Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Общее содержание органического углерода < 20 млрд-1
Для получения воды необходимого качества используется гибридная сепарационная система, а именно комбинация обратного осмоса и
* Теории противоточных идеальных каскадов для разделения бинарных и многокомпонентных смесей посвящены работы [1*-3*]. — Прим. ред.
Активированный уголь
Вода из
скважины
или
водопровода
Обратный Ионообменник осмос
Микрофильтрация и ультрафильтрация
Резервуар
Сверхчистая
вода
Рис. VIII-19. Технологическая схема процесса получения сверхчистой воды.
ионного обмена. Также необходима предварительная обработка, причем ее выбор зависит от качества источника воды. Схема системы производства сверхчистой воды приведена на рис. VIII-19.
Железо, если оно присутствует в воде источника, удаляется на стадии обработки, затем полученная вода поступает в колонну с активированным углем. Выходящая из колонны вода поступает в установку высокоэффективного обратного осмоса, где удаляются соли и органические растворимые компоненты. Полученный пермеат поступает затем в ионообменник. Для получения воды необходимого качества (удельное сопротивление 18 МОм- см, отсутствие органических веществ или твердых частиц) применяют постобработку, включающую ультрафиолетовую стерилизацию, дополнительный ионный обмен и ультрафильтрацию для удаления частиц, захватываемых в ио-нообменнике.
VIII. 11.2. Извлечение паров органических веществ
Выброс паров органических веществ в воздух является серьезной экологической проблемой. Поскольку скорость переноса через некоторые мембраны сильно различается у азота (воздуха) и органических паров любого вида (см. гл. V и VI), для извлечения паров веществ и их повторного использования применяют мембранные процессы, особенно при больших концентрациях органических веществ в парах. Типичным примером высокого содержания органических веществ в парах
Смесь паров бензина и воздуха
Рис. VIII-20. Схема мембранной установки для извлечения паров бензина [6].
служат топливные емкости (нефть, бензин). При заполнении емкостей топливом в воздух выделяется большое количество органических паров. Законодательные акты в разных странах предусматривают запрет на подобные выбросы в атмосферу. Схема мембранной системы для извлечения паров бензина показана на рис. VIII-20.
Поскольку сырьевой поток достаточно чист, применяется простая предварительная обработка, включающая только фильтры для удаления частиц. Поток ретентата содержит низкую концентрацию органических паров и уже может выпускаться в атмосферу, в то время как пермеат конденсируется и вторично используется. Такой процесс можно использовать для любых смесей органических паров с воздухом.
VIII. 11.3. Обессоливание морской воды
Это один из наиболее важных мембранных процессов. Для производства чистой воды пригодно множество методов, например, дистилляция (многостадийное импульсное испарение), электродиализ, мембранная дистилляция, замораживание и обратный осмос. Дистилляция все еще остается наиболее важным методом обессоливания воды, в то же время все в большей мере начинает применяться обратный осмос. Диаграмма системы одностадийного обратного осмоса показана на рис. VIII-21 [8]. Высокоэффективные мембраны для обратного осмоса обнаруживают высокое задержание соли (> 99%), что озна-
Многослойный
фильтр
Резервуаре Вода после
морской водой предварительной
очистки
Рис. VIII-21. Схема обратноосмотической установки для обессоливания морской воды [8].
чает, что одностадийная система обратного осмоса может обеспечить чистоту продукта на уровне примерно 300 млн-1 соли. Для дальнейшего повышения качества воды часто используются двухстадийные или многостадийниые системы. Несмотря на то что морская вода представляет собой относительно чистый сырьевой поток, для уменьшения забивания и разрушения мембран необходимо осуществлять предварительную обработку. Для удаления суспендированных частиц добавляют флокулянты, такие, как хлорид железа или полиэлектролиты, однако образование отложений (ржавчины) может создавать серьезные проблемы. Они возникают в результате осаждения солей, поскольку произведение растворимости в ретентате может возрастать выше допустимых пределов. В случае обессоливания морской воды проблемы создает осаждение солей кальция (CaS04, СаСОз) или кремнезема (БЮг) в особенности на поверхности мембраны. Для уменьшения образования осадков регулируют величину pH, добавляя кислоту, поскольку соли кальция, бария и магния не осаждаются при низких pH, а кремнезем — при высоких значениях pH. Затем добавляют хлор для удаления бактерий и водорослей. Если мембранный материал неустойчив к действию свободного хлора, как например, полиамиды, необходимо проводить обработку гидросульфитом натрия (NaHS03).
VIII. 11.4. Дегидратация этанола
Дегидратация всех типов органических растворителей может быть осуществлена с помощью первапорации. Этот процесс очень привлекателен, особенно в тех случаях, когда вода образует азеотропные смеси с растворителем при небольшом содержании воды. Типичный пример — смесь этанол/вода с азеотропным составом 96%(масс.) этанола. Очистку этанола можно осуществить с помощью гибридного процесса: дистилляции с доведением концентрации до 96% и первапорации с целью получения смеси, содержащей более, чем 99% этанола, рис. VIII-22.
