Исследование процессов приводящих к изменению технологических параметров мембранных систем при их эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Хаханов, Сергей Александрович

• Хаханов, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хаханов, Сергей Александрович

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Баромембранные процессы. Обратный осмос.

1.2. Мембраны, мембранные аппараты и установки.

1.3. Изменение технологических параметров мембранных установок в процессе эксплуатации.

1.4. Загрязнение обратноосмотических аппаратов при эксплуатации.

1.5. Методы регенерации мембран.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование процессов приводящих к изменению технологических параметров мембранных систем при их эксплуатации»

Актуальность нроблемы. В настоящее время огромное внимание уделяется нолучению чистой пресной воды с целью ее использования как в промышленности, так и в быту.Одним из направлений решения этой проблемы является обратноосмотическое обессоливание. Однако, несмотря на то, что этот метод получил широкое применение нри обессоливанни вод с различной исходной концентрацией растворенных веществ, как и все мембранныеметоды разделения, он имеет существенный недостаток: большие канитальные и экснлуатационные затраты на подготовку воды, поступающей непосредственно на мембранный модуль. Поэтому снижение канитапьных и энергетических затрат при разработке тех1юлогической схемы водоподготовки, включающей обратпоосмотическос обессоливапие, и управлении режимами ее эксплуатации является актуальным.Цель работы: снизить капитальные и эксплуатационные затраты на обратноосмотическое обессоливапие, разработав технологическую схему, исключающую блок предварительной подготовки. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:- изучить процесс обратноосмотического обессоливания па загрязненной питаюп1ейводе с учетом гидродинамики потока в напорном канале мембранного элемента.- онределить режимы устойчивой работы мембранных систем на неподготовленнойводе.- внедрить и обеспечить стабильную длительпую эксплуатацию обратпоосмотических установок без систем предварительной подготовки воды.Научная новизна:1. Предложен повый подход к определению гидродипамических режимов в напорпомканале обратноосмотических рулонных элементов.2. Па основании экснериментальных данных и анализа литературы введен комбинированный параметр, нозволяющий определять технологический режим работымембранной системы в зависимости от состава воды, подаваемой па стадию обрагного осмоса.3. Разработан алгоритм эффективного управления обратноосмотическими установками без систем предварительной подготовки воды.Практическая значимость:- Разработана технологическая схема обратноосмотического обсссоливания безнрименения предварительной подготовки.- Определены режимы устойчивой работы систем, работающих на неподготовленной воде.- Исследования, проведснпые в процессе работы, легли в основу проектированияряда систем различной производительности (от 100 до 10000 л/час), которые внедрены и успешно эксплуатируются в течение более 5-ти лет.Апробация работы. Материалы диссертации представлялись в виде докладов на Международных конгрессах «Вода: экология и тех]1ология» ЭКВАТЕК - 2000 и ЭКВАТЕК2006 (Москва), Всероссийской конференции "Мембраны-2001" (Москва).

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Хаханов, Сергей Александрович

1. Изучен процесс обратноосмотического обессоливания на загрязненной питающей воде,

при этом:

- определены режимы устойчивой работы мембранных систем;

- предложен новый подход к определению гидродинамических режимов в напорном ка нале обратноосмотических рулонных элементов;

2. На основании экспериментальных данных и анализа литературы введен комбинирован ный нараметр, онределяющий качество воды, подаваемой на стадию обратного осмоса. 3. Разработан алгоритм эффективного управления обратноосмотическнми системами без

системы предварительной подготовки воды, позволяющий обеспечить их стабильную

длительную экснлуатацию. 4. Исследования, проведенные в процессе работы, легли в основу проектирования ряда сис тем различпой производительности (от 10 до 10000 л/час), которые впедрепы и успещпо

эксплуатирую гея в течение более 5-ти лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хаханов, Сергей Александрович, 2007 год

1. Карелин Ф.Н. Обессоливаиие воды обратным осмосом. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с.

2. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. - М.: Химия, 1986. - 272с.

3. В. Ericsson, В. Hallmans, Membrane applications in raw water treatment with and without reverse osmosis desalination // Desalination, V. 98, № 1-3,1994, pp. 3-16.

4. J.G. Jacangelo, R. R. Trussell, M. Watson, Role of membrane technology in drinking water treatment in the United States // Desalination, V. 113, № 2-3,1997, pp. 119-127.

5. H. Nasrat, T. V. Balakrishnan, Features of desalination plants in semi - areas // Desalination, V. 30, №1,1979, pp. 187-202.

6. T.A. Tweddle, W.L. Thayer, T. Matsuura, F.H. llsieh, S. Sourirajan, Specification of commercial reverse osmosis modules and predictability of their performance for water treatmentapplications //Desalination, V. 32, 1980, pp. 181-198.

7. W. J. Conlon, Pilot field test data for prototype ultra low pressure reverse osmosis elements // Desalination, V. 56,1985, pp. 203-226.

8. J. Scheneider, Ultrafiltration using polyaramide membranes — a new dimension in environmental technology // Membr. Tech., V. 1993, № 35,1993, pp. 6-7.

9. L. Raghuraman, Membrane material for brackish water application for utilities - an evaluation // Desalination, V. 91, № 2,1993, pp. 155-163.

10. H. S. Vrouwenvelder, J. A. M. van Paassen, H. С Folmer, Biofouling of membranes for drinking water production //Desalination, V. 118, № 1-3,1998, pp. 157-166.

11. Cassano, R. Molinari, M. Romano, E. Drioli, Treatment of aqueous effluents of the leather industry by membrane processes: A review //J. Membr. Sci., V. 181, № 1,2001, pp. 111-126.

12. T. Matsuura, Progress in membrane science and technology for seawater desalination — a review // Desalination, V. 134, № 1-3,2001, pp. 47-54.

13. Nicolaisen, Developments in membrane technology for water treatment // Desalination, V. 153, №1-3,2003, pp. 355-360.78

14. E.G. Darton, A.G. Turner, Operating experiences in water reverse osmosis plant. (1987-1990) // Desalination, V. 82, № 1-3,1991, pp. 31-49.

15. Головепков Ю.Н., Ефимов Ю.Н., Карелин Ф.Н. и др. Изучение работы плоских элементов гиперфильтрационных аппаратов. Тр. ии-та ВНИИ ВОДГЕО. - 1978.-Вын. 61.-с. 118-124.

16. Ясиинов А.А., Орлов А.К., Карелин Ф.Н. и др.. Обработка воды обратным осмосом и ультрафильтрацией, - М . : Стройиздат, 1978.-121 с.

17. Ахмедов М.А. Исследование и разработка аппаратов для опреснения подземньк вод гинерфильтрацией. Автореф. дисс.каид. техн. паук. - М. 1980. - 22е.

18. Устацовки малой производительности для очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод. Нод ред. Д.М. Минца и А. Шуберта. М.: Стройиздат, 1974г.

19. Агога, R.C. Maheshwari, S.K. Jain, А. Gupta, Use of membrane technology for potable water production // Desalination, V. 170, № 2,2004, pp. 105-112.

20. Into, A.S. Jonsson, G. Lengden, Reuse of industrial wastewater following treatment with reverse osmosis // J. Membr. Sci., V. 242, № 1-2,2004, pp. 21-25.

21. R. Ingham, High-capacity water-treatment system feeds industrial pure-water users // Membr. Tech., V. 2001, № 139,2001, pp. 10-12.

22. J. R. Humphries, M.S. Wood, Reverse osmosis environmental remediation. Development and demonstration pilot project //Desalination, V. 168, 2004, pp. 177-184.

23. Хвапг C.-T., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. Пер. с англ. Е.Н. Моргуновой и Ю.Н. Жилина / Нод ред. Ю.И. Дытиерского. М., Химия, 1981. - 464с.

24. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация.-М.: Химия, 1978. -351с.

25. Metren U., Ind. Eng. Chem. Fundament., 1963, v. 2,Ш\, p. 229-236.

26. Sherwood Т.К. e.a., Ind. Eng. Chem. Fundament., 1965, v. 4, № 1, p. 113-119.

27. Brian P.L.T. In: Desalination by Reverse Osmosis. U. Metren (ed.) M.I.T. Press, Cambridge, Mass., 1966, p i 66-202.79

28. Michaels A.S. Ultrafiltration: an adolescent technology.// Chem. TechnoL- 1981, X» 1, p.36-43.

29. Michaels A.S. Fifteen years of ultrafiltration: problems and future promises of an adolescent technology.// Ultrafiltration membranes and applications. - New York; London: Plenum Press,1980, p. 1-20.

30. Matthiasson E., Sivik B. Concentration polarization and fouling.// Desalination., 1980, v. 35, № 1/3, p, 59-103.

31. Hipcrfiltration concentration polarization in tubular systems with dynamically formed membranes./ A.J. Shor, K.A. Kraus, J.S. Johnson, W.T. Smith// Ibid. - 1968, v. 7, № 1, p. 44-48.

32. Дытисрский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. Часть 2. Массообменпые процессы и аппараты. М.: Химия. 1992. - 384 с.

33. Lonsdal Н.К. The growth of membrane technology// J. Membrane Sci. - 1982 -10, N 2/3. - P.81-181.

34. Matthiasson E., Sivik B. Concentration polarization and fouling.// Desalination., 1980, v. 35, № 1/3, p. 59-103.

35. Hiperfiltration concentration polarization in tubular systems with dynamically formed membranes./ A.J. Shor, K.A. Kraus, J.S. Johnson, W.T. Smith// Ibid. - 1968, v. 7, J^ g 1, p. 44-48.

36. Overview of concentration polarization in yltrafiltration./ S. Bruin, A. Kikkert, A. Weldring, J. Hiddink.// Desalination., 1980, v. 35, № 1/3, p. 223-242.

37. Lopez-Leiva M. Ultrafiltration at low degrees of concentration polarization: technical possibilities.// Ibid., p. 115 - 128.

38. Control of concentration polarization and fouling of membranes in medical, food and biotechnology./ H. Bauser, H. Chimiel, N. Stroh, E. Walitza// J. Membrane Sci., 1986, v. 27, .№2,p.l95-202.

39. Pott D.E., Ahlert R.C., Wang S.S. A critical review of reverse osmosis membranes.// 80Desalination., 1981, v. 36, № 3, p. 235-264.

40. Porter M.C. Seleccting of the right membrane.// Chem. Eng. Progr., 1975, v. 71, JVo 1, p. 55-60.

41. Tanny G.B. Dynamic membranes in ultrafiltration and reverse osmosis.// Separ. and Purif. Meth., 1978, v. 7,№ 2, p.183-220.

42. Цапюк E.A., Брык М.Т. Тонкопористая модель мембраны при описании ультрафильтрационного разделения.// Тез. докл. I Ресн. Конф. По мембранам и мембран.Технологии (Киев, 25-27 нояб. 1987г.) - Киев, 1987. -Т.2. -с.1-3.

43. Factors affecting flux in crossflow filtration./ R.J. Baker, A.G. Fane, C.J.D. Fele, B.H. Yoo// Desalination.- 1985. - 5 3 , N 1/3. - P . 81-93.

44. Fane A.G. Ultrafiltration of suspensions.// Ibid.- 1984.20, № 3. - P. 249-259.

45. McDonoch R.M., Feel C.J.D., Fane A.G. Surface charge and permeability in the yltrafiltration of non-floculating colloids.// Ibid.- P.285-294.

46. J.G. Wijmans, S. Nakao, J.W.A. Vander Berg et all. Ilydrodynamic resistance of concentration polarization boundary layers in ultrafiltration.// Ibid. - 1985. 22. - № 1 . - p. 117-135.

47. Porter M.E. Concentration polarization with membrane ultrafiltration.// Ind. and Eng. Chem. Fundam. - 1972. - 1 1 , .№3 - P . 234-248.

48. Green G., Belford G. Fouling of ultrafiltration membranes. Lateralm migration and particle trajectory model.// Desalination. - 1980. - 35, J^ol/3 - P. 129-147.

49. Do D.D. Eihassadi A.A. A theory of limiting fiux in a stirred batch cell.// J. Membrane Sci. - 1985.-25, №2.-P.I 13-132.

50. Головенко IO.H. Уменьшение толщины полунроницаемых мембран под действием давления.// Тр. ии-та ВНИИ ВОДГЕО - Вын.45. - М., 1974. - с.85-87.

51. Аким Э.Л., Перепечкин Л.П. Целлюлоза для ацетилирования и ацетаты целлюлозы. - М.: Леспая промышленность, 1971.-232 с.

52. Лонсдейл Х.К. Технологические процессы с применением мембран. - М.: Мир, 1976. - 370с.81

53. Glatcr I., McCray S. Changes in water and salt transport during hydrolysis of cellulose acetate reverse osmosis membranes.// Desalination.- 1983. V.46. -p.389-397.

54. MeKinney R. Reverse Osmosis Separation with Aromatic Polyamide Films and Hollow Fibers// Separ. And Purif Meth. - 1972.-V.1. -.№ 1. -p.31-115.

55. Seawater reverse osmosis: Preprint E-42313, Du Pont. - 1981.

56. Ridgway H.F., Justice C.A., Whittakek C. et al. Biofilm fouling of RO membranes - its nature and effect on treatment of water for reuse.// J. American Water Works Association. - 1984. - V.7 6 . - № 6.-pp. 94-102.

57. Glater I., Zachariah M.R., McCray S.B. et al. Reverse osmosis membrane sensitivity to ozone and halogen desinfectans.// Desalination.- 1983.- V.48. - p.1-16.

58. Charples A., Thomson I. Research and Development Progress Report. - US: Office of Saline Water; Washington. - № 329. -1967.

59. Patel K.G. et al. Operational Experience of Reverse Osmosis Plants at Wrigtsville Beach, NC// Desalination.- 1976.- v.l9. ->Го 1-3.-p.p. 381.

60. Bairinji R., Tanaka Т., Kurihara M. et al. Characteristics and operating history of Toray spiral- wound cellulose Acetate Membrane elements. // Desalination. -1983.- V.46. -p.p. 57-66.

61. Nielsen W.K. Exprence with desalination of sea and brackish water using minimum pretreatment and high temperature. // Desalination. - 1983.- V.46. -p.p. 57-66.

62. Larson R.E., Peterson R.J. Eriksson P.K. Test results on FT-30 eight-inch-diameter seawater and brackish water reverse osmosis elements. // Desalination. - 1983.- V. 46. - p.p. 81-90.

63. Carter J.W. et al Concentration Polarization in Reverse Osmosis Flow Systems under Laminar Conditions. Effect of Surface Roughness and Fouling. // Cemical Engeineering Science.- 1974.-V. 29.-p.p. 1651-1658.

64. Sheppard J.D., Thomas D.G. Increased Polarization Coused by Film Covering Hyperfiltration Membranes.//AlChe Journal. 1971.- V. 17.-Xo4.-p.p. 910-915.

65. Ташенев K.M. Технологическая оценка осветления природных вод перед подачей на 82обратнооемотические опреснительные установки: Автореферат дис. ... канд. тех. наук. -М., 1983.-22.

66. Ахмедов М.А. Исследование и разработка аппаратов для опреснения подземных вод гиперфильтрацией. Автореф. дисс.капд. техн. наук. - М . 1980. -22с.

67. Hung Ching-Chen, Tien Chi. Effect of Particle Deposition on Reduction of Water Flux in Reverse Osmosis.//Desalination.-1976.-V.I 8 . - № 1-3.-PP. 173-187.

68. Bowen B.D. et al Fine Particle Deposition in Laminar Flow through Parallel Plate and Cylindrical.- Proc. Of the 5^ '^ Int. Symp. On Fresh Water from the Sea. - 1976.- V.4. - PP. 375-390.

69. Sheppard J.D., Thomas D.G. Effect of High Axial Velocity on Performance off Cellulose Acetate Hyperfiltration Membranes// Desalination. - 1970. - V.8. - № 1-3. - PP. 1-12/

70. Sheppard J.D., Thomas D.G. Control of Concentration Polarization and Arrest of Fouling of Cellulose Acetate Hyperfiltration Membranes by High Axial Velosity.// Aplied Polimer Symp.-197O.-№ 13.-p.121.

71. Sheppard J.D., Thomas D.G. Membrane Fouling. Part IV. - Desalination. - 1972. - V.II. - № 1- 3.-PP.385-398.

72. Carter J.W., Hoyland G. The Build up of Rust Fouling Layer on Membranes in Reverse Osmosis Flow Systems and Its Calculation.- Proc. Of the 5' Int. Symp. On Fresh Water fromthe Sea. - 1976.- V.4. - PP. 21-29.

73. Sackinger C.T. Membrane replacement. - Permaser reverse osmosis desalination.// Desalination. - 1983.-V. 46 .-PP. 41-45.

74. Pohland H.W. Pretreatment requirement for seawater desalination by reverse osmosis: Preprint Du Pont Company «Seawater Reverse Osmosis». - E-42313. -1981.

75. MacGowan C.F., Ammons D., Mahon H. et al. Hollou Fiber Membrane Seawater Desalination.- Proc. Of the 5"" Int. Symp. On Fresh Water from the Sea. - 1976.- V.4. - PP.385-396.83

76. McCutchan I.W., Zohnson Z.S. Reverse Osmosis at Coalinga, California// Z. AWWA. - 1970. -V. 6 2 . - № 6 .

77. Goel V., McCutchan I.W. Colorado River Desalting by Reverse Osmosis: Proc. Of the 5"" Int. Symp. OnFresh Water from the Sea.- 1976.-V.4.-PP. 315-324.

78. Takahashi S., Ebara K. Scale Prevention on a Reverse Osmosis Memrane For Water Theatment: Proe. Of the 6* Int. Symp. On Fresh Water from the Sea. - 1978.- V.3. - PP. 261-268.

79. Ilamer E.A.G., Kalish R.L. Reverse Osmosis Membrane Regenaration.- US. Office of Saline Water, RDPR .№471. - Washington, 1969.

80. Schultz I., Riedinger A., McCraken H. Brackish Well Water Reverse Osmosis Test at Midland, Fort Stockton and Kermit, Texas: Us, OSW, Depart. Of the Interier, RDPR. -Я» 237. - 1967.

81. Пат. № 3940336 США, кл. 210-81.

82. Пат. №57-190605 Японни, кл. BOldl3/00.

83. Пат. №52-58078 Японии, кл. 13(7) Д41.

84. Пат. №55-37288 Японии, кл. BOldl3/00.

85. Marten U., Bray D.T. Advances in Water Pollution Reseach. - V. 3. - Water Potlution Cotnrol Federation, 1966.-P.315.

86. Пат. №56-25164 Янонии, кл. BOldl3/00.

87. CSM Reverse osmosis membrane, Saehan Industries, 181 p.

88. Matsumura T. Consideration of filtration mechanism in pretreatment process of sea water desalination by reverse osmosis//Desalination. - 1980. V. 32 .-№ 1-3.-PP. 93-101.

89. Beaeh W.A., Epstein A.C. Summary of Pretreatment Teehnology for Membranes Processes// Industrial Water Engineering. - 1975, Aug. / Sept. - PP. 13-17.

90. Brunei 1 M.T. Colloidal fouling of reverse osmosis membranes // Desalination. - 1980. - V.32. - №1-3.-PP. 127-135.

91. Марквард К. Коллоидный индекс как дополнительный параметр для онределения содержания неиопогенных веществ в воде. // Химия и технология воды. - 1982. - Т.4. - №844 . - с . 326-328.

92. Quinn Т. Design and operation of 800 000 GPD reverse osmosis seawater system.// Desalination. - 1980. - V. 32. - № 1-3. - P. 179.

93. Спиридонои В.П., Лопаткин А.А. Математическая обработка физико-химических данных, М.: Изд. Мое. Ун., 1970,221 с.85