо исключить использование катионогенных ПАВ в очищающих растворах, т.к. при этом возможно необратимое повреждение мембранных элементов.



Типы отложений на обратноосмотических мембранах.


В течение периода обычной работы 00 установки, мембранные элементы являются объектом для загрязнения суспендированными или трудно растворимыми соединениями, присутствующими в питательной воде. Наиболее распространенными примерами таких загрязнений являются отложения карбоната кальция, отложения сульфата кальция, отложения оксидов металлов, отложения кремниевой кислоты, органические или биологические отложения. Природа и скорость образования отложений зависит от особенностей питательной воды. Отложения имеют прогрессирующий, трудно контролируемый характер, способны негативно влиять на производительность мембранного элемента в очень короткий промежуток времени. Всеобъемлющий мониторинг основных технологических параметров 00 системы является необходимым для

своевременного обнаружения начала образования отложений на мембранах. Влияние отложений на производительность системы является прогрессирующим с различной степенью роста скорости накопления отложений, которая зависит от  природы отложений. Ниже приведена общая информация о возможных признаках снижения производительности системы в зависимости от природы отложений.



Удаление отложений.


Удаление отложений достигается применением процедуры очистки или промывки или изменением рабочих параметров работы 00 системы. В общем случае, требуется удаление отложений, если наблюдается:


1. Падение производительности по пермеату на 10-15 % при постоянном значении давления.

2. Увеличение давления питательной воды на 10-15% при постоянной температуре для поддержания производительности по пермеату.

3. Снижение качества пермеата на 10-15%; снижение селективности на 10-15%

4. Увеличение рабочего давления на 10-15%.

5. Значительное увеличение дифференциального давления на стадии ОО (трудно определяемый показатель).


Следующая информация содержит описание наиболее распространенных отложений и рекомендации по их удалению.


Отложения карбоната кальция


Отложения карбоната кальция могут образовываться почти из любой питательной воды тогда, когда есть нарушения в работе системы введения ингибиторов, всистеме подкисления, или в системе контроля рН, в результате чего питательная вода имеет высокое значение рН. Раннее обнаружение образования отложений карбоната кальция совершенно необходимо для предотвращения образования кристаллических отложений на активной поверхности мембран. Обнаруженное на ранней стадии карбонатно-кальциевое отложение может быть легко удалено понижением рН питательной воды до значения 3 — 5 на один или два часа. Застарелые отложения карбоната кальция могут быть удалены рециркуляцией 2% раствора лимонной кислоты через мембранные элементы при рН менее 4.


Замечание: Убедитесь, что рН промывных растворов не ниже 4.0. В противном случае, может произойти повреждение ОО мембранных элементов, в частности при повышенных температурах. Максимум рН должен быть ниже 10. Использование гидроксида аммония повышает рН, применение серной и соляной кислот понижает рН.


Отложения сульфата кальция.


Раствор 2 является наилучшим известным способом для удаления отложений сульфата кальция с 00 мембранных элементов.


Отложения оксидов металлов


Осажденные гидроксиды металлов (например, гидроксид железа) могут быть удалены с использованием методики, описанной в рекомендациях по удалению отложений карбоната кальция.


Отложения кремниевой кислоты


Отложения кремниевой кислоты являются специфичными и не удаляются обычными методами, применимыми к удалению гидроксидов металлов или органики. Пожалуйста, проконсультируйтесь со специалистами относительно решения данной проблемы.


Органические отложения


Органические отложения (например, микробиологические пленки и грибки) удаляются с наилучшим результатом, используя Раствор 3. Для ингибирования дальнейшего роста биологической флоры проведите рециркуляцию и замачивание мембран биоцидными растворами. Эффективным является выдержка в растворе биоцида; если установка будет остановлена на три или более дня, то воспользуйтесь этой рекомендацией.


Очищающие растворы.


Следующие растворы химреагентов рекомендованы для проведения очистки ОО мембранных элементов. Правильный выбор раствора может быть определен с помощью химического анализа состава отложений. Детальный анализ отложений будет способствовать подбору наилучшего способа очистки. Следует хранить данные об используемом способе очистки и полученные данные о результатах проведения очистки. Эти данные помогут в разработке способов и решений, которые будут наилучшими для вашей исходной воды.

Раствор 1 рекомендуется для удаления неорганических отложений.

Раствор 2 является специально рекомендованным для удаления отложений сульфата кальция и органики.

Раствор 3 рекомендуется для удаления значительных органических отложений.


Все растворы должны быть применены при температуре до 40°С, продолжительность отмывки от 60 минут.  Приготовление растворов осуществляется растворением пропорциональных количеств химреагентов в объеме воды, необходимым для проведения очистки. Используйте не содержащий хлор пермеат для приготовления растворов. Перемешивайте тщательно.


Процедура очистки 00 мембранных элементов и их отмывка.


Мембранные элементы, находящиеся в корпусах давления, очищаются путем рециркуляции очищающего раствора через высоконапорное отделение мембранной установки при низком давлении и при относительно высокой скорости потока. Для проведения процедуры очистки необходима отдельная система промывки мембран. В общем, процедура очистки мембран заключается в следующем:


1. Промывка напорных корпусов осуществляется насосом системы промывки; вода, свободная от хлора, подается из промывной емкости (или эквивалентного источника) через напорные корпусы на слив в течение нескольких минут.


2. Приготовление очищающего раствора в промывной емкости, используя пермеат.


3. Циркуляция очищающего раствора через напорные корпуса в течение примерно одного часа или другого необходимого периода времени с расходом 133 - 151 л/мин на один корпус для 8” и 8.5” мембранных элементов, 57 — 76 л/мин для 6” мембранных элементов, 34 — 38 л/мин для 4” мембранных элементов.


4. После завершения процедуры очистки, необходимо слить и отмыть промывную емкость, затем заполнить промывную емкость пермеатом для проведения отмывки системы.


5. Отмывка напорных корпусов осуществляется насосом системы промывки; вода, свободная от хлора, подается из промывной емкости (или эквивалентного источника) через напорные корпусы на слив в течение нескольких минут.


6. После проведения отмывки системы, в рабочем режиме необходимо первые 15 — 30 минут пермеат отводить на слив пока будет наблюдаться образование пены или будут обнаруживаться следы очищающих агентов.


Признаки обнаружения различных типов отложений в 00 мембранных элементах.


1. Отложения кальция (карбонаты и фосфаты, обычно обнаруживаются на выходе концентрата). Ухудшение показателей по селективности и некоторое увеличение перепада давления по линии концентрата. Также, наблюдается небольшое снижение производительности системы.

Действия: химическая очистка системы Раствором 1


2. Гидроксиды (железа, никеля, меди и др.) Быстрое падение селективности и

быстрый рост перепада давления по линии концентрата. Также, наблюдается быстрое снижение производительности системы.

Действия: химическая очистка системы Раствором 1


3. Коллоидные отложения сложного состава (железо, органика, силикаты). Небольшое снижение селективности и постепенное повышение перепада давления по линии концентрата. Также, наблюдается постепенное снижение, в течение нескольких недель, производительности системы.

Действия: химическая очистка системы Раствором 2


4. Отложения сульфата кальция (обычно обнаруживается на выходе концентрата). Значительное снижение селективности и небольшое или значительное увеличение перепада

давления по линии концентрата. Также, наблюдается небольшое снижение производительности системы.

Действия: химическая очистка системы Раствором 2


5. Органические отложения. Возможное уменьшение селективности и постепенный рост

перепада давления по линии концентрата. Также, наблюдается постепенное снижение

производительности системы.

Действия: химическая очистка системы Раствором 1. В случае «тяжелых» отложений Раствор 3.


6. Биообрастание. Возможно падение селективности и увеличение перепада давление по линии концентрата. Также наблюдается снижение производительности системы.

Действия: Химическая очистка любыми из перечисленных растворов в зависимости от возможного типа отложений.


Замечание: Необходимо точно знать причину появления отложений на мембранах.



Рекомендуемые очищающие растворы.


Раствор: состав, дозировка на 379 л, корректировка рН воды.


1 Лимонная к-та 7.7 кг,  пермеат, свободный от хлора 379 кг. Довести рН до 4.0 гидроксидом аммония.


2 Триполифосфат натрия 7.7 кг, Na4-EDTA (Versene 220 или эквивалент) 3.18 кг,

пермеат свободный от хлора 379 кг. Довести рН до 10.0 серной кислотой (Н2ЗО4).


3 Триполифосфат натрия 7.7 кг, Додецилбензол  сульфонат натрия 0,97 кг, пермеат свободный от хлора 379 кг. Довести рН до 10.0 серной кислотой (Н2ЗО4)

.


Основы метода обратного осмоса

Метод обратного осмоса заключается в фильтрации растворов под давлением через специальные полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы растворителя и полностью или частично задерживающие молекулы либо ионы растворенных веществ. В основе метода лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода воды через полупроницаемую перегородку в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называется осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении.

Разделение методом обратного осмоса осуществляется без фазовых превращений, и энергия в процессе расходуется, в основном, на создание давления исходной жидкости (практически несжимаемой среды) и ее продавливании через мембрану. Поэтому ее расход ближе к величине минимальной термодинамической работы разделения, чем затраты энергии в других процессах.

Процесс обратного осмоса следует отличать от процесса фильтрования. На очистку фильтрованием направляют жидкость, представляющую собой гетерогенную (двухфазную) систему с различной степенью дисперсности взвешенных частиц. Обратным осмосом очищают, как правило, гомогенные (однородные) системы – истинные растворы. Это обстоятельство обуславливает различия в типе фильтрующих материалов и в величинах давлений, под действием которых идут процессы. При фильтровании должны задерживаться взвешенные частицы размером не менее 100 – 200 А. Обратно осмотическая мембрана должна быть настолько плотной, чтобы служить барьером для веществ, находящихся в растворах в виде молекул и ионов, что вызывает значительные гидравлические сопротивления при продавливании через мембраны чистого растворителя. Кроме того, при обратноосмотическом разделении растворов возникает еще одна дополнительная противодействующая процессу сила – разность осмотических давлений, величина которой весьма значительна при высокой концентрации растворенных веществ.

Другим существенным различием этих процессов является то, что при фильтровании задерживаемое вещество остается либо на поверхности, либо в объеме фильтрующего материала, который при загрязнении меняют или очищают обратной промывкой. При обратном же осмосе не должно происходить загрязнения мембраны, т.е. задерживаемые вещества должны отводится от мембраны и не сорбироваться ни на ее поверхности, ни в ее объеме. Загрязнение мембран является вторичным процессом, отрицательно влияющим на обратноосмотическое разделение растворов.

Если задерживаемое вещество не отводить от мембраны, то при идеальной ее полупроницаемости процесс фильтрования прекратиться. Действительно, увеличение концентрации растворенных веществ сопровождается повышением осмотического давления, и при достижении последним величины, равной приложенному гидростатическому давлению, движущая сила процесса будет равна нулю, а следовательно, скорость фильтрования растворителя также обратиться в нуль. При неидеальной полупроницаемости накопление растворенного вещества у мембраны приводит к увеличению скорости его проникания через мембрану до значений, равных скорости подвода вещества к мембране. В этом случае процесс фильтрования не прекратится, но эффект станет равным нулю.

В виду предпочтительного переноса воды через полупроницаемую мембрану у ее поверхности увеличивается концентрация растворенных веществ по сравнению с их содержанием в растворе в данном сечении напорной камеры. При этом устанавливается такая величина градиента концентрации, которая обеспечивает динамическое равновесие между подводом веществ к мембране и удалением их вследствие конвективной и молекулярной диффузии.

Явление возникновения градиента концентраций растворенных веществ перпендикулярно поверхности мембраны получило название концентрационной поляризации.

Наряду с описанным явлением в аппаратах наблюдается также возникновение градиента концентраций, направленного вдоль поверхности мембран. Это связано с тем, что при движении вдоль мембраны часть воды фильтруется через нее и концентрация растворенных веществ в растворе увеличивается. Это явление называется концентрированием растворов.

Таким образом, в обратноосмотических аппаратах устанавливаются поперечный (концентрационная поляризация) и продольный (концентрирование) градиенты концентраций растворенных веществ. Оба эти явления обязательно сопутствуют обратноосмотическому разделению растворов.


Полупроницаемые мембраны

Полупроницаемые мембраны, с помощью которых осуществляется процесс разделения водных растворов, являются основной частью любого обратноосмотического аппарата и в значительной мере определяют не только технологические показатели процесса, но и технические и эксплуатационные характеристики аппаратов. Существует большое число разнообразных мембран.

Полупроницаемые мембраны изготовляют из различных полимерных материалов, пористого стекла, графитов, металлической фольги и др. от материала мембраны зависят ее свойства (химическая стойкость, прочность), а также в значительной степени ее структура.

Полимерные мембраны. Полимерные мембраны могут быть пористыми и непористыми (понятие “непористые мембраны” условно, поскольку они могут иметь поры размером 0,5 – 1  мм).

По типам структур мембраны могут быть симметричными и асимметричными. С тем, что бы достичь возможно большей производительности при достаточной чистоте пермеата (фильтрата), разделительный слой мембраны должен быть возможно тоньше и в то же время обеспечивать высокую селективность. Будучи тонкой, мембрана должна обеспечивать высокую механическую прочность относительно деформаций в широком диапазоне температур. В связи с этим были разработаны асимметричные мембраны. В асимметричных мембранах микропористый слой (99,5% толщины мембраны) является лишь подложкой для селективного непористого рабочего слоя, не создающего сопротивления переносу.

Классическая асимметричная гомогенная мембрана получается из одного вещества. Однако создание достаточно тонких рабочих слоев мембраны сопряжено с большими трудностями. Наличие даже небольшого количества дефектов в слое в виде сквозных пор через селективный слой асимметричной гомогенной мембраны заметно снижает селективность из-за проскока нежелательных компонентов. Решение этой проблемы привело к созданию мембран композитного типа, состоящих из слоев различных веществ. Для уплотнения дефектов на асимметричную мембрану наносится тонкий слой высокопроницаемого, но практически неселективного материала, который перекрывает сквозные поры в селективном слое, практически не влияя на ее проницаемость. Возможно также нанесение селективного слоя непосредственно на отдельно изготовляемую пористую подложку из более дешевого и доступного неселективного материала.

Практика показывает. Что композитные материалы мембран меньше подвержены деформации под давлением. Для создания асимметричного селективного слоя используются полимеры с уникальными свойствами, так как из-за малой толщины селективных пленок стоимость даже очень дорогих полимеров не является существенным препятствием. Создание асимметричных мембран является основным направлением в мембранной технологии.

Жидкие мембраны. Под жидкими мембранами понимают мембраны с жидкостью, иммобилизованной внутри пор микропористой подложки. Если мембрана смачивается жидкостью, то последняя может удерживаться в порах за счет капиллярных сил. Давление, необходимое для вытеснения жидкости из пор, называется капиллярным давлением и изменяется обратно пропорционально диаметру пор, поэтому при достаточно малых порах жидкость удерживается на подложке при разнице давлений под и над мембраной в несколько атмосфер. Используются жидкие мембраны двух типов. К первому типу относятся пассивные жидкие мембраны, в которых обычные жидкости, имеющие большую проницаемость по целевому компоненту, наносятся на мембранную подложку. Второй тип жидких мембран – мембраны с активным транспортом целевого компонента. В этом случае в качестве жидкости используются специфические переносчики целевого компонента, растворенные в соответствующем растворителе.

Керамические мембраны. В последние годы успешно развивается направление с использованием керамических мембран. Полученные мембраны (одно-, семи- и девятнадцатиканальные) состоят из подложки на основе оксидов алюминия (с размерами пор 10 – 15 мкм и общей пористостью приблизительно 45%) и селективного слоя. Преимущества керамических мембран: высокая рабочая температура – 10000С и выше, высокая механическая прочность и долговечность, стойкость к химически агрессивным средам, удобство регенерации мембран.

Мембранные разделительные модули

Для осуществления разделительного процесса должны быть организованы потоки исходной смеси, пермеата (фильтрата) и транзита (концентрата). (см. приложение) Конструкции промышленных установок оказалось удобнее компоновать отдельными стандартными модулями из мембранных элементов, которые компактны и взаимозаменяемы. Большие разделительные аппараты и установки состоят, таким образом, из модулей, совокупность которых обеспечивает разделение исходного потока смеси.

Модули имеют разнообразную конструкцию, основными из которых являются: плоскорамные, рулонные и половолоконные.

Организация потоков в плоскорамном модуле и типичная конструкция модуля с плоскими мембранными элементами показана в приложении. В корпусе аппарата на трубчатом коллекторе герметично закреплены мембранные плоские элементы. Во фланцах находятся отверстия для ввода исходной смеси и отвода транзита (концентрата) соответственно. Между элементами параллельно расположены проставки, изготовленные из отрезков проволоки, сваренных в местах пересечения под углом 600, или же из ткани. Концы элементов утоплены в стенку из кремнийорганической смолы, полиуретана, эпоксидной или любой полимеризующейся смолы. Мембранный элемент (см. приложение) имеет пористую опору с полупроницаемой мембраной на противоположных концах. В центре элемента предусмотрено отверстие под коллектор. На мембранный элемент преимущественно круглой формы нанесена на концах по периферии смолистая масса для его герметизации. Это позволяет еще на стадии сборки, до введения элемента в корпус, проверить характеристики каждого элемента и герметичность их соединения со стенкой.

Рабочая поверхность мембранного элемента в сборе составляет 70%, остальная часть загерметизирована в стенке. Вариантом конструкции является мембранный элемент, сохраняющий все конструктивные единицы, но имеющий по периферии элемента два диаметрально противоположных скоса.

Модуль работает следующим образом: разделяемая смесь вводится через отверстие и далее последовательно проходит секции мембранного элемента в направлениях, указанных стрелками. При этом часть смеси проникает через мембрану и отводится из модуля через коллектор (пермеат, фильтрат). Непроникшая часть смеси (транзит, концентрат) выводится из модуля через отверстие. Данную конструкцию модуля с плоскими мембранными элементами можно считать базовой.

Рулонный модуль

Мембранная упаковка разделительного модуля рулонного типа (приложение) состоит из гибких ленточных элементов. Основной элемент представляет собой непрерывную полосу проницаемой мембраны. Элемент, являющийся опорой для мембраны и служащий для разделения потоков, выполнен в виде гибкой пластмассовой ленты. Продольные каналы предназначены для подвода перерабатываемой смеси, а поперечные – для отвода пермеата (фильтрата). Мембрана вместе с гибкой опорой наматывается на перфорированную трубу.

Мембранная рулонная упаковка помещается в корпус (приложение), в котором может быть размещено несколько таких упаковок.

Модули рулонного типа отличаются простотой изготовления. Их общим недостатком является сложность коллектирования потоков.

Модули из полых волокон представляют наибольший интерес по сравнению с мембранными модулями других видов, так как с их помощью можно создавать разделяющую поверхность 30 тыс. м2 в 1м3 половолоконной упаковки для разделения газовых смесей. Применение в качестве мембранных элементов полых волокон обеспечивает наибольшую удельную поверхность мембран в единице объема модуля, что способствует созданию компактных и высокопроизводительных аппаратов.

Конструкция половолоконных разделительных модулей развивается в двух направлениях:

· безопорная укладка волокон в корпусе;

· укладка волокон на опорную трубу, которая служит также распределителем потоков смеси.

Вертикальный вариант модуля с безопорной укладкой полых волокон может содержать до 1 млн. волокон в зависимости от их толщины и требуемой производительности модуля. Один конец каждого волокна в пучке заделан в трубной решетке, и каналы полых волокон сообщаются с нижним (выходным) штуцером. Трубная решетка (заделка) пучка полых волокон может формоваться заливкой герметизирующего материала вокруг пучка или путем пропитки концов волокон герметизирующим материалом в процессе компоновки полых волокон с образованием пучка. В качестве герметизирующихся материалов используются отвержденные жидкие составы полимеров (эпоксидные смолы, уретаны и т.д.), припои, клеи, воски.

Верхний конец каждого волокна заделывается так же, как и в трубчатой решетке, за исключением того, что каналы полых волокон не сообщаются через заглушку (заперты). Данное уплотнение может свободно перемещаться в продольном направлении и собственно массой обеспечивает продольное уплотнение пучка волокон на 0,5%. Наружный диаметр волокон составляет 150 – 800 мкм, А толщина стенки волокон зависит от прочностных характеристик материала и может составлять 50–300 мкм. Эффективная длина полых волокон может варьироваться в широких пределах от 0,2 до 20 м.

Ввод исходного потока высокого давления осуществляется через питательный штуцер вблизи днища с внешней стороны волокон, поскольку полое полимерное волокно обычно лучше противостоит давлению сжатия, чем внутреннего расширения. Поток смеси распределяется радиально в направлении от питательной зоны и поднимается вдоль оси, обтекая полые волокна. Компоненты, проникшие через мембрану (пермеат), проходят вниз по полости внутри волокон, противотоком к течению исходной смеси. Поток (транзит), который не проникает через мембраны, выходит из модуля сверху при давлении, почти равном давлению в питающем потоке.

Разработаны также варианты горизонтального модуля, в которых для плотного продольного прилегания пучка волокон к внутренней поверхности корпуса между заглушкой и днищем устанавливается неупругая вставка или пружина.



Модуль с укладкой волокон на опорную трубу

Конструкция мембранного половолоконного модуля с укладкой волокон на опорную трубу (см. приложение) состоит из корпуса, половолоконной упаковки на опорной перфорированной трубе, штуцеров, уплотнителей, клеевых блоков, крышек и уплотнительных колец. Такая конструкция позволяет работать разделителю, как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, при подаче исходной смеси как внутрь, так и снаружи волокон (см. приложение). Для подачи снаружи волокон исходную смесь направляют в перфорированную трубу, откуда она подается в межволоконное пространство. Проникая внутрь волокон и обогащаясь легкопроникающим компонентом, смесь выходит через патрубок верней и нижней крышек модуля. Непроникшая смесь, обедненная легкопроникающим компонентом. Отводится через боковой патрубок.

Типовые схемы соединения разделительных модулей

Параллельное и последовательное соединения модулей

Выпускаемые промышленные мембранные модули включают ряд типоразмеров, и обычно установки мембранного разделения состоят из нескольких модулей. Поэтому выбор оптимальной схемы соединения модулей является важной задачей при проектировании. Способ соединения модулей зависит от требований к конечному продукту, характеристик исходного потока смеси ее давления и других факторов.

При параллельном соединении модулей возможно отключение любого из них без изменения условий работы других модулей, поскольку смесь поступает из одного коллектора, и все модули находятся в одинаковых условиях. Однако даже небольшое отличие модулей по гидравлическому сопротивлению вызывает снижение степени извлечения и чистоты целевого компонента.

При последовательном соединении модулей получают несколько продуктов различной чистоты, при этом модули, установленные в конце технологической линии, работают с более низким коэффициентом полезного действия.

Каскадные схемы.

Применение параллельно-последовательной схемы подключения модулей позволяет достичь высокой степени извлечения и чистоты целевого продукта в широком интервале нагрузок. Для достижения высокой чистоты по проникшему или не проникшему сквозь мембрану продукту используют каскадные схемы соединения модулей. Более эффективными являются каскадные схемы с рециркуляцией обедненных целевым компонентом потоков. В таких каскадных схемах эффективность работы системы зависит не только от КПД отдельной ступени, который определяется материалом мембраны и способом организации потоков в модуле, но и в значительной степени от направления материальных потоков между разделительными ступенями.