Кинетика процесса разделения растворов методом обратного осмоса с использованием ацетатцеллюлозных и боросиликатных мембран (1095032), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.4. Структурная схема основных требований предъявляемые к аппаратампри их изготовлении и эксплуатации.171.1. Процесс изменения основных характеристик разделения единицымикропористой поверхности наноматериала с течением времениКак известно, в последнее время проблеме изменения основныххарактеристик разделения единицы микропористой поверхности наноматериаластали уделять повышенное внимание.
Так, изменения с течением времениселективно-производительных характеристик поверхностей разделения делаютпроцесс нестабильным и трудноуправляемым [2, 17, 21, 22], снижая тем самымпривлекательность данной технологии. В связи с этим, в настоящее время сталиактуальными разработки методик, направленных на стабилизирование процессас целью дальнейшего прогнозирования и управления работой установок. Этоотносится как к низконапорным методам разделения, так и к наименееизученным – высоконапорным процессам разделения, какими являютсяпроцессы высоконапорного обратного осмоса (ВНОО) [7, 23, 24].1.1.1. Процесс загрязнения селективной поверхности пористыхматериаловСнижение эффективности процессов разделения может быть вызвано [2,17] рядом причин, главной из которых является загрязнение поверхностейразделения.
В частности, осадкообразование на поверхности мембраны можетприводить к существенным изменениям, как еѐ селективности, так ипроизводительности, что влияет в свою очередь на эксплуатационные затраты.И хотя в настоящее время имеется достаточное количество эмпирическогоматериала, посвящѐнного данной проблеме, разработка эффективной методикипрогнозирования осадкообразования остаѐтся одной из важных задач. Дляэффективногопрогнозированияпоследствийзагрязнения,по-прежнему,рекомендовано проведение экспериментов на пилотных аппаратах.В работах [16, 25, 26] отмечается, что моделирование процесса разделениямногокомпонентного раствора не может ограничиваться [2, 17] только уровнемконцентрационной поляризации у поверхности разделения. Рекомендовано [2]учитывать образование осадка на поверхности контакта разделения фаз.Основываться такое моделирование должно на эмпирических зависимостях,18учитывающихмногокомпонентностьисходногораствора,достоверностьэкспериментальных данных и особенность конструкций аппаратов [27].В работах [17, 21, 23] также отмечается важность получения достоверныхкорреляций, определяющих изменение рабочих характеристик эксплуатацииустановок.
Необходимость экспериментального получения корреляций связана,прежде всего, с многофакторностью причин, вызывающих загрязнениеповерхностей разделения, делающих моделирование образования осадковмалоэффективным.Предпринята попытка прогнозирования работы установок с учѐтомэкспериментальных зависимостей [28, 29].В работах [30 – 32] сопоставляется интенсивность образования осадкакарбоната кальция в разнонапорных аппаратах разделения. В процессеэксплуатацииустановокнаблюдалось[2,постепенное17]снижениехарактеристик разделения мембран.Блокированиеобращенныхкисходномурастворумелкопористыхповерхностей в результате образования осадка и проникновения его в мелкиепоры наблюдалось при регенерации [33] моторных масел.
В этом случае длявосстановления исходных свойств, к примеру, пористых керамических трубокпроизводилось их прокаливание при температуре около 400 °С.Производилсяанализочистки[34]водысцельюопределенияоптимальных параметров изучаемого процесса в рабочем режиме «тупикового»характера. Для анализа использовалась установка с рулонными тонкослойныминаноматериалами с мелкопористым (20 – 40 Å) поверхностным слоемразделения. В изучаемом процессе очистки регулярно производилась обратнаяпромывка.Однакопроизводительностибылоустановкиустановлено,вчторегламентномдлярежимеподдержаниянедостаточноисполнять только периодические обратные промывки.
Требовалась химическаямойкаповерхностипористогонаноматериалакаждые1,5-2месяца.Регулярность химических регенераций и состав моющего раствора зависели отсезонного состава исходной воды. После применения водо-воздушной19промывки время рабочего цикла очистки удалось увеличить, сокративколичество химических регенераций, но полностью исключить химическуюмойку не удалось. Однако в любом из рассматриваемых вариантовнаблюдалось снижение эффективности разделения процесса.
Это можнообъяснить[35]приростомгидравлическогосопротивлениявследствиеобразования осадка на пористой поверхности разделительного элементааппарата. При этом отмечается наличие необратимого загрязнения порповерхности наноматериала, которое не снимается обратной промывкой.
Впроцессеэксплуатацииосуществлялсяпериодическийсбросдавления,срывающий значительную часть загрязнения накопленного за последние часыработы. Было отмечено, что при нарастании определенного количества осадкаобратныепромывкистановилисьмалоэффективными.Этообъясняетсяпроцессом сжимания осадка.Отмечается [36, 37], что скорость образования осадка зависит от свойствмембраны (гидрофильности, величины поверхностного заряда и т.д.).
В этойсвязи ведутся разработки наноматериалов с мелкопористым (20 – 40 Å) слоем водиниболеемикронсмодифицированнойповерхностью,частичноснижающей загрязнение.Рассматривается [38 – 43] механизм забивания пор мелкопористогоповерхностно активного слоя наноматериала элементами органическогопроисхождения. Данный вид загрязнения также приводит к постепенномуснижению селективности и производительности активного микропористогослоя наноматериалов. Осадок образуют в основном вещества с большимиразмерами молекул, такими, например как железо, карбонат кальция и др.
Приэтом на пористой поверхности наноматериала образуется адсорбционный слой,по существу модифицирующий пористый наноматериал, с микропористымактивным слоем минимальной толщины, изменяя степень еѐ гидрофильности. Вработах отмечается необходимость проведения пилотных испытаний дляизучения влияния осадкообразования на работу микропористого активногослоя наноматериала и создания прогнозирующих методик.20Отличительной чертой биологического загрязнения является то, чтомикроорганизмы не только осаждаются на поверхности работоспособноймикропористой поверхности наноматериала и деталях корпуса модуляразделения, но и в дальнейшем размножаются.
При этом образование инарастание биоплѐнки явление сложное и зависит от многих факторов.Биологические образования могут приводить не только к снижениюпроизводительности и селективности рабочего элемента аппарата, но, как вслучае с полимерными мембранами, к необратимому отрицательномуизменению структуры пор активного микропористого слоя. Учитывая, что напрактике при очитке воды биологическое загрязнение происходит почти всегда,важно предсказывать темпы загрязнения рабочих аппаратов и своевременнопроизводить их очистку [43].Для каждого исходного раствора, поступающего в аппараты, в которыхпроисходит очистка среды от какого-либо компонента, либо разделение,условно говоря компонента А от компонента Б, будет характерна свояинтенсивность биозагрязнения. Основная инженерная задача заключается впредсказании роста биоплѐнки и последующего ухудшения работы установок[43].
Однако отмечается [44], что на сегодняшний день не существуетэффективных способов моделирования процесса биологического загрязнения.Для контроля биозагрязнения в работах [44, 45] предлагается использоватьтестово - модульные наноматериалы с такими же тестовыми характеристикамимикропористого слоя, обращенного активной частью к исходному раствору.В работе [43] при проектировании предлагается экспериментальныйподход к моделированию биозагрязнения разрабатываемых аппаратов сиспользованием монокультуры типа Pseudomonas fluorescens.
При этомотмечается, что в реальных условиях в биопленке, кроме бактерий, такжеприсутствуют водоросли и грибы, которые своей жизнедеятельностью влияютна процесс роста биопленки. В этой связи должна осуществляться регулярнаяпроверкаповерхностно-активногоэксплуатации.слоянаноматериалавпроцессе21Бактерии,находящиесявисходномрастворе,выделяютслизь,помогающую им прикрепляться к рабочей поверхности. По истеченииопределенного времени эти бактерии образуют биоплѐнку – форму их средыобитания. Таким образом, в состав биоплѐнки входят как продуктыметаболизмаколониймикрофлоры,такизадержанныебиоплѐнкоймикрочастицы минерального и органического происхождения.
Биоплѐнказащищает микроорганизмы от внешнего воздействия и даѐт возможностьзахватыватьпитательныевеществаизисходногораствора.Наиболееблагоприятными для роста микрофлоры являются застойные зоны в аппаратахи арматуре установок. Именно эти зоны из-за труднодоступности к нимчистящих средств сложнее дезинфицировать [46]. Подобные участки принеполной очистке могут стать источником повторного заражения. Всѐ этонеобходимо учитывать при разработке конструкций корпусов ячеек дляэкспериментальных исследований, аппаратов и установок глубокой очистки иразделения.Вэтойсвязиисследовановлияниеконструкцииаппаратовнаинтенсивность осадкообразования.Предлагаются [47 – 49] новые технологии, максимально снижающиеобразование осадка на рабочих поверхностях за счѐт создания специальныхгидравлических условий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
