УДК 534.121.2

Гидродинамика мембранной очистки нефтесодержащих сточных вод

О.П.Байысбай., М.И.Сатаев,к.т.н., А.Е.Турсынбеков

Южно-Казахстанский государственный

университет им. М.О. Ауезова, г.Шымкент

Для гидродинамической оценки проницаемости мембраны по нефтепродукту необходима гидравлическая характеристика процесса, зависящая от количества жидкой фазы, проходящей при постоянной температуре через единицу поверхности материала в единицу времени, от перепада давления на фильтре, т. е. Q=f(DР). Гидравлическая характеристика процесса ультрафильтрации зависит не только от показателей мембраны, но и от свойств нефтепродукта. На рисунке 1 приведена гидравлическая характеристика ультрафильтра при мембранной очистке нефтесодержащих вод.

Из рисунка видна линейная зависимость проницаемости от давления. Срок работы, определяется количеством жидкой фазы, прошедшей через мембрану до достижения предельно допустимого перепада давлений или продолжительностью работы фильтра до заданного предельного перепада давления. Эффективность фильтрования нефтесодержащего водного потока за период работы мембраны не должна ухудшаться. Ресурс работы во многом зависит от исходной степени загрязнения воды или концентрации нефтепродукта.

Для повышения эффективности очистки нефтесодержащих сточных вод были исследованы влияние давления и концентрации на процесс ультрафильтрации.

Выбор рабочего давления зависит от вида процесса, природы и концентрации разделяемого раствора, типа используемой мембраны, конструкции аппарата, гидравлического сопротивления мембранного канала [1]. Для ультрафильтрации рабочее давление находится в пределах 0,3 - 1 МПа. Воздействие высокого давления на мембраны приводит к остаточным деформациям. Усадка структуры мембраны, особенно заметная в первые часы работы мембраны, снижает проницаемость и повышает селективность.

Для нефтесодержащего водного потока были получены экспериментальные значения зависимости производительности от значения рабочего давления. Полученные экспериментальные значения зависимости проницаемости от рабочего давления показывают следующие характерные моменты (рисунок 2).

Производительность Q, м³/с

Давление Р, МПа

Рисунок 1 - Гидравлическая характеристика ультрафильтра

при мембранном мембранной очистке нефтесодержащих сточных вод

Проницаемость в зависимости от давления в начале увеличивается до 9,7×10^-6 м³/м²×с, но эта зависимость нелинейна и затем практически становится постоянной (9,9×10^-6 м³/м²×с). Ход кривой зависимости проницаемости от давления всегда носит нелинейный характер ввиду явления концентрационной поляризации и как следствие на поверхности мембраны образуется гель, в результате чего концентрация нефтепродукта у мембранной поверхности становится постоянной и не зависит от рабочего давления. Вследствие данного явления, которое, естественно ухудшает работу, мембрану нужно периодически очищать.

При высоких концентрациях, в результате концентрационной поляризации, в процессе ультрафильтрации, образуется гелевый слой, что приводит к снижению эффективности работы аппарата.

Концентрационная поляризация обусловливает следующие отрицательные эффекты: снижается движущая сила процесса вследствие увеличения концентрации у поверхности мембраны; при превышении точки гелеобразования или произведения растворимости на поверхности мембран могут формироваться осадки или гели; при повышении концентрации веществ у мембраны она может модифицироваться, что приводит к ее химической деградации.

Проницаемость G, м³/м²×с

Давление Р, МПа

Обозначения кривых: вязкость системы: 1 – 4,10×10^-3 Па×с; 2 - 3,5×10^-3 Па× с; 3 - 2,2×10^-3 Па×с; 4 – 1,1×10^-3 Па×с.

Рисунок 2 - Влияние давления на проницаемость

Несмотря на многообразие методов борьбы с концентрационной поляризации, ни один из них не приводит к полной нейтрализации ее влияния. Поэтому оправдан поиск таких условий работы мембранных аппаратов, которые обеспечивали бы максимальный эффект при минимальных затратах. Для решения проблемы снижения влияния концентрационной поляризации рекомендуем поддерживание малых потоков жидкости через мембрану. Оно возможно только при достаточной производительности ультрафильтрационного модуля, т.е. при очень большой рабочей площади мембран, умещающихся в компактный модуль.

Литература.

1. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы разделения жидких смесей. - М.:Химия, 1975. - 229 с.