Физико-химические основы мембранного фильтрования и оценки загрязняющей способности дисперсных систем тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи

МИКЕРОВА ИРИНА МЕРКУРЬЕВНА

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕМБРАННОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

(Специальность 02.00.04 — Физическая химия)

(Специальность 02.00.11 — Коллоидная и

мембранная химия) ^

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва — 1990 *

Работа выполнена на кафедрах физической химии и коллоидной химии Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института им. Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — доктор химических наук, профессор Ю. Г. Фролов.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор В.1 М. Старое; кандидат технических наук, доцент Н. С. Орлов.

Ведущее предприятие — Всесоюзный научно-исследовательский институт химических реактивов и особо чистых химических веществ (ВНИИ ИРЕА);.

Защита диссертации состоится

1990 г. на заседании специализированного совета Д 053.34.04 при Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева (125190,

Москва, А-190, Миусская пл., дом 9) в ауд.

Ж

Л.

час.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан _ ^^ 1990 г.

Ученый секретарь ~

специализированного совета . доцент

А.Ф.КРИВОЩЕПОВ

в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Широкое внедрение мембранной технологии ооусловливает необходимость оценки подаваемой на разделение суспензии с точки зрения ее загрязняющей способности по отношений к разделяемой мембране, т.к. образующийся на поверхности мембраны осадок может настолько существенно ухудшить технико-экономические показатели процесса, что все преимущества мембранного разделения будут сведены на нет. Анализ научно-технической литературы показал, что параметры фильтруемости, широко применяемые для контроля загрязняющей способности дисперсной системы.носят,в основном, эмпирический характер и используются в относительно узком диапазоне изменений содержания взвешенных и коллоидных частиц.В литературе отсутствуют данные о границах их применения для контроля загрязняющей способности такой дисперсной системы как питьевая вода.используемая для получения деионизованной воды.Применяемые в настоящее время теоретически обоснованные -параметры фильтруемости выведены для механизма фильтрования, обусловленного образованием осадка на внешней поверхности мембраны. Ввиду относительной сложности методики их определения они не нашли широкого применения для оценки загрязняющей способности суспензии в процессе ее предварительной подготовки.

Из литературы по кинетике фильтрования водных суспензий различного качественного и количественного состава следует, чго процесс фильтрования может протекать согласно другим механизмам или в несколько стадий. Поэтому актуальную научную и практическую задачу представляет собой разработка теоретически обоснованных параметров фильтруемости, позволяющих контролировать .загрязняющую способность дисперсной системы в зависимости от механизма фильтрования, реализуемого при ее разделении,что,в свою очередь,облегчит задачу выбора оптимальной технологической схемы предварительного осветления суспензии,подаваемой на мембранное разделение.

Разработка надежных параметров фильтруемости требует математического описания сложного процесса фильтрования, включающего ряд последовательных или параллельных стадий.В литературе рассмотрены закономерности лишь конкретных сложных процессов.Отсутствует единый подход к описанию кинетики любого сложного процесса фильтрования, позволяющий рассматривать весь процесБ в совокупности про~ хояшения стадий. Нет надежных факторов,позволяющих прогнозировать протекание процесса фильтрования в зависимости от условий,матери-

ала и размера пор мембраны, природа дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Возрастание интереса исследователей к закономерностям процесса мембранного фильтрования связано таете с использованием динамических мембран,которые имеют ряд преимуществ перед пленочными.Одно из них - возможность изменения свойств динамической мембраны б зависимости от условий ее формирования и эксплуатацн.Общая задача теоретического исследования формирования осадка взвешенных и коллоидных частиц имеет чрезвычайно важное значение для целого ряда отраслей коллоидной химии и технологии.

В связи с вышеизложенным систематическое изучение кинетики мембранного фильтрования является актуальным как в практическом плане, так и в плане развития теоретических представлений о механизме процесса фильтрования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в исследовании и установлении закономерностей сложного процесса мембранного фильтрования, а также в разработке теоретически обоснованных параметров фильтруемости для оценки загрязняющей способности дисперсных систем.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

-изучение кинетики мембранного фильтрования питьевой и осветленной вод;

-определение границ использования коллоидного индекса для контроля степени осветления питьевой воды в процессе предварительной очистки;

-теоретический анализ закономерностей фильтрования суспензий через пористую перегородку; -разработка единой методики определения механизма и параметров процесса фильтрования;

-разработка теоретически обоснованных параметров фильтруемости в качестве характеристик загрязняющей способности дисперсных систем для различных видов фильтрования; -разработка методик определения параметров фильтруемости.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем:

На основе теоретического анализа существующих закономерностей разработана формальная кинетика мембранного фильтрования. Предло-кены две модификации основного уравнения фильтрования. Показано, что фильтрование - многостадийный процесс, при котором продолжительность каждой стадии определяется величиной константы фильтрования.Установлена зависимость константы фильтрования от условий

проведения процесса.Разработаны методы определения порядка,постоянных и констант фильтрования.Введено строгое и теоретически обоснованное понятие загрязняющей способности дисперсной системы по отношению к данной мембране при данных условиях. Введено понятие энергии активации фильтрования, разработаны теоретически обосно-ваннованные параметры фильтруемости 5М,0§М и LK .позволяющие контролировать загрязняющую способность дисперсной системы в широком диапазоне значений концентраций дисперсной фазы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в том, что полученные в результате проведенных исследований закономерности позволяют расширить представления о механизме протекания мембранных методов разделения смесей и надежнее систематизировать данные по кинетике процесса. Полученные закономерности полезны.для более глубокого понимания механизма формирования осадков на поверхности мембраны, что позволит целенаправленно изменять механизм осадкообразования в зависимости от условий процесса. Разработанные параметры фильт-. руемости в качестве характеристик количественной оценки степени осветления суспензии,могут быть использозаны как при выборе оптимального технологического процесса предварительной подготовки,'так и для прогнозирования интенсивности снижения производительности мембранных аппаратов в процессе эксплуатации. Разработанный метод определения модифицированного индекса загрязненности, параметра $ и удельного сопротивления осадка позволяет упростить процедуру их измерения и расчета. Определены границы использования коллоидного индекс для контроля загрязняющей способности питьевой воды.Разработанная принципиальная схема прибора позволяет не только оптимизировать процедуру анализа загрязняющей способности дисперсной системы в процессе предварительной очистки, но и упростить jipoix?» дуру исследований зависимости кинетических свойств дисперс^'-' систем от условий проведения процесса фильтрования.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы докладывались на отраслевой научно-технической конференции "Микроклимат-85" ' (Вильнюс, 1985'.)'; на семинаре 1 Всесоюзной школы по проблеме чистых производственных помещений (Москва,1989.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения и результаты опубликованы в 8 печатных работах.

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.Диссертация состоит из введения, четырех ;лав,общих выводов,списка литературы из 70 названий и приложения. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста,содержит 21 рисунок,6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОГы.

Во введении приведено обоснование выбора темы диссертационной работы,дана краткая характеристика работы, сформулированы положения диссертации,подлежащие защите.

ПЕРВАЯ ГЛАВА представляет собой литературный обзор, в котором изложено современное состояние изучаемого вопроса.

Опыт эксплуатации мембранных аппаратов показал,что поверхность полупроницаемых мембран подвержена четырем видам загрязнений: взвешенными веществами, коллоидными частицами,микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности,осадками малорастворимых веществ. Каждый из видов загрязнений может быть доминирующим в конкретных условиях и конечном счете приводит к ухудшению технико-экономических показателей процесса мембранного опреснения. Поэтому в зависимости от материала мембраны , а также от конструкции мембранного аппарата требуется та или иная предварительная очистка воды от загрязняющих примесей.

Такие показатели качества воды как мутность, прозрачность, содержание взвешенных веществ,окисляемость,используемые для контроля степени осветления воды,дают лино косвенную информацию относительно загрязняющей способности очищаемой водной суспензии.

В связи с этим зарубежные исследователи разработали специальные методы оценки загрязняющей способности дисперсной системы.Б основу этих методов положено моделирован!-? процесса осадкообразования с'использованием микрофильтрации.

Это такие параметры фильтруемооти, как "фактор закупоривания", "индекс плотности осадка" или "коллоидный индекс","время мембранного фильтрования","метод цветового стандарта", "модифицированный индекс загрязненности".

Все эти методы относятся к кинетическим методам анализа дисперсных систем. Сущность этих методов заключается в фильтровании исследуемой водной суспензии под давлением 210 или 70 кПа через мембранный фильтр фирмы "Миллипор" с размером пор 0,45 мкм и определении интенсивности снижения скорости фильтрования или за выбранное' время,или при фильтровании заранее установленного объема.

Практически все параметры фильтруемооти косят эмпирический характер, и лишь один ("модифицированный индекс загрязненности") имеет теоретическое обоснование.Он выведен, исходя из представлений о том, что обратноосмотаческое обессоливание воды при загрязнении поверхности мембран осадками взвешенных и коллоидных частиц

по принятой классификации уояно отнести к процессу фильтрования через пористую перегородку с образованием на ней осадка.Однако, ввиду относительной трудоемкости определения он используется, в основном,для прогнозирования снижения .производительности обратно-осмотических мембран и не нашел широкого применения для контроля степени осветления воды перед обратноосмотическим опреснение«.

Для этих целей в зарубежной практике широко использует показатель "коллоидный индекс".Однако, при относительно мутной воде сн стремится к пределу п не зависит от содержания взвешенных и коллоидных частиц.

На основании проведенного лигобзор» сделай вывод,что в настоящее время параметры фильтруемости коподьзует лишь в качестве показателей степени осветления воды непосредственно перед обратно-осмотическим опреснением,« они не наили широкого применения для контроля степени осветления водь: в процессе предварительной очистки.

В обзора рассмотрела сущесгвууящг закономерности прибег, фильтрования через пористу» перегородку, методы опредэлбиия мох.ч-низма и постоянных фильтроьани:'.Сделан ^аэод об отсутствии единого подхода к описанию кинетики сложного процесса ^атрсишизя.т-зволтацего рассматривать весь процесс в совокуяксоти проход; лш стадий.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведено описание установки по^у '-гения дйпоии-зогашюй воды,не которой проводили исследования.Установка ».-сличала с?раткоосмотические модой типа "Пермг.сен" В-9 0840 фирмы "Дюп'ои", требующие очистки гк-давсгмой предварительно умягченной воды до коллоидного индекса ыж- б.Предварительную очистку ьровп-дили с помощ'-ю граьин.чых и намывных фильтров,использующих в качестве намывного слоя перлитовый порояок по ТУ 21-32-44-82.

При проведении -экспериментальных исследований исколь&овал« физико-химические (кинетические и оптические) истоды аьалкэд.а так-чс методы аналитической химии. Кинетические свойстгэ водных суспензий исследовала 'с помощью мембранной фюьтрацяи. Оптические сисйстна литьевой и осьетленвой зод исследовали методом н^еломе-три;». Для язкгренин коллоидного индекса йск^ливовал-! автоматический прко'ор с точностью измерений 0,1 .Определение муг^сги з ед-!-ипцпх фориячинп (1Е/¥) проводили т нутвомере-фжше'гр« ¡<1Р ~3 точность» намерения 0,01 ТЕ/Г.Описаны методика определения коллоидного индексе и методика определения мутаотм в едг.якцах зина,

В TFETbEll ГЛАВЕ изложена формальная кинетика мембранного фильтрования.

Анали i экспериментальных данных по кинетике мембранного фильтрования позволяет предположить, что этот процесс является многостадийным, кинетика которого может быть представлена в виде обще!! зависимости

d9 (1)

где £ - объем фильтрата с единицы поверхности фильтра; R -общее сопротизлекие; 4 - пос -оянная фильтрования; 6 - параметр, принимающий значение от 0 до 2.

На основании теоретического анализа существующих закономерностей можно представить основное уравнение фильтрования в виде зависимости изменения скорости (замедления) от скорости,возведенной в степень.Показатель степени будем называть порядком фильтрования по аналогии с порядком реакции в химической кинетике.

а7/ _ 2 /

" cPF (2)

где // -скорость фильтрования или объемный поток фильтрата с единицы поверхности фильтра; -постоянная фильтрования,размерность которой зависит от порядка фильтрования; п -порядок фильтрования; £* - продолжительность фильтрования.

Более удобно использовать вместо скорости фильтрования относительную скорость В ,так как в этом случае исключается влияние природы мембраны. '■

с/8 .. i' .pn■

e-iv/к (4)

гдз О - относительная скорость фильтрования; f\n -константе фильтрования, имеющая размерность, обратную единицам времени;/^ и//-начальная и текущие скорости фильтрования.

Поскольку яри любой Фильтровании,как правило, зависимость или &(Чг) (ркс. 1) явл^тсч плавкой кривой,указывающей на постепенное- уменьшение скорослч фильтрования с изменяющимся (уме (»дающийся) замедлением 'т.е. производной -c(9/dhr) .можно предположить, что изменяется и «е::аш;*м фильтрования.

Одновременно сядйвьну«-- уча-тки этой кривой можно пргдстаькп. аналитически уравнением (3) со своими еначгккяри константы Фильтрования и показателя степени Я .

Очевидно, константа фильтрования на каждом участке, опеча^л определенному механизму фильтрования будет иметь свое значение от нуля и выше.Также очевидно,что характер изменения Кл и показателе степени /2 оудет бол^е значительна при переходе от классической фильтрации к,например,?,:«1кро-,ультрафильтрации и обратному осмосу.

Особое значение приобретает константа фильтрования при Т -*■ О, когда М05НО принять нулевой порядок фильтрования (л = 03,т.е. принять линейной зависимость д =-/(?г) . В этом случае

Ко - К п. I с ■)

Коаст&ата К? определяется отрицательны;-! тангенсом угла наклона касательной,проведенной к кривой &=/(Т) в точке ее пересечения с ось» ординат (рас.О. Эта константа строго характеризует загрязнящр способна ль дисперсной системы га данной мембране при.данных условиях.

Загрязняющую способность можно определить к координатах основного уравнения фильтровак:';! (3) в логарифмической фоуяде (р;ч:.£), поскольку

При Т —' О В стремится ¡с единице,а бг& к нулю. Таким отразим, кривая при ее экстраполяции к ¿п& «0 отсекает на оси ординат отрезок,равный значению (я Ко -.Для наглядности удоблее пользоваться координатам!: -¿п(-с!Э№сг) .

При загрязняющей способности равной нулю (Кс -0).имеем дело с прохождением через мембрану чистой дисперсионно;'! среды или .люте-ми,свободно проходяще:'! через нее.Из соотношения (3) следует,что в этом случае скорость фильтрования постоянна,не загноит от времен» и определяется законом Дарен.

При наличии загрязг.-?н«Й константа К0 приобретает определенное значение,возраставшее, как уожмо наказать, с увелччеадем объемной концентрации загрязнении (дисперсной фазы).

/ .0 Т/ -12—1--

К —л

ло I . (5)

.'дс Хд - сж-и дисперсией фазы ла единицу сбьенс. дасперупошра среды; Р -да^с-кае фильтрования; £ ■ вязкоеть диоц,;р,:нс".шой средн.

Длл иоделкр-"папця хйкнко-тсх-юлогичосшс игюк-ссиь иолеайо мести наши« ыг.» простого фильтрования.В к;::>:г.1.л« . ;:ц г

формально простым процессам фильтрования будем относить любые сложные процессы, для которых кинетическое уравнение в требуемом интервале замедлений может быть получено на опыте приближенно в видг степенной зависимости с относительно постоянными значениями констант и порядка фкльтрозания, причем последний может быть кек целым,так и .дробным числом.

Разделив переменные в уравнениях (2) и (3) и проинтегрировав б пределах отА-д до/-/(или ст 1 до9 ) и от 0 до Г .получим формула для различных механизмов фильтрования.

Прчл:? г- (9)

При п /1 / г/:У \пч / 1 \пЧ1 - /

пГ-7[(~ У " (Ю)

И-ЫШ"- ' .и,-

Константа и постоянная фильтрования связаны меиду собой гави-симостью

//7-У

(12)

Для известных четырех видов фильтрования порядок фильтромгая соответственно равен:

/г =1 для фильтрозанйя с полной закупоркой пор;

Л «1,5;для фильтрозання с образованием осадка внутри поры;

П. =2 для промежуточного вида фильтрования;

П =3 для фильтрования с образованием осадка ка внешней поверхности фильтра.

При такой трактовке процесса фм'ьтротнм можно ■ говорить л о температурной.зависимости константы фильтрования, которая дол^из выражаться уравнением,аналогичным уравнению Аррениусз

К-Ае (5 ?)

где А о- предэкспоштнъпьмЯ множитель: Ер - энергня агткмс"«* фильтрования.

Поскольку VI ,то при прочих равных условиях

0 (14)

т.е. энергия ахтисацки ф'.ш.троваввя, по-видимому,близко ячпг-мг:;.?-ел1, в том числе и но т.1 ■■'.■;!•:.иному значению энергию актпыщи* ья"::;-го течения.

Скорость фильтрования мокзо определить двумя способами согласно схемам рис.3. Используя схему,изображенную на рис.Сб. скорость фильтрования определяют непосредственно по показаниям расходомр-рз./1ля определения средней скорости (схема За)необходимо измерять либо время фильтрования одного и того же объема,либо объем, профильтрованный за одно и тоже время. Измерение скорости следует проводить через определенные интервалы времени,допустим 0,5 для 1

mui!.

Построив график зависимости скорости от временя в координатах iV(T) или В(t) , можно по тангенсу угла наклона касательной я кривей в точке с координатами (l-/¿ \ f¿ ) или {-0¿ ; t¿ ) определить значение замедления idb//dt ) или (d9/dtr ).

Методы определения порядка, постоянных и констант фильтрования можно разделить на интегральные и дифференциальные.

Согласно дифференциальному методу для двух значений скорости па кинетической кривойdtf/dt =4*>consi можно записать

Ого система уравнений с двумя неизвестными.

■ <т .

Для более точных расчетов строят график в координатах f^) ~Ünlif и по тангенсу угла наклона прямой определяют порядок фильтрования,Если в процессе фильтрования порядок фильтрования изменяется , то заmcwtooTbSíf-^) -//5$^будет криволинейной. Постояннув

фильтрования можно определить по величине отрезка,отсекаемого карательной на оси ординат. i

Аналогичные расчеты и построения делают при определении порядка и ко!1с7чнтн фильтрования согласно уравнения (3).

Но рис.4 представлены результаты, полученные при фильтровании m!Tt>''3o¡i воды при температуре 15"С и давлении 0,1 МЛа через мембрану фирмы "Миллипор" размером пор 0,45 мкм. Из рисунка видно,что шгтдем фильтрования проходят последовятельи* несколько стадий.

В foOcre показано,что дифференциальны;" метод определения коно-пчт и механизма фильтрования можво применять для описания кине-iHMi фильтрования через мембраны различны-' тшк-r (от шлама до об-;■■'< i !!С"ом'>т1пеок:!Х;.

¡¡итогрэльный метод определения постоянен/, >;м1.-.тэнг и порядка

lu

-ôif-c/e/c/t)

•6iK

-ûka

/

0

Fiic.1 .Общий вид зависимости

/

л -о

-&6

Рис.2.Общий вид зависимости в логарифмической

форме.

2 г^

5

ï

О. 6

П'

Jîl '

h^td i

-âiH&/dr)

6

2 -inG

Ркс.З.ОхсяЛ! нпизрсиля скорость фйль- /, т.юагшиа: 1- подача фмкьтруеноЯ езд-г о гости при иосгояшюм дййт.'ии :2-мем-

opjiiiir.:ii фильтр ; релходовс!; кран; 4- Рнс. 4. Кинетика фильтрования

•noit фмлыри?д:С измерительная еы- питьевой воды через мекбрвЧ

iw» ь ;6-расход:««;;•. ну MF S при 15°С и ОД

фильтрования состоит в подборе кинетического уравнения, давшего прямую линии в соответствующих координатах: при /ъ =1

или -Ъб при ¡1 ¿1 / / хП-1 / 1 \ft~1

Ш ^ или Ш -Г Тангенс угла наклона прямой в соответствующих координатах будет равен постоянной или константе фильтрования,умноженной на соответствующий коэффициент,равный (/г -1).

Если известен порядок фильтрования,то для определения постоя»-' них и констант фильтрования можно воспользоваться .экспресс-методом. Для этого определяем средние скорости фильтрования через определенный промежуток времени Г (время испытания).Измерение, начинаем проводить через 2 мин с момента подачи фильтруемой суспензии для установления требуемого давления фильтрования.Формулы для определения (или/О будут иметь вид

тйЛ4. с»,

ь-ЫШ'-о/т . (Я)

гле ^ и 4 - время фильтрования объемов V/ и через 2 мин после начала фильтрования и спустя время испытания Т,соответственно.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена параметрам фильтруемости используемым в качестве характеристик загрязняющей способности дисперсной системы.

В ней дэнэ сравнительная оценка мутности и коллоидного индекса, кэк характеристик загрязняющей способности п»ть?роЯ воды разной степени осветления, приведены -данные исследований, полученные с цель» определения областей их использования в технологии предварительной подготовки веды перед обратноосмотическим опреснением. Предложен графический метод определения коллоидного индекса.

Результат» проведенных исследований позволяют заключить, что яогазат«ль коллоидный индекс дает более реальную картину загряз-нящ-гй способности воды, идущей на обратнсосмотическое сбессолива-ике. Одного, он могет быть полезен лишь для контроля за работой л*'Ой cxcr.ni пр'ушлрктельясй очистки воды, сиигэкдой мутность ниже

о,;< те;'?'.

Пред:!ож-?и метод определения модифицированного индекса загрязн-

явности,параметра фильтруемости 5 V: удельного сопротивления осадка. Ой основан на тон, что эта показатели введены для третьего порядка фильтрования.Согласно интегральному методу определения ю-юяиных фильтрования строят график в координатах (^^^Т и по тангенсу угла наклона определяют МП , 5 и Гт .Формула для расчета МРТ по двум точкам имеет вид

- 0+т «,,

где Ту \\Тг -время,прошедиее с момента подачи фильтруемой воды до ио;.(зпга измерения скоростей фильтрования и соответственно; Т - время испытания; О - объемная скорость фильтрования. . 'Модифицированный индекс загрязненности и параметр Ф связаны собой зависимостью

■ (22)

, I

где 8 -пкоцадь поверхнсстг фильтрования; /'-давление фильтроэяняя.

Если известна концентрация взвешенных и коллоидных частиц, то выражение дяд расчета удельного сопротивления осадка будет иыеть вид. ф

■ ■ '»'Т* (23)

В качеств характеристик амгрязняющзН способности дисперсной систеш ними лрздложк'м пара;.-2тра фильтруемости: фактор мутности, относительный фактор иутяеет« и параметр .Они следуют из экспресс-метода определения постоянных о констант фильтрования согласно уравнениям* 18,19,20) .Если в процессе азыергния средней скорости фяльтрораная эремл испытания Т и объем фильтрата фиксированы, то их моете внести в постоянную или константу фильтрования.Тогда шяучаи соответствующие параметры фильтруемости по объему-1Му,0йй„й /.л^.Д'1я соответствующих порядков фильтрования они будут р31Ж1 ^ '

(24)

Если фиксируем время испытания 7* и время фильтрования / объема V,то получим соответствующие параметры фильтруемости по времени .

(Я)

/т (31) .

В процессе измерения должны оставаться постоянными давление, площадь поверхности фкльтроЕания,размер пор мембранного фильтра, температура.

Для получения сопоставимых результатов следует такие сохранять постоянство времени испытания Т и объема фильтрата V (или времени фильтрования Ь ).

В литературе определение параметров фильтруемости водных суспензий проводят,в основном,при давлении О,21МПа,температуре 20*0, плоиади поверхности фильтрования 1350 мм2 (мембрана диаметром 47 мм) через мембрану фирмы "Мнллипор" с размером, пор 0,45 мкм. При определении параметров 01М и 1К площадь поверхности фильтра не имеет существенного значения, так как они связаны с относительной скоростью фильтрования.

В таблице 1 приведены значения 1*К .полученные при фильтровании питьевой водм при температуре 15 С,давлении 0,1МПа через мембрану фирмы "Миллипор" размером пор 0,45мкм.Каждую минуту измеряли объем фильтрата,полученный за 30 сек.В качестве V/ взят объем фильтрата, измеренный через две минуты после начала фильтрования.

Таблица 1 .Зависимость значений ¿А^ от преме/ш'испытания.

Г,мин 1 2 3 4 5 6

¿/^//..мин*' 35,48 34,72 31,84 29,85 28,92 24,84 22,74

Если качественный и фракционный состав дисперсной фазы в определенном диапазоне значений концентраций остается постоянным,то с п->моям> параметров фильтруемости можно контролировать величину концентр; одго , так как в этом случае

ФИ-В-С , (32)

где 'И - фактор мутности;С - концентрация дисперсной фазы;б-коэф-

фщвент пропорциональности,зависящий от природы осадка, дисперсионной, среды и условий проведения процесса фильтрования.

. В таблице 2 приведены значения питьевой воды разной ст лени осветления, полученные, при фильтровании через-мембрану ф,:рмы "Миллилзр" размером пор 0,45мкм,площадью поверхности 1350 мм5 при давлении 0,21 МПа и температуре 10°С. Измеряли время фильтрования 100мл через 2 и 5 мин (if и 4 соответственно) после начала подачи фильтруемой зоды. Значения 'приведены к температуре 20°С. Таблица 2.Влияние качества питьевой воды на $Му .

Содержание взвеш. и ¿/гс t£,c Шу ,с£

коллоидн.частиц,ыг/л

0,38 54 114 7726

0,44 95 148 9871

0,62 129 192 15500

0,85 145 224 22343

В разделе описана принципиальная схема прибора,дающего возможность одновременного контроля степени осветления воды из нескольких точек отбора.

вывода

. 1.Исследованы закономерности сложного процесса мембранного разделения смесей на примере фильтрования водных суспензий различного качественного и количественного состава через пористую перегородку . 1

2.Основываясь на теоретической и практической целесообразности, предложено рассматривать в качестве основного уравнения фильтрования зависимость скорости фильтрования от времени в виде уравнений (2) вд'й (3). Разработаны методы определения порядка, постоянных и констант фильтрования.

3.Предлоаено описывать кинетику процесса мембранного фильтрования как последовательный переход от одного механизма к другому со своими (в общем случае возрастающими) значениями константы фильтрования и показателя степени Л. - порядка фильтрования.

4.Введено строгое к теоретически обоснованное понятие загрязняющей способности дисперсных систем по отношению к данной мембра-

не при данных условиях. Разработан метод определения загрязнап-щгй способности дисперсной системы. 5.Разработаны теоретически обоснованные параметры фчльтруемооти для любого порядка фильтрования : fW.OîM и LK «позволяющие проводить экспресс-анализ степени осветления воды не только перед обрэтноосмотичэскии обессолисаннем, но и в процессе предварительной очистки. Данные параметры могут быть использованы для. выбора оптимальной технологической схемы осветления воды,.а также для прогнозирования снижения производительности обрптиоосмо-тических мембран в процессе эксплуатации. Предложена методика определения модифицированного индекса загрязненности, параметра $ и удельного сопротивления осадка. 6.Определены границы использования коллоидного индекса для оценки степени осветления питьевой воды.Показано,что он может быть полезен лишь для контроля за работой оборудования,снижающего мутность воды ниже 0,3 TE/F. 7предложена принципиальная схема прибора контроля степени осветления воды в процессе предварительной очистки. Прибор позволяет проводить одновременный контроль из нескольких течек отбора.Он может быть использован для проведения исследований по влияния условий фильтрования на параметры процесса. В.Практическая ценность полученных закономерностей,как показано в работе,состоит в возможности расширить представления о метен«?. -ме протекания мембранных процессов разделения смесей и надежнее систематизировать данные по их кинетике. Они также полезны для более глубокого понимания механизма формирования осадков на'поверхности мембраны,что позволяет целенаправленно изменять механизм осадкообразования в зависимости от условий процесса.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1.Фролов Й.Г.«Микерова U.M. Душкарева Н.Е. Предварительная подготовка питьевой воды для установок обратного осмоса в технологии получения деионизованнои воды.-М.,1989.-île.-Деп. в ВИНИТИ 13.03. 09,У! 1597-89 Деп.

2.Фролов 1).Г. .Микерова И.М, Коллоидный индекс. Методы измерения и расчета,графический метод определения.Зависимость от,концентрации взвезенных и коллоидных частиц в воде.-М.,1989.-10с.-Деп.в ВИНИТИ 1} .07.89,^4541-89 Деп.

3.Фролов Р.Г.«Микерова И.М. Факторы мутности. Методы измерения п

расчета.-М., 1989.-17с.-Деп.в ВИНИТИ 11.07.89^4540-89 Деп.

4.Фролов Ю.Г..Микерова ИД).Сравнительная оценка мутности и коллоидного индекса как параметров контроля степени осветления воды перед обратноосмотическим опреснением//Химия и технология воды,-1530. -12 ,-№4. -С. 322-325.

5.Фролов Ю.Г..Микерова И.М. Фактор мутности ФМ в качестве характеристики суммарного содержания взвешенных и коллоидных частиц в воде//Химия и технология воды.-1990.-12,Я'-1 .-С.55-57.

6.Фролов Ю.Г..Микерова И.М. Метод определения модифицированного индекса ;загрязненности//Химия и технология воды.-1990.-12,л* 3.-С. 232-236.

7.Фролов Ю.Г..Микерова И.М. формальная кинетика мембранного фильтрования. -М. ,1990.-18с.-Деп.в ВИНИТИ -13.06 .'90/ 3393-90 Деп.

8.Фролов Ю.Г..Микерова И.М. Фильтрование как метод реологических исследований.-И. ,1990.-8с.-Деп.в ВИНИТИ 13.06.90/- 3394-90 Деп.