SU1754189A1

SU1754189A1 - Membrane separating apparatus

Info

Publication number: SU1754189A1
Application number: SU904822553A
Authority: SU
Inventors: Елена Владимировна Хосид; Михаил Иванович Алексеев; Ирина Германовна Русскова
Original assignee: Ленинградский инженерно-строительный институт
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1992-08-15

Abstract

Изобретение относитс к разделению растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации и может быть использовано при обессоливании и очистке воды. Изобретение относитс к разделению растворов методами обратного осмоса и ультрафильтрации, а именно к способам обработки воды с применением полупроницё- емых мембран. При разделении растворов в мембранных аппаратах различных типов фильтрующие элементы обычно кольматируютс механическими и коллоидными примес ми, при этом происходит концентрационна пол ризаци в пограничном слое над мембра- ной, что приводит к интенсивному нарастанию гидравлических сопротивлений , снижению проницаемости мембраны и производительности аппарата. Наиболее близким к предлагаемому вл етс мембранный разделительный аппарат на полых волокнах, параллельно расположенных внутри цилиндрического корпуса, имеющего патрубки ввода раздел емого раствора вывода фильтра и концентрата Цель изобретени -увеличение производительности аппарата замечет интенсификации процесса очистки мембран. Мембранный аппарат содержит пучок из полых волокон, расположенный внутри цилиндрического корпуса, и паТ рубки ввода раздел емого раствбрта и&deg; вывода фильтрата и концентрата. На патрубке вывода концентрата установ лена ЦйлИндр ич ёска камера с выходным патрубком. Цилиндрическа камера разделена упругой мембраной, через 1 Которую пропущен подпружиненный шток, в н ижней части которого закреплен тарель- чаУый клапан, расположенный на выходном патрубке цилиндрической камеры. 1 ил. 1 табл. Недостатком известного аппарата вл етс относительно небысока производительность аппарата. Цель изобретени - увеличение производительности аппарата за счет интенсификации процесса очистки мембран. Поставленна цель достигаетс тем, что в мембранном разделительном аппарате на полых волокнах, расположенных в цилинд- рическом к6 рпуСё с (1а т|5убками дл подачи исходного pa eTB6pa W фильтрата дл промывки , патрубками дл вывода фильтрата и концентрата, на последнем установлена цилиндрическа камера с выходным патрубком , разделенна упрутЫРГмембраной, через которую пропущен подпружиненный шток, в нижней части которого закреплен тарельчатый клапан, расположенный на выходном патрубке цилиндрической камеры. При таком выполнении аппарата при закрытии и открытий клапана обеспечиваетс неустановившеес пульсационное движение раздел емой жидкости внутри полых « fe V4 СП Јь 00 ОThe invention relates to the separation of solutions by reverse osmosis and ultrafiltration and can be used in desalting and water purification. The invention relates to the separation of solutions by the methods of reverse osmosis and ultrafiltration, and specifically to methods of treating water using semipermeable membranes. When separating solutions in membrane apparatuses of various types, filtering elements usually clog up with mechanical and colloidal impurities, while concentration polarization occurs in the boundary layer above the membrane, which leads to an intensive increase in hydraulic resistance, a decrease in membrane permeability and performance of the apparatus. The closest to the present invention is a membrane separator apparatus on hollow fibers arranged in parallel inside a cylindrical body having inlets for a separable solution of a filter and concentrate output. The aim of the invention is to increase the productivity of the apparatus to notice the intensification of the membrane cleaning process. The diaphragm apparatus contains a bundle of hollow fibers located inside the cylindrical body, and a pair of inserts of the divided solution and & output of filtrate and concentrate. On the outlet pipe of the concentrate, a CylIndrich ichka chamber with an outlet outlet is installed. The cylindrical chamber is divided by an elastic membrane, through 1 which a spring-loaded rod is missed, in the lower part of which the plate valve located on the outlet nozzle of the cylindrical chamber is fixed. 1 il. 1 tab. The disadvantage of the known apparatus is the relatively low productivity of the apparatus. The purpose of the invention is to increase the productivity of the apparatus due to the intensification of the membrane cleaning process. This goal is achieved by the fact that in a membrane separation apparatus, on hollow fibers located in a cylindrical tube, with (1t | 5pipes for supplying the original pa eTB6pa W filtrate for washing, with nozzles for withdrawal of filtrate and concentrate), the latter has a cylindrical chamber with an outlet nozzle, divided by an upright membrane, through which a spring-loaded rod is passed, in the lower part of which there is a disk valve located on the outlet pipe of the cylindrical chamber. During the closing and opening of the valve, the unsteady pulsation movement of the fluid being divided inside the hollow channels is ensured.

Description

волокон которое сопровождаетс воздействием на поток жидкости гидравлических ударов, способствующих турбулизации потока , бУДелению от поверхности полых волокон осадка и выносу его за пределы аппарата Вследствие в аппарате снижаетс интенсивность образовани концентрационной пол ризации и осадка из механических и колтюйдных примесей, увеличиваетс длительность фильтроцикла и в конечном счете, возрастает производительностьfibers which are accompanied by the impact of hydraulic shocks on the fluid flow, which contribute to the turbulence of the flow, removing the sediment from the surface of hollow fibers and moving it out of the apparatus. As a result, the apparatus reduces the intensity of concentration polarization and sediment from mechanical and coiled impurities, increases the duration of the filter cycle and ultimately increases productivity

Новым элементом в ycTpoucfad вл етс цилиндрическа камера с подпружиненным клапаном, перекрывающим выходной патрубок Подобное устройство имеет предохранительный клапан, /используемый в объемных гидроприводах и предохран ющий гидросистему от давлени превышающего допускаемоеA new element in ycTpoucfad is a cylindrical chamber with a spring-loaded valve that overlaps the outlet nozzle. Such a device has a safety valve / used in volumetric hydraulic actuators and protects the hydraulic system from pressure exceeding the permissible

В предлагаемом аппарате замкнутый цилиндр с подпружиненным клапаном, перекрывающим нижнее отверстие, служит дл создани пульсационного движени раздел емой жидкости в раздел емом аппарате и интенсификации процесса фильтровани In the proposed apparatus, a closed cylinder with a spring-loaded valve blocking the lower opening serves to create a pulsating movement of the liquid to be divided in the apparatus to be divided and to intensify the filtering process

На чертеже представлен аппарат, продольный разрез.The drawing shows the apparatus, a longitudinal section.

Аппарат состоит из пучка полых волокон 1 со стенками, выполненными в виде полупроницаемым мембран Волокна 1 уло- зкены в цилиндрическом корпусе 2 и герметично закреплены заливочным компаундом 3, например из эпоксидной смолы Корпус снабжен осевым патрубком 4 дл подачи исходного раствора, осевым патрубком 5 дл вывода концентрата, боковым патрубком 6 дл вывода фильтрата и боковым патрубком 7 дл подачи промывной жидкости (фильтрата)The apparatus consists of a bundle of hollow fibers 1 with walls made in the form of semi-permeable membranes. Fiber 1 is placed in a cylindrical housing 2 and hermetically sealed with a casting compound 3, for example of epoxy resin. The housing is equipped with an axial nozzle 4 for supplying the initial solution, an axial nozzle 5 for outputting concentrate, side nozzle 6 for the withdrawal of filtrate and side nozzle 7 for supplying the washing liquid (filtrate)

На патрубке 5 установлена цилиндрическа камера 8, внутри которой между фланцами закреплена упруга диафрагма 9, выполненна , например, из резийы Через диафрагму 9 пропущен закрепленный на ней посредством контргазк 10 шток 11, в нижней части которого установлен тарельчатый клапан 12, перекрывающий выходной патрубок цилиндрической камеры 8 К этому патрубку примыкает трубопровод 13 с вентилем 14. Клапан 12 прижимаетс к выходному патрубку посредством пружины 15, установленной между диафрагмой 9 и ре- гулировбчным винтом 16 Напротив патрубка 5 располЪжен трубопровод 17 с вентилем 18A cylindrical chamber 8 is installed on the nozzle 5, inside which an elastic diaphragm 9 is fixed between the flanges, made, for example, of rubber. Through the diaphragm 9, the rod 11 secured to it by means of a countergas rod 10 is omitted, in the lower part of which a disk valve 12 is installed, blocking the outlet nozzle of the cylindrical chamber 8 A pipe 13 with a valve 14 adjoins this nozzle. The valve 12 is pressed against the outlet nozzle by means of a spring 15 installed between the diaphragm 9 and the adjustable screw 16. Opposite the nozzle 5 pipeline 17 with valve 18

Аппарат работает следующим образом.The device works as follows.

Исходный раствор подаетс под давлением 0,1-0,2 МПа через патрубок 4 и поступает в нутр ь полых волокон 1 Под действиемThe initial solution is supplied under a pressure of 0.1-0.2 MPa through the pipe 4 and enters the interior of the hollow fibers 1 Under the action of

разности давлений на входе и выходе часть раствора фильтруетс через боковые полупроницаемые поверхности волокон 1 после чего фильтрат выводитс из аппаратаpressure differences at the inlet and outlet of the solution is filtered through the side semipermeable surfaces of the fibers 1 after which the filtrate is removed from the apparatus

через боковой патрубок 6 Больша часть раствора движетс внутри полых волокон, насыщаетс нефильтруемыми концентратами исходной смеси и в виде концентрата поступает через патрубок 5 в цилиндриче0 скую камеру 8through the side nozzle 6 Most of the solution moves inside the hollow fibers, is saturated with unfiltered concentrates of the initial mixture, and in the form of a concentrate flows through the nozzle 5 into the cylindrical chamber 8

При открытом вентиле 18 и закрытом вентиле 14 концентрат свободно проходит равномерным потоком через полость цилиндрической камеры 8 и поступает черезWhen the valve 18 is open and the valve 14 is closed, the concentrate freely flows in an even flow through the cavity of the cylindrical chamber 8 and flows through

5 трубопровод 17 в сборную емкость (не показана )5 pipeline 17 in the team capacity (not shown)

При заметном увеличении концентрационной пол ризации и гидравлического сопротивлени волокон закрываетс вен0 тиль 18 и открываетс вентиль 14 Под действием давлени концентрата преодолеваетс сопротивление заранее отрегулированной пружины 15 диафрагма 9 прогибаетс вверх, и клапан 12 отжимаетс With a noticeable increase in the concentration polarization and hydraulic resistance of the fibers, the ventilator 18 closes and the valve 14 opens. The pressure of the concentrate overcomes the resistance of the pre-adjusted spring 15 and the diaphragm 9 bends upward, and the valve 12 depresses

5 от выходного патрубка, а раствор поступает в трубопровод 13 В этот момент давление жидкости резко понижаетс и под действием пружины 15 клапан 12 вновь прижимаетс к выходному патрубку, перекрыва 5 from the outlet nozzle, and the solution enters the pipeline 13 At this moment the pressure of the liquid decreases sharply and under the action of the spring 15 the valve 12 is pressed again against the outlet nozzle, closing off

0 поступление жидкости в трубопровод 13 Таким образом, в цилиндрической камере 8 происходит периодическое открытие и закрытие клапана 12, что приводит к прерывистому (пульсационному) движению0 flow of fluid into the pipeline 13 Thus, in the cylindrical chamber 8, periodic opening and closing of the valve 12 occurs, which leads to an intermittent (pulsating) movement

5 раздел емого раствора в полых волокнах 1. При резком закрытии клапана 12 образуетс положительный гидравлический удар, и образующа с при этом ударна волна воздействует на полые волокна по всей их длине5 of the solution to be separated in hollow fibers 1. With the abrupt closure of the valve 12, a positive water hammer is generated, and the shock wave that forms at the same time acts on the hollow fibers along their entire length

0 и вызывает их встр хивание, что способствует отделению осадка от поверхности волокон . При резком открытии клапана 12 образуетс отрицательный гидравлический удар с резким понижением давлени , что0 and causes their shaking, which contributes to the separation of sediment from the surface of the fibers. With a sharp opening of the valve 12, a negative hydraulic shock is formed with a sharp decrease in pressure, which

5 приводит к быстрому увеличению скорости движени жидкости внутри волокон и способствует смыву и выносу осадка за пределы аппарата5 leads to a rapid increase in the rate of movement of fluid inside the fibers and contributes to the washing and removal of sediment outside the apparatus

Работа аппарата ё пульсационном ре0 жиме продолжаетс до максимально возможного уменьшени концентрационной пол ризации и гидравлического сопротивлени полых волокон После этого закрываетс вентиль 14 и открываетс вентиль 18, иThe operation of the pulsation mode continues until the maximum possible decrease in the concentration polarization and the hydraulic resistance of the hollow fibers. After that, the valve 14 is closed and the valve 18 is opened, and

5 работа аппарата осуществл етс в равномерном режиме до заметного увеличени концентрационной пол ризации и гидравлического сопротивлени .5, the apparatus is operated in a uniform mode until a noticeable increase in concentration polarization and flow resistance.

После нескольких циклов работы аппарата в пульсационном режиме и образовани на поверхности мембран (волокон) достаточно плотного осадка, который не может быть удален прерывистой фильтрацией, производитс промывка аппарата обратным потоком фильтрата. Дл этой цепи фильтрат промывным насосом (не показан) подаетс через патрубок 7 в межволоконное пространство, проходит через боковые стенки полых волокон 1, вымывает задержанный осадок и вместе с ним выходит чё- рез патрубок 5. Обратна промывка полых волокон также производитс в пульсацион г ном режиме при периодическом открытии и закрытии клапана 12. После завершени промывки и восстановлени фильтрующей способности мембранных волокнистых элементов 1 вновь производитс фильтраци исходного раствора в периодическом равномерном v, пульсационном режиме, / ;After several cycles of operation of the apparatus in the pulsating mode and the formation of a sufficiently dense sediment on the surface of the membranes (fibers), which cannot be removed by intermittent filtration, the apparatus is rinsed with a reverse flow of filtrate. For this circuit, the filtrate is rinsed by a washing pump (not shown) through pipe 7 into the interfiber space, passes through the side walls of the hollow fibers 1, washes away the delayed sediment and with it goes through pipe 5. Reverse washing of the hollow fibers is also performed in the pulsation mode, with periodic opening and closing of the valve 12. After completion of the washing and restoration of the filtration capacity of the membrane fiber elements 1, the initial solution is again filtered in a periodic uniform v, pulse active mode, /;

Пример. Испытанию подвергали разделительный аппарат типа АР-01 Не 150 полимерными полупроницаемыми волокнами диаметром 150 мкм и длиной 30 см.Example. A separation apparatus of the type AP-01He 150 was tested with polymer semi-permeable fibers with a diameter of 150 μm and a length of 30 cm.

На выходном патрубке дл вывода ко н- центрата была установлена вертикально расположенна цилиндрическа камера Ди- аметром 50 мм с упругой диафрагмой и подпружиненным клапаном, перекрывающим нижний патрубок. Цилиндрическа камера обеспечивала возможность как равномер- ной фильтрации и промывки при закрытом вентиле на нижнем патрубке, так и пульса- ционной промывки и фильтрации пр и закрытом вентиле на боковом патрубке. Частота закрыти и открыти клапана в этом случае в среднем составл ла 1,0-2,0 Гц.A vertically arranged cylindrical chamber with a diameter of 50 mm with an elastic diaphragm and a spring-loaded valve overlapping the lower nozzle was installed at the outlet nozzle for the output of the centering point. The cylindrical chamber provided the possibility of both uniform filtration and washing with the valve closed on the lower branch pipe, and pulsating washing and filtration of the valve and the valve closed on the side branch pipe. The frequency of closing and opening of the valve in this case was on average 1.0-2.0 Hz.

При проведении испытаний на аппарат подавалась предварительно очищенна от механических примесей сточна вода Ленинградского рыбообрабатывающего ком- When testing, the apparatus was supplied with wastewater from the Leningrad fish processing complex that was previously purified from mechanical impurities.

бината Пищевик, содержаща органические примеси, составл ющие по ХПК около 1000 мг 02/л. Фильтраци производилась как равномерна в тече ние всего фильтро- цикла (1 вариант), так и комбинированна - 30 мин равномерна и 5 мин пульсационна (II вариант).Binata Pishevik, containing organic impurities that make up about 1000 mg 02 / l COD. Filtration was carried out both uniformly throughout the entire filter cycle (option 1) and combined - 30 minutes uniform and 5 minutes pulsation (option II).

Некоторые усредненные результаты испытаний аппарата при указанных двух вариантах процесса фильтрации, а также равномерной и пульсационной промывке приведены в таблице.Some averaged results of the tests of the apparatus with these two variants of the filtration process, as well as uniform and pulsating washing are shown in the table.

Таким образом, результаты испытаний показывают/что предлагаемый мембранный аппарат на полых волокнах имеет более высокую производительность за счет увеличени длительности фильтроцикла и сокращени затрат фильтрата на промывку по сравнению с известным аппаратом, за счет пульсационной фильтрации и промывки, Thus, the test results show / that the proposed membrane apparatus on hollow fibers has a higher productivity due to an increase in the duration of the filter cycle and a reduction in the cost of leachate permeate compared with the known apparatus, due to pulsation filtration and washing,

Claims

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Membrane separator apparatus on helix fibers parallelly located inside a cylindrical body having connections for supplying the initial solution and washing liquid, and pipes for withdrawal of filtrate and concentrate, characterized in that in order to increase the productivity of the device due to the intensification of the cleaning process hollow vo-VIOKOH, the apparatus is additionally equipped with a cylindrical chamber with an outlet branch pipe installed on the outlet pipe of the concentrate, and the cylindrical chamber is divided into nother membrane through Ko toruyu skipped spring-loaded rod, the bottom of which is mounted a poppet valve disposed at the upstream end of the cylindrical chamber.

fv-1

L-4