CZ2010634A3 - Zarízení na zpetný proplach separacních membrán v membránovém modulu - Google Patents
Zarízení na zpetný proplach separacních membrán v membránovém modulu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2010634A3 CZ2010634A3 CZ20100634A CZ2010634A CZ2010634A3 CZ 2010634 A3 CZ2010634 A3 CZ 2010634A3 CZ 20100634 A CZ20100634 A CZ 20100634A CZ 2010634 A CZ2010634 A CZ 2010634A CZ 2010634 A3 CZ2010634 A3 CZ 2010634A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- piston
- valve
- membrane module
- permeate
- backwash
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Vynález se týká zarízení na zpetný proplach separacních membrán v membránovém modulu, opatreného vnejším zdrojem tlaku a zarízením pro nastavení filtrace nebo zpetného proplachu. K membránovému modulu je pripojeno zarízení pro nastavení filtrace nebo zpetného proplachu tvorené ventilem (30), sestávajícím z pístu (4) umísteného v pístnici (8), v jejíž horní cásti je výstup (6) permeátu a ve spodní cásti je vstup (7) permeátu z membránového modulu. Ventil (30) je elektricky rízený z rídicí elektrické jednotky (11) propojené s programovatelnou jednotkou (12), a rídicí elektrická jednotka (11) je propojena dvema vodici (14) s pohonem a koncovými spínaci pro zajištení horní a dolní polohu pístu (4) ventilu (30).
Description
Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu.
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení na zpětný proplach (ZP) separačních membrán v membránovém modulu, opatřeného vnějším zdrojem tlaku a zařízením pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu.
Dosavadní stav techniky
Membránová separace je v současné době jedna z nejefektivnějších metod čištění různých průmyslových kapalin a získávání čistých látek z roztoků. Nachází uplatnění v potravinářském průmyslu při zpracování mléka, syrovátky a sýrů, při čištění odpadních vod, ve farmaceutickém a kosmetickém průmyslu při izolaci antibiotik, nebo výrobě cenných látek a v mnoha dalších odvětvích jako odsolování mořské vody za účelem výroby pitné vody apod. Tenké separační membrány, podobné foliím, které mají vlastnost selektivně propouštět molekuly určité velikosti a zachycovat molekuly větší, jsou pro praktické použití uloženy v membránových modulech, nejčastěji např. trubkového tvaru.
Nejzávažnější nevýhodou membránových postupů je postupné snižování výkonu membrán způsobené jejich zanášením zachycovanými částicemi. Vedle zpětného proplachu, kdy tok permeátu přes membránu periodicky mění svůj smysl, bylo navrženo velké množství jiných způsobů, jak zanášení membrán co nejvíce omezit: tangenciální rychlost, přepážky a různé jiné turbulizátory, mechanické a chemické Čištění, pulzace tlaku, systémy dosahující zvýšeného smykového napětí na membráně, jako je vibrace, ultrazvuk, probublávání tj. aerace prostoru nátoku nebo skrz membránu apod. Zpětný proplach však stále zůstává zásadní metodou, protože nevyžaduje vysoké energetické náklady a poměrně jednoduše se technicky zvládá. Studuje se zejména optimalizace délky a frekvence zpětných proplachů, eventuálně rozdělení zpětného proplachu do několika pulzů.
-2Délka a frekvence zpětných pulzů. Již dříve bylo doporučeno pro snížení ztrát permeátu a času při zpětném proplachu a rovněž pro lepší odstranění tuhých látek ulpělých na membráně aplikovat zpětný proplach (ZP) v několika diskrétních pulzech, které dohromady činily při jednom proplachu řádově desítky sekund a byly opakovány vždy jednou za několik desítek minut. Hillis P. et al.: Effect of backwash conditions on out-to-in membrane microfiltration, Desalination 118 (1998) 197-204.
Později bylo referováno o stále kratších a kratších dobách (ZP), typické hodnoty byly 1 až 5 sekund s frekvencí 1 až 10 krát za minutu. V tomto režimu se stále ztrácí asi 10 až 20 % času na ZP. Ještě kratší doby tzv. zpětných šoků v řádu desetin sekundy, typicky 0.1 s, byly doporučeny a ověřeny jako účinné Wentenem - Wenten I.G.: Mechanism and Control of Fouling in Crossflow Microfiltration, Filtration and Separation, March 1995 p. 252-253, který aplikoval takové šoky každých 1 až 5 sekund při separaci proteinů na asymetrické membráně umístěné opačně, tzn. otevřenou stranou k retentátu a skinem k permeátu. Membrána byla polymerní - dutá vlákna - se skinem s póry 0,6 pm na vnějším povrchu a suportem s póry 20 μιιη na vnitřní straně.
Ještě kratší zpětné šoky v délce 50 ms (0.05 s) s typickou frekvencí 0.2 Hz tj. interval mezi šoky 5 sekund, použil Héran - Héran M. et al.: Effect of transmembrane pressure pulsing on fouling with high-frequency backshock, In: ECC2 Proceedings, Montepllier, 1999. Separoval suspenzi 1 g/1 bentonitu na 0.2 pm membráně v normální poloze, to znamená skinem směrem k retentátu, a dosáhnul prakticky 100 % obnovu fluxu, který byl 4 ažo 8 krát vyšší než bez zpětných proplachů. Ztráty času a permeátu zde již činí řádově jednotky %.
Kombinace ZP s dalšími postupy. Zpětné proplachy permeátem byly dále studovány v kombinaci s proplachy tangenciálními tj retentátem, dále v kombinaci s pulzacemi toku retentátu a v kombinaci s pulzacemi tlaku ZP. Tangenciální proplachy se ukazují jako účinné zejména při tzv. dead-end ultrafiltraci vody, kdy základním způsobem je přímá filtrace přes membránu a cross-flow se uplatňuje vlastně jen při proplachu, což vede k velkým úsporám na energii pro pohon čerpadel. Kombinace ZP s předcházejícím nebo následným tangenciálním proplachem, jakož i v kombinaci s pulzacemi tlaku ZP a pulzacemi toku retentátu se ukázala
- 3 téměř vždy účinnější než samostatný ZP. Uvedená problematika je popsána v následujících spisech: Kennedy M. et al.: Intermittent crossflushing of hollow fiber ultrafiltration systems, Desalination 118 (1998) 175-188; Hadzismajlovíc D.E. et al.: Flux enhancement in turbulent crossflow microfiitration of yeast using a collapsible-tube pulsation generátor, JMSci 163 (1999) 123-134, Jones W. F. : Rentoval of suspended clay from water using transmembrane pressure pulsed MF, Joumal of Membrane Science 157 (1999) p.199-210 a Wakeman R.J., Dead-end constant flow rate MF with periodic backflushing, WFC8 (445-448).
Výzkumy se týkaly jednak velmi rychlých podsekundových pulzů tj. frekvence vyšší než 1 Hz, resp. délka pulzu ve zlomcích sekundy, jednak klasických režimů nadsekundových tj. délka ZP v minutách, resp. délka crossflush 5 sekund.
Jedno z typických stávajících provedení zařízení pro zpětný proplach membránových modulů bylo patentované v r. 2003 v patentu US 6,562,246. Zařízení pro zpětný proplach je umístěno za membránovým modulem a sestává z vnějšího zdroje tlaku zajišťujícího vyšší tlak zpětného proplachu než je tlak filtrační, akumulační nádrže kapaliny na zpětný proplach s balónem naplněným inertním plynem a systémem 6-ti pneumaticky ovládaných ventilů. Režimy filtrace nebo zpětného proplachu se nastavují přestavením těchto ventilů, které je elektronicky řízeno z rozvaděče.
Dosud známé systémy pro zpětný proplach ZP používají pneumatický pohon, což vyžaduje přípoj stlačeného vzduchu. V laboratorní praxi je pohodlnější pohon elektrický, protože elektřina je na všech pracovištích, zatímco stlačený vzduch nikoliv. Stále se snižující doba trvání zpětného pulzu vede k potřebě nastavení doby ZP pod 1 sekundu. Protože jsou známé způsoby založeny na komplikované funkci řady potrubních ventilů, které se musí v krátké době všechny přestavět do opačné polohy, činí to určité technické problémy. Přestavení souboru ventilů rovněž vyžaduje určitý čas, tzv. mrtvou dobu, kdy se ani nuproplachuje ani nefiltruje a tento čas je v procesu ztracen.
-4Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky, jsou do značné míry odstraněny zařízením na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu, opatřeným vnějším zdrojem tlaku a zařízením pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že k membránovému modulu je připojeno zařízení pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu tvořené ventilem, sestávajícím z pístu umístěného v pístnici. V horní části pístnice je výstup permeátu a ve spodní části je vstup permeátu z membránového modulu. Ventil je elektricky řízený z řídicí elektrické jednotky propojené s programovatelnou jednotkou, a řídicí elektrická jednotka je propojena dvěma vodiči s pohonem a koncovými spínači pro zajištění horní a dolní polohu pístu ventilu.
Ventil je s výhodou umístěn na nosném rámu opatřeném pohonem s momentovou spojkou, a držákem koncových spínačů pro zajištění horní a dolní polohy pístu, přičemž pohon je od tělesa táhla pístu oddělen spojkou. Řídící elektrická jednotka je s výhodou opatřena signalizací ovládání.
Schéma zapojení zařízení je jednoduché. Zařízení sestává z jediného elektricky řízeného ventilu zajišťujícího všechny funkce. Zařízení je umístěno opět za membránovým modulem. Řízení ventiluje ovládáno z rozvaděče.
Zařízení umožňuje studium optimalizace délky a frekvence zpětných proplachů, eventuálně rozdělení zpětného proplachu do několika pulzů. K takovému studiu je uzpůsobena nově vyvinutá jednotka zpětného proplachu na elektrický pohon.
Výhodou nového systému je, že v klidové poloze, kdy probíhá filtrace, permeát volně protéká zařízením, a zařízení je permeátem stále naplněno. Pri zpětném proplachu je použit permeát vyplňující vnitřní objem zařízení. Proto není zapotřebí žádného přídavného zásobníku na permeát, který je vyžadován v jiných systémech pro zpětný proplach. Další výhodou je, že nejsou zapotřebí žádné řídicí elektroventily. které jsou v jiných systémech nutné pro vytvoření zpětného toku permeátu do modulu. Další nemalou výhodou je, že je možno ovládáním rychlosti pístu nastavit velikost tlaku zpětného proplachu. Tato vlastnost je důležitá proto, že « ♦ velikost tlaku potřebného pro zpětný proplach je různá pro různé porozity membrán a pro různé velikosti otvorů membrán.
Přehled obrázků na výkresech
Zařízení na zpětný proplach separačních membrán podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení, z něhož je vidět, že elektricky řízený ventil, zajišťující všechny zásadní funkce zařízení, je umístěn opět za membránovým modulem. Na obr. 2 je znázorněno v axonometrickém pohledu příkladné zařízení. Na obrázku 3 je zobrazen řez příkladného provedení uložení pístu
Příklady provedení vynálezu
Příkladné provedení a příkladná konstrukce zařízení je na obr. 2. Zařízení se skládá z nosného rámu 5, na kterém je připevněn pohon 1. s momentovou spojkou 2 a tělesa táhla pístu 4 a pístnice 8. Na rámu 5 je také upevněn držák 10 koncových spínačů. Koncové spínače 10 zajišťují horní a dolní polohu pístu 4. Pohon χ je od tělesa táhla pístu 4 oddělen spojkou 3. Na pístnici 8 v její horní části je hadicový nástavec na výstup 6 permeátu. Ve spodní části pístnice 8 je závitový hadicový nástavec 9, do kterého je zaveden vstup 7 permeátu z modulu na keramické membrány. Hadice na vstupu 7 slouží současně jako přívod zpětného proplachu do permeátového prostoru v modulu. Jednotka zpětného proplachu je ovládána rozvaděčem 24 z řídicí elektrické jednotky 11, na které je signalizace 13 ovládání a programovatelná jednotka 12. kde se nastavují potřebné pracovní časy a rychlosti posuvu pístu 4. Řídicí elektrická jednotka XX je propojena dvěma vodiči 14 s pohonem a koncovými spínači.
Na obrázku 3 je zobrazen řez příkladného provedení uložení pístu 4. Zařízení je neustále naplněno permeátem a sestává z táhla 21 pístu 4, uloženého v těsnění 20 táhla 21 pistu 4 a vodicím pouzdru 17, které unáší píst 4. opatřený těsněním 15 pístu 4 a dalším těsněním 16 čelní plochy pístu 4, prostřednictvím držáku 19 pístu 4. Během fáze filtrace je táhlo 21 v horní poloze a cesta pro permeát tekoucí ve směru od vstupu 7 permeátu v dolní Části k výstupu 6 permeátu je otevřena. Permeát protéká zařízením a jímá se do zásobníku * ·
A · · * · * · · · · v··* · ·· *· ·« · «« permeátu. Signálem pro zpětný proplach se uvede táhlo 21 do pohybu směrem dolu, takže je během zpětného proplachu píst 4 odtlačován táhlem 21 dolu, cesta pro permeát je mezi táhlem 21 a pístem 4 uzavřena, takže objem permeátu pod pístem 4 je vytlačován zpět do modulu a provádí zpětný proplach 23. V dolní poloze se začne táhlo 21 automaticky vracet, čímž se opět okamžitě otevře cesta pro permeát a bez mrtvé doby nastane ihned filtrace. K omezení pohybu pístu 4 slouží doraz koncového spínače 18.
Průmyslová využitelnost
Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu, opatřené vnějším zdrojem tlaku a zařízením pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění především ve všech biotechnologických procesech výroby nových a cenných organických látek, při nichž dochází vlivem zachycených organických látek k prudkému klesání výkonu membrán, ale i při finální membránové filtraci piva, filtraci odstředěného a surového mléka a všeobecně ve všech koncentračních a separačních membránových procesech, kde se vyskytuje silné zanášení membrán.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu, opatřené vnějším zdrojem tlaku a zařízením pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu, vyznačující se tím, že k membránovému modulu je připojeno zařízení pro nastavení filtrace nebo zpětného proplachu tvořené ventilem (30), sestávajícím z pístu (4) umístěného v pístnicí (8), v jejíž horní části je výstup (6) permeátu a ve spodní části je vstup (7) permeátu z membránového modulu, přičemž ventil (30) je elektricky řízený z řídicí elektrické jednotky (11) propojené s programovatelnou jednotkou (12), a řídicí elektrická jednotka (11) je propojena dvěma vodiči (14) s pohonem a koncovými spínači pro zajištění horní a dolní polohu pístu (4) ventilu (30).
- 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že ventil (30) je umístěn na nosném rámu (5) opatřeném pohonem (1) s momentovou spojkou (2) a držákem (10) koncových spínačů pro zajištění homí a dolní polohy pístu (4), přičemž pohon (1) je od tělesa táhla (21) pístu (4) oddělen spojkou (3).
- 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že řídicí elektrická jednotka (11) je opatřena signalizací (13) ovládání.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2010-634A CZ305501B6 (cs) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2010-634A CZ305501B6 (cs) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2010634A3 true CZ2010634A3 (cs) | 2012-03-07 |
CZ305501B6 CZ305501B6 (cs) | 2015-11-04 |
Family
ID=45768587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2010-634A CZ305501B6 (cs) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Zařízení na zpětný proplach separačních membrán v membránovém modulu |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ305501B6 (cs) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4920990B2 (ja) * | 2005-03-24 | 2012-04-18 | メタウォーター株式会社 | 分離膜の洗浄方法 |
JP2009241043A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 膜濾過装置の逆洗方法 |
NZ591259A (en) * | 2008-08-20 | 2013-02-22 | Siemens Industry Inc | A hollow membrane filter backwash system using gas pressurised at at least two pressures feed from the down stream side to push water through the filter to clean it |
-
2010
- 2010-08-24 CZ CZ2010-634A patent/CZ305501B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ305501B6 (cs) | 2015-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5958243A (en) | Apparatus and method for membrane filtration with enhanced net flux | |
Field | Fundamentals of fouling | |
EP2092974B1 (en) | A method and apparatus for membrane separation applying concentration polarization | |
US20200376437A1 (en) | Filtration apparatus | |
US6120688A (en) | Portable reverse osmosis unit for producing drinking water | |
AU2003297476A1 (en) | Methods for cleaning and maintaining membrane surface during filtration | |
JPS62502452A (ja) | 可変容積濾過器或は濃縮器 | |
JPH08323161A (ja) | 浸漬型膜分離装置及びこれを用いた膜分離方法 | |
WO2012060689A1 (en) | Water filtration apparatus with automatic backwash | |
EP2964368B1 (en) | Point of use filtration system with backwash | |
JP2007296500A (ja) | 膜分離装置及び膜ろ過方法 | |
JP2002248324A (ja) | 膜分離装置及びその逆洗方法 | |
CZ2010634A3 (cs) | Zarízení na zpetný proplach separacních membrán v membránovém modulu | |
Curcio et al. | Monitoring and control of TMP and feed flow rate pulsatile operations during ultrafiltration in a membrane module | |
JP2013212497A (ja) | 水処理方法 | |
CN206778193U (zh) | 一种自反冲式陶瓷膜过滤装置 | |
JPH0716567A (ja) | 限外濾過式飲水装置 | |
Heran et al. | Cross-flow microfiltration with high frequency reverse flow | |
KR101544407B1 (ko) | 역삼투 분리막의 파울링 저감 방법 | |
Bhave | Liquid filtration and separation with inorganic membranes: operating considerations and some aspects of system design | |
Roh et al. | Backflushing, pulsation and inline flocculation techniques for flux improvement in crossflow microfiltration | |
Kennedy et al. | Intermittent crossflushing of hollow fiber ultrafiltration systems | |
KR100810986B1 (ko) | 왕복축동형 세정봉이 장착된 관형 분리막 시스템 | |
Al-Hammadi et al. | Experimental study of the dead-end ultrafiltration process using silicone dioxide suspensions | |
JP2002153736A (ja) | 膜モジュールの洗浄方法および膜分離装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180824 |