Profesionālas atlases rokasgrāmata drošības filtriem membrānas apstrādes sistēmās (I)

Drošības filtri (pazīstami arī kā precīzie filtri) ir "pēdējā aizsardzības līnija" membrānas apstrādes sistēmās (RO, UF, MF utt.). To galvenā funkcija ir no padeves ūdens noņemt smalkas suspendētās cietās vielas, koloīdus un daļiņas (lielākas vai vienādas ar 1 μm), novēršot membrānas elementu skrāpējumus un aizsērēšanu, pagarinot membrānas kalpošanas laiku un samazinot membrānas tīrīšanas biežumu un ekspluatācijas izmaksas. To izvēle tieši nosaka membrānas sistēmas stabilitāti un ekonomisko efektivitāti; nepareiza izvēle var viegli izraisīt membrānas piesārņojumu, bojājumus un samazinātu permeāta iznākumu. Šajā rakstā no inženierprakses perspektīvas ir sniegta detalizēta informācija par galveno loģiku, galvenajiem parametriem, scenāriju -specifiskiem pielāgošanas risinājumiem, praktiskiem punktiem un izplatītākajiem nepareizajiem priekšstatiem, izvēloties drošības filtrus, līdzsvarojot profesionālismu un praktiskumu, un tas ir piemērots dažādiem membrānu apstrādes scenārijiem, piemēram, komunālajiem, rūpnieciskajiem, akvakultūras un spēkstaciju lietojumiem.

(I) Pamata pozicionēšana (Nozares konsenss, atlases nozīmes precizēšana)
Drošības filtri tiek uzstādīti pirms membrānas sistēmas (RO/UF/MF) augstspiediena -sūkņa (vai pastiprinātāja sūkņa). Tie tiek uzskatīti par "beigu -priekšapstrādi", kas saņem notekūdeņus pēc kvarca smilšu filtrēšanas, aktīvās ogles filtrēšanas un koagulācijas sedimentācijas. To galvenās funkcijas ir:
Suspendēto vielu, koloīdu, rūsas, mikrobu floku un citu piemaisījumu pārtveršana, kuru daļiņu izmērs ir lielāks vai vienāds ar 1 μm, neļaujot tiem iekļūt membrānas elementos, nesaskrāpēt membrānas virsmu un aizsprostot membrānas poras;
Buferizējot ieplūstošā ūdens kvalitātes svārstības, samazinot trieciena slodzi uz membrānas sistēmu, samazinot membrānas piesārņojuma risku un pagarinot membrānas tīrīšanas ciklu (normālos apstākļos pagarinot membrānas tīrīšanas ciklu par vairāk nekā 30%);
Augstspiediena{0}}sūkņa lāpstiņriteņa aizsardzība, lāpstiņriteņa nodiluma novēršana daļiņām un aprīkojuma atteices biežuma samazināšana.

Galvenais atgādinājums: drošības filtri nevar aizstāt pirmapstrādi (kvarca smiltis, aktīvā ogle utt.). Tie tiek izmantoti tikai kā "rezerves aizsardzība". Nepilnīga pirmapstrāde var izraisīt biežu drošības filtra elementa aizsērēšanu, palielinot uzturēšanas izmaksas un pat ietekmējot normālu membrānas sistēmas darbību.

(II) Atlases priekšnoteikumi (3 pamatkritēriji, lai izvairītos no aklas atlases) Pirms filtra izvēles ir skaidri jādefinē trīs galvenie parametri. Tie ir atlases procesa pamatā, kas tieši nosaka filtra specifikācijas, materiālu un kasetnes veidu. Nevienu nevar izlaist:
Ieplūdes ūdens kvalitātes parametri: koncentrēties uz SS (suspendēto cietvielu) saturu (mazāks vai vienāds ar 10mg/l, ieteicams mazāks vai vienāds ar 5mg/l pirms membrānas), duļķainums (mazāks vai vienāds ar 1NTU), daļiņu sadalījums pēc izmēra (koncentrēšanās uz daļiņu proporciju, lielāka par vai vienāds ar daļiņu saturu), hlorīda saturs (lielāks vai vienāds ar 1μm), un ūdens korozijas diapazons (1 μm);
Membrānas sistēmas parametri: membrānas tips (RO, UF, MF), membrānas elementu specifikācijas, projektētais caurlaidības plūsmas ātrums, darba spiediens un ieplūdes plūsmas ātruma svārstību diapazons (parasti aprēķina kā 1,2 reizes par projektēto plūsmas ātrumu);
Ekspluatācijas apstākļi: nepārtraukta/pārtraukta darbība, darba temperatūra (normāla/augsta temperatūra), uzstādīšanas vieta, apkopes iespējas (vai ir iespējama bieža kasetņu nomaiņa) un vides prasības (vai nepieciešama korozijas un noplūdes novēršana).

Drošības filtru izvēles pamatā ir trīs galvenie moduļi: "filtra elements, korpuss un specifikācijas". Katrs modulis ir jāpielāgo ieplūstošā ūdens kvalitātei, membrānas sistēmas parametriem un darbības apstākļiem. Tālāk ir norādīti īpaši atlases apsvērumi, kas ir saskaņoti ar nozares inženiertehniskajiem standartiem.

(I) Filtra elementa izvēle (kodola kodols, kas tieši nosaka filtrēšanas efektivitāti) Filtra elements ir drošības filtra galvenā sastāvdaļa. Atlasē jākoncentrējas uz "filtrācijas precizitāti, materiālu un struktūru". Šiem trim faktoriem ir jāsadarbojas harmoniski; nav ieteicams tikai censties sasniegt augstu precizitāti.

1. Filtrēšanas precizitātes izvēle (pielāgošanās membrānas sistēmai, izvairoties no pārmērīgas-filtrēšanas vai nepietiekamas-filtrācijas) Filtrēšanas precizitātes izvēles pamatā ir "atbilstība membrānas elementa poru izmēram", ievērojot principu "filtrācijas precizitāte ir mazāka par vai vienāda ar 1/5 līdz 1/10 no membrānas poru lieluma". Ja ieplūdei ir augsts suspendēto cieto vielu (SS) saturs (5–10 mg/l) vai liels cieto daļiņu daudzums, pirms drošības filtra (divu{12}}pakāpju filtrēšanas) var pievienot 10 μm priekšfiltru, lai pagarinātu serdes filtra kalpošanas laiku. Ja ieplūstošā ūdens kvalitāte ir laba (SS Mazāks vai vienāds ar 1mg/L), pirms RO membrānas var izmantot 5μm filtru, lai samazinātu filtra nomaiņas biežumu.

2. Filtra kasetnes materiāla izvēle (piemērota kodīgai ūdens kvalitātei, kas novērš filtra kasetnes bojājumus un izskalošanos)
Filtra kasetnes materiāls ir jāizvēlas, pamatojoties uz tādiem parametriem kā ieplūstošā pH, hlorīda jonu saturs un temperatūra. Galvenās prasības ir "izturība pret koroziju, bez izskalošanās un stabila filtrēšanas efektivitāte". Nozares galvenie materiāli un to piemērotie pielietojuma scenāriji ir šādi:

• PP izkausēta filtra kasetne (vēlama vispārējai lietošanai):
- Materiāls: polipropilēns (PP), laba ķīmiskā stabilitāte, skābju-izturīgs (pH 1–14), sārmu-izturīgs, bez smaržas un neizskalojas;
- Piemēroti pielietojuma scenāriji: sadzīves notekūdeņu atkārtota izmantošana, akvakultūras notekūdeņu dziļa attīrīšana, koncentrēta notekūdeņu attīrīšana no spēkstacijas atsērošanas, dzeramā ūdens pirmapstrāde un citas parastās ūdens īpašības (hlorīda jonu saturs ir mazāks par vai vienāds ar 2000 mg/l);
- Priekšrocības: zemas izmaksas, vienkārša nomaiņa, vienmērīga filtrēšanas precizitāte, var aizturēt koloīdus un suspendētās cietās vielas, kas ir piemērotas lielākajai daļai membrānas apstrādes scenāriju;
- Contraindications: Not suitable for high-temperature (>60 grādi) vai augstas-koncentrācijas organisko šķīdinātāju scenārijos.

• Kroku filtra kasetne (vēlama augstas{0}}precizitātes lietojumiem): - Materiāli: PP, PTFE (politetrafluoretilēns), neilons; filtrēšanas precizitāte līdz 0,1 ~ 5μm; liela filtrēšanas zona; - Piemērots: RO membrānas priekšfiltrācijai-, dzeramā ūdens membrānas apstrādei, īpaši tīra ūdens pirmapstrādei elektronikas rūpniecībā (nepieciešama piemaisījumu izskalošana); - Priekšrocības: augsta filtrēšanas efektivitāte, liela netīrumu{7}}uzturēšanas spēja un par 30% ~ 50% ilgāks kalpošanas laiks nekā kausētām filtru kasetnēm; - Kontrindikācijas: PTFE materiāls ir salīdzinoši dārgs; neilona materiāls nav skābju{11}}izturīgs (pH < 4).

• Nerūsējošā tērauda filtra kasetne (scenāriji, ko var mazgāt atpakaļ): - Materiāls: 304 vai 316 L nerūsējošais tērauds, izturīgs pret augstu temperatūru (mazāks par vai vienāds ar 120 grādiem), izturīgs pret koroziju (hlorīda jonu saturs ir mazāks vai vienāds ar 5000 mg/l), atkārtoti mazgājams; - Piemēroti scenāriji: rūpniecisko notekūdeņu membrānas attīrīšana ar augstu duļķainību un lielu daļiņu saturu (piemēram, kalnrūpniecības notekūdeņi, ogļu mazgāšanas notekūdeņi), augstas-temperatūras apstākļi (piemēram, spēkstacijas katlu padeves ūdens); - Priekšrocības: var mazgāt atpakaļ, samazinot filtra kasetņu nomaiņas biežumu un uzturēšanas izmaksas; - Kontrindikācijas: maksimālā filtrēšanas precizitāte ir tikai 1 μm, kas neatbilst RO membrānu augstās{10}}precizitātes aizsardzības prasībām. Tas jālieto kopā ar PP kroku filtra kasetni.

3. Filtra kasetnes struktūras un specifikācijas izvēle (filtra korpusa saskaņošana, lai nodrošinātu vienmērīgu plūsmu)
Filtra kasetnes struktūrai un specifikācijām jāatbilst filtra korpusam. Galvenie apsvērumi ir "garums, diametrs un saskarnes veids". Galvenās specifikācijas nozarē ir šādas:

• Garums: parasti tiek izmantoti 10 collas, 20 collas, 30 collas un vēlams 40 collas. 20 collas (piemērots lielākajai daļai mazu un vidēju membrānu sistēmu); augstas -plūsmas scenārijiem (ūdens ražošana > 50 m³/h) tiek izmantotas 40 collas, lai samazinātu filtru kasetņu skaitu; zemas -plūsmas scenārijos (ūdens ražošana < 10 m³/h) uzstādīšanas vietas taupīšanai tiek izmantotas 10 collas.

• Diametrs: parasti tiek izmantots φ65 mm (standarta filtra kasetne), kas ir savietojams ar parastajiem drošības filtru korpusiem, neprasa papildu pielāgošanu un samazina izmaksas.

• Interfeisa veids: parasti tiek izmantoti plakanā{0}}spiediena un ievietošanas veidi. Plakanā-spiediena veidi ir piemēroti lielākajai daļai scenāriju, un tos ir viegli uzstādīt un izjaukt; ievietošanas veidi nodrošina labāku blīvējumu un ir piemēroti augsta-spiediena apstākļiem (darba spiediens > 1,0 MPa).

(II) Korpusa izvēle (pielāgošanās ekspluatācijas apstākļiem, stabilas un drošas darbības nodrošināšana)
Korpusa materiāls, spiediena reitings un konstrukcijas konstrukcija tieši ietekmē drošības filtra kalpošanas laiku un darbības drošību. Izvēloties, jāņem vērā ietekmējošā korozija, darba spiediens un uzstādīšanas telpa.

1. Korpusa materiāla izvēle (korozijas izturība pret kodolu, korpusa noplūdes novēršana)

• FRP (stiklšķiedras pastiprinātas plastmasas) apvalks (vispārējai lietošanai vēlams): - Raksturlielumi: izturīgs pret koroziju, viegls, vidēji izturīgs, izturīgs pret skābēm un sārmiem, piemērots lielākajai daļai ūdens kvalitātes (hlorīda jonu saturs ir mazāks par vai vienāds ar 5000 mg/l); - Piemēroti scenāriji: pašvaldības, akvakultūras, spēkstaciju atsērošanas notekūdeņi un citas parastās membrānas attīrīšanas sistēmas, darba spiediens ir mazāks vai vienāds ar 1,6 MPa; - Piezīme: izvairieties no tiešiem saules stariem; ir nepieciešami atbilstoši saules aizsardzības pasākumi, lai novērstu čaumalu novecošanos.

• Nerūsējošā tērauda apvalks (-izturīgs pret koroziju, augsta-spiediena scenāriji): - Materiāls: 304 nerūsējošais tērauds (vispārējiem korozijas scenārijiem), 316 L nerūsējošais tērauds (ļoti kodīgiem scenārijiem, hlorīda jonu saturs > 5000 mg/l); - Piemēroti scenāriji: augsts-sāls, augsts-hlorīda notekūdeņi (piemēram, RO koncentrāta atkārtota izmantošana), augsta-spiediena darbība (spiediens > 1,6 MPa), dzeramā ūdens membrānas apstrāde (nav nepieciešama smago metālu izskalošanās); - Priekšrocības: augsta izturība, labs blīvējums, ilgs kalpošanas laiks (līdz 10 gadiem vai vairāk); - Piezīme. Lai novērstu nerūsējošā tērauda rūsu, ir nepieciešama regulāra pret-korozijas apkope.

• Oglekļa tērauda gumijas-apvalks (augstas-plūsmas, zema-spiediena scenāriji): - Raksturojums: zemas izmaksas, augsta izturība, gumijas oderējums nodrošina izturību pret koroziju, piemērots augstas-plūsmas scenārijiem; - Piemēroti scenāriji: rūpniecisko notekūdeņu augstas-plūsmas membrānas attīrīšana (produkta ūdens > 100 m³/h), darba spiediens ir mazāks vai vienāds ar 1,0 MPa; - Piezīme: gumijas oderējums ir pakļauts nodilumam un lobīšanai, tāpēc ir nepieciešama regulāra pārbaude, lai novērstu korpusa koroziju un noplūdi.

2. Spiediena nomināla izvēle (Membrānas sistēmas darba spiediena atbilstība, lai izvairītos no pārspiediena radītiem bojājumiem)

Drošības filtra korpusa spiediena rādītājam jābūt lielākam par vai vienādam ar 1,25 membrānas sistēmas darba spiedienu, vienlaikus ņemot vērā arī ieplūdes ūdens spiediena svārstības. Nozares-standarta spiediena rādītāji un to piemērotie pielietojumi ir šādi:

• 0,6 MPa: piemērots zema spiediena membrānu sistēmām (piemēram, UF ultrafiltrācijas membrānām, darba spiediens 0,1–0,3 MPa), galvenokārt tiek izmantots maziem un vidējiem akvakultūras notekūdeņiem un sadzīves notekūdeņu atkārtotai izmantošanai;

• 1,0 MPa: piemērots tradicionālajām RO membrānu sistēmām (darba spiediens 0,4–0,8 MPa), galvenokārt izmanto lielākajā daļā rūpniecisko un pašvaldību membrānu apstrādes scenāriju;

• 1,6 MPa: piemērots augstspiediena RO membrānu sistēmām (darba spiediens 0,8–1,2 MPa), galvenokārt tiek izmantots augsta-sāļuma notekūdeņiem, jūras ūdens atsāļošanai un spēkstaciju katlu padeves ūdenim;

• 2,5 MPa: piemērots īpaši -augsta-spiediena RO membrānu sistēmām (darba spiediens 1,2–2,0 MPa), ko galvenokārt izmanto jūras ūdens atsāļošanai un augstas{5}koncentrācijas koncentrāta atkārtotai izmantošanai.

3. Strukturālā dizaina izvēle (pielāgošanās uzstādīšanai un apkopei, efektivitātes uzlabošana)

• Uzstādīšanas metode: Vertikāls (vēlams, ietaupa uzstādīšanas vietu, atvieglo filtra elementu nomaiņu un nosēdumu noņemšanu), Horizontāls (piemērots uzstādīšanas telpām ar ierobežotu jaudu un lielu plūsmas ātrumu, ar ražošanas jaudu > 100 m³/h);

• Ieplūdes/izplūdes virziens: parastais "no apakšas uz augšu, no augšas uz āru" nodrošina vienmērīgu ūdens plūsmu caur filtra elementu un novērš īssavienojumus (nefiltrēta ūdens tiešā iekļūšana membrānas sistēmā); "augšā iekšā, apakšā ārā" var izmantot īpašos scenārijos, lai atvieglotu gaisa izvadīšanu no filtra;

• Papildu struktūra: nepieciešams diferenciālā spiediena mērītājs (lai uzraudzītu filtra elementa aizsērēšanu, diapazons 0–0,2 MPa), drenāžas ports (regulārai drenāžai, lai novērstu piemaisījumu uzkrāšanos), izplūdes atvere (lai noņemtu gaisu un novērstu gaisa aizsprostojumu) un filtra elementa iespīlēšanas ierīce (lai novērstu filtra elementa atslābināšanos un nodrošinātu blīvējumu).

(III) Specifikācijas parametru izvēle (atbilstošs plūsmas ātrums, filtrācijas efekta nodrošināšana un darbības efektivitāte)
Galvenās specifikācijas ir "filtra elementu skaits un filtra diametrs", kas jāaprēķina, pamatojoties uz membrānas sistēmas projektēto ražošanas jaudu, lai izvairītos no nepietiekamas plūsmas vai pārmērīgas filtra elementa slodzes.

1. Filtra kasetņu daudzuma aprēķins (pamatformula, tieši piemērojama inženiertehniskajā praksē)

Filtra kasetnes daudzums=Plūsmas ātrums (m³/h) ÷ Nominālais plūsmas ātrums uz vienu filtra kasetni (m³/h) × 1,2 (drošības koeficients, lai tiktu galā ar plūsmas ātruma svārstībām)

Nominālais plūsmas ātrums uz vienu filtra kasetnes atsauci (nozares standarts, pamatojoties uz filtra kasetnes garumu):

• 10 collu filtra kasetne: 0,5–1,0 m³/h;

• 20 collu filtra kasetne: 1,0–2,0 m³/h;

• 30 collu filtra kasetne: 1,5–3,0 m³/h;

• 40 collu filtra kasetne: 2,0–4,0 m³/h.

Piemērs: noteikta RO membrānas sistēma ir paredzēta 20 m³/h ūdens ražošanai. Izmantojot 20-collu PP kausējuma izpūstas filtra kasetnes (nominālais plūsmas ātrums uz vienu kārtridžu 1,5 m³/h), kasetņu skaits=20 ÷ 1,5 × 1,2 ≈ 16 kasetnes. 16 kasetnes faktiski tiek izmantotas (vai 18 kasetnes).

2. Filtra diametra izvēle (saderīgs ar filtra kasetnes daudzumu, nodrošinot vienmērīgu ūdens plūsmu)

Filtra diametrs jāaprēķina, pamatojoties uz filtru kasetņu skaitu un diametru, lai nodrošinātu pietiekamus ūdens plūsmas kanālus starp kasetnēm (attālums ir lielāks vai vienāds ar 10 mm), lai novērstu nevienmērīgu ūdens plūsmu no dažu kasetņu pārslodzes.

• 1~5 filtru kasetnes: φ200mm korpuss;

• 6~12 filtru kasetnes: φ300mm korpuss;

• 13~20 filtru kasetnes: φ400mm korpuss;

• 21-30 filtru kasetnes: φ500mm korpuss.

Papildinājums: augstas -plūsmas scenārijos (ūdens ražošana > 50 m³/h) var paralēli pievienot vairākus drošības filtrus, lai izvairītos no pārāk liela diametra vienā filtrā, kas varētu ietekmēt darbību, apkopi un uzstādīšanu.