RU2211723C1

RU2211723C1 - Method of cleaning filtering membrane, method of cleaning liquids and device for realization of these methods

Info

Publication number: RU2211723C1
Application number: RU2002116742A
Authority: RU
Inventors: Г.М. Шарапов; А.Н. Драгунский; Ф.А. Шаймухаметов; И.Ш. Кузиахметов; В.Н. Гельфанд; В.А. Тулушманов; М.И. Ишмухаметов; В.Б. Котельников; С.В. Харабрин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Висма"; Шарапов Гиззат Музаянович
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: membrane technique; cleaning liquids by microfiltration and ultrafiltration methods in water supply systems, food-processing, microbiological and medical industries. SUBSTANCE: proposed method includes filtering through membrane and periodic cleaning of this membrane by means of cylindrical elements freely positioned on fixed membrane and rolled over surface of membrane by means of movable screen at simultaneous delivery of flushing fluid for removal of contaminants. Device proposed for realization of this method has housing with supply and discharge branch pipes, fixed disk-type filtering membranes, screen elements mounted rotatably and cylindrical elements made from porous elastic material and freely positioned between membrane and screen element for rolling over membrane surface. EFFECT: improved service characteristics; increased service life; increased productivity due to effective regeneration of membrane. 9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано при процессах очистки жидкостей методами микрофильтрации и ультрафильтрации в системах водоснабжения, пищевой, микробиологической и медицинской промышленности. The invention relates to membrane technology and can be used in the purification of liquids by microfiltration and ultrafiltration in water systems, food, microbiological and medical industries.

Очистка жидкостей с помощью мембранных процессов связана с уменьшением производительности мембран, вызванной несколькими причинами - концентрационной поляризацией, адсорбцией, образованием слоя геля и забиванием пор, поэтому мембраны требуют периодической очистки для повышения производительности фильтрования. Различают три типа процессов очистки (Мулдер М. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999): гидравлическая, механическая и химическая. The purification of liquids using membrane processes is associated with a decrease in membrane performance caused by several reasons - concentration polarization, adsorption, gel layer formation and clogging of pores; therefore, membranes require periodic cleaning to increase filtration performance. There are three types of cleaning processes (Mulder M. Introduction to membrane technology. M .: Mir, 1999): hydraulic, mechanical and chemical.

Для восстановления эксплуатационных свойств трубчатых ультрафильтров используют комбинацию трех типов процессов очистки (RU 2094103). В известном способе, включающем ополаскивание водой, протирку губчатым эластичным материалом внутренней поверхности трубок ультафильтров и промывку ультрафильтров с использованием водных растворов моющих средств, при этом протирку осуществляют выполнением комбинации вращательных и возвратно-поступательных движений смоченного моющим раствором протирочного устройства с жесткой тягой до и после промывки, а промывку проводят с использованием того же моющего раствора. Для протирки поверхности мембран используют устройство, выполненное в виде жесткой оправки, на одном конце которой закреплены 1-3 губчатых эластичных шарика, расположенных по центру на расстоянии друг от друга 0,5-0,7 диаметра шарика, или мягкий эластичный ерш диаметром, равным 1,5-2,0 диаметрам трубчатой мембраны. To restore the operational properties of tubular ultrafilters, a combination of three types of cleaning processes is used (RU 2094103). In the known method, including rinsing with water, wiping the inner surface of the ultrafilter tubes with a spongy elastic material and rinsing the ultrafilters using aqueous solutions of detergents, the wiping is performed by performing a combination of rotational and reciprocating movements of a hard-wiping device with a rigid traction before and after washing and washing is carried out using the same washing solution. To wipe the surface of the membranes use a device made in the form of a rigid mandrel, on one end of which are fixed 1-3 spongy elastic balls located in the center at a distance from each other 0.5-0.7 of the diameter of the ball, or a soft elastic ruff with a diameter equal to 1.5-2.0 diameters of the tubular membrane.

В известном способе происходит трение эластичных элементов с рабочей поверхностью мембраны, что приводит к механическому износу селективного слоя. In the known method, friction of the elastic elements with the working surface of the membrane occurs, which leads to mechanical wear of the selective layer.

Известен способ разделения растворов с помощью полупроницаемой мембраны (RU 2048867, 27.11.95), включающий подачу исходного раствора на мембрану, концентрирование непроникающего компонента под действием разницы давления, отвод сконцентрированного раствора и периодическую очистку мембраны эластичными элементами с наложением пульсаций на поток исходного раствора так, что время движения пульсирующего потока в обратном направлении составляет 0,3-1,0 от времени его движения в прямом направлении, причем скорость потока исходного раствора в прямом направлении во время очистки мембраны составляет 0,02-0,10 от скорости потока при концентрировании. A known method of separating solutions using a semi-permeable membrane (RU 2048867, 11.27.95), including supplying the initial solution to the membrane, concentrating the non-penetrating component under the influence of the pressure difference, draining the concentrated solution and periodically cleaning the membrane with elastic elements with imposing pulsations on the flow of the initial solution, that the time of movement of the pulsating flow in the opposite direction is 0.3-1.0 of the time of its movement in the forward direction, and the flow rate of the initial solution in the forward n board during membrane cleaning is the flow rate of 0.02-0.10 upon concentration.

Недостатками известного способа являются невысокое качество регенерации мембраны и потому снижение производительности процесса очистки жидкостей. The disadvantages of this method are the low quality of the regeneration of the membrane and therefore the decrease in the productivity of the process for cleaning liquids.

Известен разделительный модуль (SU 1809776, 15.04.93), содержащий корпус, полый вал с закрепленными на нем с возможностью вращения и возвратно-поступательного движения дисковыми мембранными фильтрующими элементами, расположенные между ними неподвижные мембранные фильтрующие элементы, герметично соединенные между собой и установленные с зазором относительно корпуса с образованием замкнутой полости для сбора и отвода фильтрата. Подвижные мембранные фильтрующие элементы снабжены эластичными скребками. Known separation module (SU 1809776, 04/15/93), comprising a housing, a hollow shaft with disk membrane filter elements fixed thereto with the possibility of rotation and reciprocating movement, fixed membrane filter elements located between them, tightly interconnected and installed with a gap relative to the housing with the formation of a closed cavity for collecting and discharging the filtrate. The movable membrane filter elements are equipped with elastic scrapers.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, сложность и продолжительность регенерации мембраны, невозможность очистки мембраны от частиц, обладающих повышенной адгезионной прочностью. The disadvantages of the known device are the complexity of the design, the complexity and duration of the regeneration of the membrane, the inability to clean the membrane from particles with increased adhesive strength.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для очистки жидкости (JP 55-149612, 21.11.80), в котором для очистки фильтрующей мембраны используют эластичные скребки, установленные на валу с возможностью вращения по поверхности мембраны непрерывно или периодически. The closest in technical essence to the proposed one is a device for cleaning liquid (JP 55-149612, 21.11.80), in which to clean the filtering membrane using elastic scrapers mounted on the shaft with the possibility of rotation on the surface of the membrane continuously or periodically.

В указанном устройстве происходит жесткий контакт эластичных скребков с рабочей поверхностью мембраны. In the specified device there is a hard contact of elastic scrapers with the working surface of the membrane.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик устройства для очистки жидкостей, увеличение срока службы мембраны, повышение производительности устройства за счет эффективности регенерации мембраны. The objective of the present invention is to improve the operational characteristics of the device for cleaning liquids, increase the life of the membrane, increase the productivity of the device due to the efficiency of the regeneration of the membrane.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе очистки фильтрующей мембраны, включающем механическую очистку пористыми эластичными элементами, установленными с возможностью движения, и подачу на мембрану промывной жидкости, используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые свободно размещают на неподвижной фильтрующей мембране и перекатывают по поверхности мембраны с помощью подвижной сетки, при этом одновременно подают струи промывной жидкости для удаления снятых загрязнений. The problem is solved due to the fact that in the method of cleaning the filtering membrane, which includes mechanical cleaning with porous elastic elements mounted with the possibility of movement, and supplying a washing liquid to the membrane, use elastic elements of a cylindrical shape from a porous elastic material that are freely placed on a stationary filter membrane and rolled over the surface of the membrane using a movable mesh, while simultaneously flushing a jet of washing liquid to remove removed contamination th.

В предлагаемом способе очистки мембраны используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, поры которого впитывают частицы загрязнений с мембраны при перекатывании, при этом исключается трение между эластичными элементами и поверхностью мембраны, что способствует щадящему воздействию на селективный слой. In the proposed method for cleaning the membrane, cylindrical elastic elements of porous elastic material are used, the pores of which absorb particles of impurities from the membrane during rolling, while friction between the elastic elements and the membrane surface is excluded, which contributes to the gentle effect on the selective layer.

Поставленная задача решается также за счет того, что в способе очистки жидкостей, включающем фильтрование очищаемой жидкости через мембрану и периодическую регенерацию последней с помощью промывной жидкости и эластичных элементов, в отличие от известного способа используют эластичные элементы цилиндрической формы из пористого эластичного материала, которые перекатывают по поверхности мембраны посредством сетчатых элементов, при этом одновременно подают промывную жидкость для удаления снятых загрязнений. Потоку очищаемой жидкости обеспечивают ламинарное движение, а регенерацию начинают при снижении проницаемости фильтрующей мембраны на 30-40%. The problem is also solved due to the fact that in the method of cleaning liquids, including filtering the liquid to be cleaned through the membrane and periodically regenerating the latter with washing liquid and elastic elements, in contrast to the known method, elastic elements of a cylindrical shape made of porous elastic material are used, which are rolled over the membrane surface by means of mesh elements, while washing liquid is simultaneously supplied to remove the removed impurities. The flow of the liquid being cleaned is ensured by laminar motion, and regeneration begins with a decrease in the permeability of the filter membrane by 30-40%.

Указанная задача достигается также тем, что устройство для очистки жидкостей, содержащее цилиндрический корпус с патрубками для подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной и недоочищенной жидкости, неподвижные дисковые фильтрующие мембраны, эластичные элементы для регенерации мембраны, установленные с возможностью движения, средство для подачи и отвода промывной жидкости, дополнительно содержит сетчатые элементы, установленные с возможностью вращения, а эластичные элементы выполнены из пористого эластичного материала цилиндрической формы и свободно расположены между фильтрующей мембраной и сетчатым элементом с возможностью перекатывания по поверхности мембраны, при этом фильтрующие мембраны и сетчатые элементы установлены на перфорированной трубе, к которой присоединен патрубок для отвода очищенной воды. Средство для подачи и отвода промывной жидкости выполнено соответственно в виде трубчатого элемента с отверстиями для подачи струй промывной жидкости и отводящего патрубка. На входе очищаемой воды установлен разделитель потока. Устройство снабжено системой автоматического контроля параметров перепада давления на мембране. This problem is also achieved by the fact that the device for cleaning liquids, containing a cylindrical body with nozzles for supplying the cleaned liquid and drain the cleaned and uncleaned liquid, fixed disk filtering membranes, elastic elements for regenerating the membrane, installed with the possibility of movement, means for feeding and removing the washing liquid, further comprises mesh elements mounted for rotation, and the elastic elements are made of porous elastic material cylindrical shaped and freely located between the filtering membrane and the mesh element with the possibility of rolling over the surface of the membrane, while the filtering membranes and mesh elements are mounted on a perforated pipe to which a pipe is connected to drain purified water. Means for supplying and discharging washing liquid are respectively made in the form of a tubular element with holes for supplying streams of washing liquid and a discharge pipe. A flow separator is installed at the inlet of the water to be treated. The device is equipped with an automatic control system for differential pressure parameters on the membrane.

Предлагаемые способ и устройство эффективны для восстановления фильтрующих свойств мембраны в жидкостях, содержащих загрязнения, обладающие повышенной адгезионной прочностью и устойчивые к щелочам и кислотам. Предлагаемое устройство для очистки жидкостей позволяет активно использовать всю площадь мембраны, в 20-25 раз увеличивает срок ее службы, не требует применения фильтра предварительной очистки. The proposed method and device are effective for restoring the filtering properties of the membrane in liquids containing impurities, with increased adhesive strength and resistant to alkalis and acids. The proposed device for cleaning liquids allows you to actively use the entire area of the membrane, 20-25 times increases its service life, does not require the use of a pre-filter.

На фиг. 1 схематически изображен узел механической очистки мембраны; на фиг.2 схематически изображен общий вид устройства, продольный разрез. In FIG. 1 schematically shows a node for mechanical cleaning of the membrane; figure 2 schematically shows a General view of the device, a longitudinal section.

Устройство для очистки жидкостей (фиг.2) содержит цилиндрический корпус 10 с патрубком 3 для подачи очищаемой жидкости, внутри корпуса 10 установлены неподвижные дисковые фильтрующие мембраны 2 с каналами 12 на перфорированной трубе 14, через которую отводится очищенная жидкость через патрубок 5. В верхней части корпуса 10 установлено средство для подачи промывной жидкости 9, куда поступает промывная жидкость через патрубок 13. Вывод недоочищенной жидкости осуществляют через патрубок 11 в нижней части корпуса 10. Между неподвижными дисковыми фильтрующими мембранами 2 и сетчатыми элементами 7, приводимыми во вращение автоматически или вручную при помощи поводка 6, свободно размещены эластичные элементы 8, выполненные цилиндрической формы из пористого эластичного материала (фиг.1). The device for cleaning liquids (figure 2) contains a cylindrical housing 10 with a nozzle 3 for supplying a cleaned liquid, inside the housing 10 there are fixed disk filtering membranes 2 with channels 12 on a perforated pipe 14 through which the cleaned liquid is discharged through the nozzle 5. In the upper part case 10 installed means for supplying washing liquid 9, which receives the washing liquid through the pipe 13. The output of the under-treated liquid is carried out through the pipe 11 in the lower part of the housing 10. Between the fixed disk elastic membranes 2 and mesh elements 7, driven automatically or manually by means of a leash 6, freely placed elastic elements 8 made of cylindrical shape from a porous elastic material (figure 1).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Подлежащая мембранной очистке жидкость поступает через патрубок 3 для подачи очищаемой жидкости. На входе установлен разделитель потока 4, что позволяет изменить турбулентное течение очищаемой жидкости на ламинарное. При этом наиболее крупные частицы под действием гравитационных сил оседают на дне корпуса, не достигая мембран, и удаляется при промывке. Проходя через полупроницаемую мембрану 1, жидкость очищается от механических примесей и по каналам 12 поступает внутрь дисковой фильтрующей мембраны 2 и очищенная выводится через перфорированную трубу 14 и патрубок 5 потребителю. В процессе работы устройства происходит засорение мембраны 1, что приводит к увеличению перепада давления на мембране 1. При достижении величины перепада давления, соответствующей снижению проницаемости фильтрующей мембраны на 30-40%, во вращение приводят сетчатые элементы 7, между которыми свободно размещены эластичные элементы 8 из пористого эластичного материала, которые перекатываются по поверхности мембраны 1 с небольшим нажимом, при этом поры эластичного элемента впитывают частицы загрязнений с поверхности мембраны 1 которые удаляют отжимом на сетчатом элементе 7. Средство для подачи промывной жидкости 9 включают одновременно с работой эластичных элементов 8. Средство для подачи промывной жидкости 9 представляет собой трубчатый элемент с отверстиями, через которые подаются разделенные струи промывной жидкости на поверхность мембран 1, эластичных элементов 8 и сетчатых элементов 7. В это время подача очищаемой жидкости прекращается, а недоочищенная жидкость сливается через патрубок 11. В качестве материала для эластичных элементов используют пористый эластичный материал, например пенополиуретан. The fluid to be cleaned through the membrane enters through the nozzle 3 to supply the liquid to be cleaned. A flow separator 4 is installed at the inlet, which makes it possible to change the turbulent flow of the liquid being cleaned to laminar. In this case, the largest particles under the influence of gravitational forces settle on the bottom of the body, not reaching the membranes, and are removed during washing. Passing through a semipermeable membrane 1, the liquid is cleaned of mechanical impurities and through the channels 12 enters the disk filter membrane 2 and the cleaned is discharged through the perforated pipe 14 and the pipe 5 to the consumer. During operation of the device, clogging of the membrane 1 occurs, which leads to an increase in the pressure drop across the membrane 1. Upon reaching a pressure drop corresponding to a decrease in the permeability of the filter membrane by 30-40%, mesh elements 7 are rotated, between which elastic elements 8 are freely placed from porous elastic material that rolls along the surface of the membrane 1 with a slight pressure, while the pores of the elastic element absorb particles of dirt from the surface of the membrane 1 which I remove by pressing on the mesh element 7. The means for supplying the washing liquid 9 are turned on simultaneously with the operation of the elastic elements 8. The means for supplying the washing liquid 9 is a tubular element with holes through which divided jets of washing liquid are supplied to the surface of the membranes 1, elastic elements 8 and mesh elements 7. At this time, the supply of the liquid to be cleaned is stopped, and the under-purified liquid is drained through the pipe 11. A porous elastic material is used as the material for the elastic elements IAL, for example polyurethane foam.

Пример
Пропускали озерную воду, содержащую частицы глины, донного ила, органические частицы, без предварительной очистки через предлагаемое устройство по предлагаемому способу. При этом использовали мембрану с удерживающей способностью 0,2 мкм. Очищаемая вода поступала под давлением 3 кг/см³. Во время работы устройства степень загрязненности мембраны контролирует датчик перепада давления (на чертежах не показан). При достижении перепада давления на мембране, соответствующей снижению проницаемости мембраны на 40% (2,5 кг/см³), датчик включает привод эластичных элементов. Время регенерации устройства составляет 1,0-1,5 мин. После регенерации производительность устройства восстановилась до 87% от исходной производительности. При дальнейших испытаниях было очищено около 100 м³ воды с периодической регенерацией мембран. К концу испытаний производительность составляла 62% от исходной, что связано с забиванием пор мембраны частицами, соразмерными с их размерами. Качество очищенной воды не ухудшилось.Example
Missed lake water containing particles of clay, bottom sludge, organic particles, without preliminary treatment through the proposed device according to the proposed method. In this case, a membrane with a retention capacity of 0.2 μm was used. The purified water was supplied under a pressure of 3 kg / cm ³ . During operation of the device, the degree of contamination of the membrane is controlled by a differential pressure sensor (not shown in the drawings). Upon reaching a pressure differential across the membrane, corresponding to a 40% reduction in membrane permeability (2.5 kg / cm ³ ), the sensor includes an elastic element drive. The regeneration time of the device is 1.0-1.5 minutes After regeneration, the performance of the device was restored to 87% of the original performance. In further tests, about 100 m ^{3 of} water with periodic membrane regeneration was purified. By the end of the tests, the productivity was 62% of the initial one, which is associated with clogging of the pores of the membrane with particles commensurate with their size. The quality of the purified water has not deteriorated.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство очистки жидкостей позволяют обеспечивать высокую производительность мембранного фильтрования при простоте конструкции, а также высокую эксплуатационную надежность. Thus, the proposed method and device for cleaning liquids can provide high performance membrane filtration with simplicity of design, as well as high operational reliability.

Claims

1. A method of purifying a liquid, comprising filtering the liquid through the membrane and periodically regenerating the membrane using washing liquid and elastic elements, characterized in that for the regeneration of the membrane using elements of a cylindrical shape from a porous elastic material that are rolled over the surface of the membrane using mesh elements, while at the same time a jet of washing liquid is supplied to remove the removed contaminants.

2. The method according to p. 1, characterized in that they provide a laminar motion of the liquid being cleaned.

3. The method according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the regeneration begins with a decrease in the permeability of the filter membrane by 30-40%.

4. A method of cleaning a filtering membrane, comprising supplying a washing liquid to the membrane and mechanical cleaning with elastic elements mounted with the possibility of movement, characterized in that they use cylindrical elements made of porous elastic material that are freely placed on a stationary filtering membrane and rolled over the surface of the membrane with using a movable mesh, while simultaneously serving a jet of washing liquid to remove removed contaminants.

5. A device for cleaning liquid, comprising a housing with nozzles for supplying a cleaned liquid and discharging cleaned and uncleaned liquid, fixed disk filtering membranes and elastic elements for regenerating the membrane, mounted with the possibility of movement, and means for supplying and discharging the washing liquid, characterized in that it is provided with mesh elements mounted for rotation, while the elastic elements are made of porous elastic material, have a cylindrical shape and freely positioned wife between the filter membrane and the screen elements, with the rolling surface of the membrane.

6. The device according to p. 5, characterized in that the filtering membranes and mesh elements are mounted on a perforated pipe to which a pipe is connected to drain purified water.

7. The device according to any one of paragraphs. 5 and 6, characterized in that the means for supplying and discharging the washing liquid is respectively made in the form of a tubular element with holes for supplying jets of washing liquid and a discharge pipe.

8. The device according to any one of paragraphs. 5-7, characterized in that a flow separator is installed at the outlet of the liquid being cleaned.

9. The device according to any one of paragraphs. 5-8, characterized in that it is equipped with an automatic control system for the differential pressure parameters on the membrane.