Расчет мембранного модуля

 

Система доочистки сточной воды состоит из аэротенка и мембранного модуля. Она сочетает в себе биологическую обработку активным илом с мембранной фильтрацией.  Обрабатываемые сточные воды поступают в аэротенк (рис.9). Находящаяся в аэротенке иловая смесь циркулирует через мембранный модуль. Мембраны служат для повышения концентрации активного ила в аэротенке и глубокой очистки обрабатываемых сточных вод. Аэротенк в системе работает с высокой концентрацией активного ила. Аэрирование осуществляется сжатым воздухом с помощью аэрационных систем (воздуходувок). В зависимости от требуемой производительности мембранные модули объединяются в мембранный блок. Число мембранных модулей в блоке может быть увеличено при возникновении необходимости повышения производительности системы. Применяемое в системах МБР касательное фильтрование иловой смеси предотвращает ее забивание, т. е. накопление на ней отложений (бактерий) [23]. Такое движение иловой смеси обеспечивается циркуляционным насосом с производительностью, значительно выше расхода подлежащей обработке сточной воды. Возможность регулирования расхода и давления в циркуляционном контуре позволяет наладить полноценное управление процессом мембранного фильтрования при максимальной его эффективности. Кроме этого, реализация режима касательного фильтрования имеет положительные последствия в отношении биологии всей системы. Постоянное омывание мембран диспергирует очищающие бактерии, которые более не образуют плотные флоккулы, а потому возможность их прямого контакта с загрязнениями и кислородом значительно увеличивается. Из этого следует, что соотношение активных бактерий и окисляемых загрязнений оказывается большим в системе МБР, чем это обычно встречается в классической системе с активным илом [24].

 

 

Рис.9 Схема аэротенка с мембранным модулем:

1 - реактор, 2 - аэратор, 3 – блок с половолоконными мембранами, 4 - воздух,

5 - очищенная вода, 6, 9 - насосы, 7 - манометр, 8 - фильтрат

 

1. Выбор мембраны и определение её основных параметров

При выборе мембраны следует исходить из того что, что она должна обладать максимальной удельной производительностью при селективности, обеспечивающей выполнение требований к качеству пермеата (соответствие санитарным нормам, допустимым потерям растворённого вещества и т.д.). Кроме того, мембрана должна обладать высокой химической стойкостью по отношение к разделяемому раствору [25].

Определение истинной селективности производится по графику зависимости истинной селективности мембраны от отношения . График построен для интервала , в котором селективность имеет большие значения, обычно удовлетворяющее условиям разделения. Примем допущение, что в рабочем диапазоне концентраций разделяемого раствора истинная селективность остаётся постоянной.

Тогда критерий пригодности мембраны, т.е. минимальная допустимая её селективность по задерживаемому веществу, можно определить с помощью уравнения

 

                                                       (3.1)

 

В качестве разделяющей принимаем полиамидную мембрану ММК 9, изготовленную из капрона. Для выбранной мембраны , что удовлетворяет условию .

 

                                           (3.2)

 

Техническая характеристика мембраны ММК9:

Средний диаметр пор, мкм - 3

Производительность по дистиллированной воде при p=0,05 МПа, мл/см²∙мин - 150…300    

Для определения значения истинной селективности воспользуемся графиком (рис.9).

Из графика следует, что истинная селективность мембраны: . Условие пригодности мембраны выполняется, так как истинная селективность выбранной мембраны больше минимально допустимой.

Определяем удельную производительность мембраны по разделяемому раствору. Для этого сначала определяем удельную производительность мембраны по чистой воде:

 

                                                      (3.3)

 

где константа проницаемости мембраны по воде, принимается по технической характеристике мембраны; , принимаем

 

                    (3.4)

 

 - рабочий перепад давлений, МПа, .

                                     (3.5)

 

Рис.9 Зависимость истинной селективности мембраны от отношения диаметра молекул к диаметру пор

Основным фактором, снижающим удельную производительность, является повышение вязкости. Кинематическая вязкость пива при  составляет ; плотность раствора  [26]. Тогда динамическая вязкость раствора

 

                                                            (3.6)

.

 

Кинематическая вязкость воды при той же температуре ; плотность . Динамическая вязкость воды

 

                                                         (3.7)

.

 

Тогда удельная производительность мембраны по разделяемому раствору

 

                                                         (3.8)

.

 

2.  Технологический расчёт мембранного модуля

Определяем расход пермеата в первом приближении:

 

                                          (3.9)

 

где расход раствора на разделение, кг/с,

 

                             (3.1.1)

 

 расход концентрата, кг/с;

 

селективность мембраны,

 

                            (3.1.2)

 

Определяем потребную площадь мембран по формуле

 

                                                            (3.1.3)

 

 

По производительности по пермеату производим выбор мембранного модуля, . Принимаем мембранный модуль на основе полых волокон Syn+ 100 (табл.5).

 

Таблица 5

Техническая характеристика мембранного модуля Syn+ 100

Производительность по фильтрату,	0,012-0,05
Внутренний диаметр, мм	200
Площадь поверхности мембран,	1,8
Производитель	Фирма "HELBIO"

 

Определим количество мембранных модулей :

 

                                                      (3.1.4)

 

где площадь поверхности мембран одного модуля, принимается по паспортным характеристикам модуля, , .

Количество мембранных модулей в одном аппарате принимаем равным , тогда количество мембранных аппаратов в установке

 

                                                         (3.1.5)