Cấu hình và thủy lực của hệ thống màng

CẤU HÌNH VÀ THỦY LỰC CỦA HỆ THỐNG MÀNG
Giới thiệu chung

Trong các hệ thống xử lý nước, màng hầu hết cấu hình như sợi rỗng. Các sợi có đường kính ngoài từ
0,5 đến 2mm và chiều dày vách khác nhau 0,07-0,6 mm. Mặc dù cấu hình này là phổ biến nhất được sử
dụng trong xử lý nước, tuy nhiên vẫn tồn tại các cấu hình khác đang được sử dụng rộng rãi trong
phòng thí nghiệm và các ngành công nghiệp khác. Cấu hình có tác động mạnh mẽ vào mật độ đóng gói
hoặc bề mặt màng mỗi đơn vị thể tích của các mô-đun thiết bị, có thể được xem xét quan trọng trong
chi phí-hiệu quả của các thiết bị màng. Cấu hình màng tế bào khác được mô tả trong Bảng 9.5.
Màng lọc hoạt động trên một chu kỳ lọc lặp đi lặp lại , giống như các bộ lọc dạng hạt. Sau khi lọc
trong một thời gian quy định, các chất rắn tích lũy được loại bỏ trong chu kỳ rửa ngược , và lặp lại chu kỳ .
Mặc dù quá trình rửa ngược loại bỏ các chất rắn tích lũy, sự chậm dần nhưng mất liên tục của hoạt động
được quan sát trong khoảng thời gian ngày hoặc vài tuần
Hình 9.4. Phát triển màng áp lực trong quá trình lọc màng
Giới thiệu chung

Sự mất mát về hiệu suất, hoặc ô nhiễm , là do chậm hấp phụ hoặc tắc nghẽn của các tài liệu mà không
thể được loại bỏ trong quá trình rửa ngược . Ô nhiễm là một trong những vấn đề quan trọng nhất ảnh
hưởng đến hiệu quả chi phí của màng lọc . Ô nhiễm được loại bỏ với định kỳ làm sạch hóa chất, thường
liên quan đến ngâm màng trong vài giờ trong một hoặc nhiều giải pháp làm ấm pha bề mặt , axit, hoặc
nền móng của màng. Tần số làm sạch có thể từ vài ngày đến vài tháng , tùy thuộc vào vật liệu màng , điều
kiện hoạt động và chất lượng nước thô. Màng làm giảm hơn một thời gian dài , và thay thế có thể là cần
thiết sau một thời gian 5-10 năm .
Giới thiệu chung
Bảng 9.5: Cấu hình màng
CẤU HÌNH MÔ TẢ
Sợi rỗng Bề ngoài màng như ống rỗng có đường kính ngoài từ 0,5 đến 2mm. Sợi rỗng là cấu hình phổ biến nhất trong màng lọc để xử lý
nước. Mật độ tập trung (khu vực bề mặt đặc biệt) là 1200-1700 m
2
/m
3

Tấm vải phẳng Màng đóng vai trò như 1 lớp vải và được dùng như 1 lớp duy nhất trong 1 tế bào lọc đặc biệt. Thông thường trong phòng thí
nghiệm phân ra nhưng khó thực hiện ở quy mô công nghiệp.
Ống Màng được xây dựng như 1 cấu trúc nguyên khối với 1 hoặc 1 vài rãnh hoặc ống, thông qua cấu trúc. Màng ống thường được
xây dựng từ các vật liệu vô cơ và được gọi là màng gốm hoặc màng khoáng. Các màng có mật độ tập trung thấp nhưng có thể
vận hành được ở tốc độ dòng chảy qua màng cao, đó là sự lý tưởng khi nồng độ các chất tan là cực kỳ cao. Có thê thấy trong
tương lai ứng dụng khả năng lọc các vật chất nhỏ (mật độ tập trung thấp và bơm luồng chéo không có vấn đề), với nước có độ
đục cao. Mật độ tập trung 140-310 m
2
/m
3
CẤU HÌNH MÔ TẢ
Cuộn xoắn ốc Màng hình tấm phẳng, xếp chồng lên nhau trong lớp ngăn cách bởi lớp thấm và miếng đệm giữ lại, sau đó lăn xung quanh trung
tâm ống. Vì vậy lớp thấm sẽ chạy đều trong dòng chảy xoắn ốc về phía ống thu trung tâm. Phổ biến trong màng Nano (NF) và
màng thẩm thấu ngược (RO), sử dụng rộng rãi cho lọc màng do tắc nghẽn đường dẫn dòng chảy với các hạt vật chất và các vấn
đề với rửa ngược hiệu quả. Ứng dụng để lọc nước có độ đục thấp. Mật độ tập trung 700-1000m
2
/m
3
Sợi rỗng nguyên chất Màng đúc như ống rỗng có đường kính bên ngoài 0,085mm (khoảng bề dày của sợi tóc người). Sợi rỗng mịn chỉ được dùng như
màng thẩm thấu ngược (RO). Mật độ tập trung 5600-7400m
2
/m
3,
cho phép bộ phận tháo rời có thể sản xuất nước chấp nhận
được tại 1 thông lượng thấp.
Theo dấu khắc vết Màng hình tấm phẳng được đúc như 1 một tấm dày đặc của vật liệu polyme và tiếp xúc với tia phóng xạ, điều này làm hư hại
cho lớp vật liệu theo dạng lặp lại theo dấu vết. Vật liệu sau đó được ngâm vào trong một thùng chứa các chất không làm hòa tan
vật liệu dọc theo đường mòn của chất vào mở rộng lối mòn theo hình thức lỗ nhỏ thống nhất kích thước trụ. Kết quả là một tấm
màng phẳng với kích thước thu hẹp, có thể kiểm soát được và đồng đều trong kích thước phân bố lỗ nhỏ. Loại màng này rất
thuận lợi cho việc nghiên cứu trong phòng thí nhiệm. Màng theo dấu khắc vết không được sử dụng trong các ứng dụng quy mô

công nghiệp.
9.4.1.Cấu hình Modul và phát triển áp lực
Thông lượng thông qua một màng lọc điển hình là khoảng hai bậc thấp hơn thông qua một bộ lọc nhanh dạng
hạt, theo đó một nhà máy lọc màng cần 100 lần diện tích lọc của một nhà máy lọc nhanh dạng hạt để sản xuất
cùng một lượng nước. Tuy nhiên, khi các nhà máy lọc màng được xây dựng bằng cách đóng gói hàng ngàn bó
sợi rỗng vào modul, các nhà máy lọc màng gọn hơn so với nhà máy lọc dạng hạt. Do đó 1m
2
diện tích sàn tại
một nhà máy màng có thể chứa hơn 100 m
2
diện tích màng.
- Modul màng có sẵn trong hai cấu hình cơ bản: hệ thống bình áp suất hoặc các hệ thống ngập
1. Cấu hình bình áp suất

Module bình áp suất thường có bề dày từ 100 đến 300 mm, dài 0,9-5,5 mm và được sắp xếp
trong giá đỡ hoặc bộ phận trượt.
Hình 9.5: Cấu hình áp suất cho bình lọc màng
Cấu hình bình áp suất

Một mô-đun duy nhất có hàng ngàn sợi và thường chứa từ 8-70m2 diện tích lọc . Giá đỡ hoặc bộ phận trượt
là đơn vị sản xuất cơ bản , và tất cả các mô-đun trong một giá đỡ được vận hành song song cùng một lúc. Giá
đỡ có thể chứa từ 2 đến 300 mô-đun, tùy thuộc vào nhu cầu sức chứa.

Đặc tính của máy bơm nhiên liệu phân phối nước tới một dạng phổ biến và cung cấp mỗi giá đỡ. Mỗi
module cần đường ống riêng biệt cho việc cung cấp và thấm nước. Áp lực màng được phát triển bởi máy bơm
nhiên liệu nó làm tăng áp lực nước cấp, trong khi thấm trú ở áp suất khí quyển gần .Hệ thống bình ấp suất
thường hoạt động ở áp suất màng giữa 0,4 và 1 bar


Các lưu vực là cửa mở cho không khí, vì vậy áp lực về phía dòng chảy đến được giới hạn
tới áp suất tĩnh và được cung cấp bởi các cột nước. Áp lực màng được phát triển bởi một
máy bơm hút phát triển ở phía bên thấm của màng tế bào. Ròng tích cực hút hạn chế đầu
vào máy bơm màng thấm hạn chế ngập nước đến một áp lực màng tối đa 0,2-0,4 thanh.
Hệ thống đất ngập nước được cấu hình với nhiều lưu vực để chậu cá nhân có thể được
cô lập để làm sạch hoặc bảo trì mà không cần tắt toàn bộ nhà máy. Mỗi lưu vực thường
có bơm thấm riêng của mình.

Trang thiết bị hiện có, hệ thống ngập có xu hướng thích các mô-đun lớn hơn so với hệ
thống bình áp suất. Hơn nữa, hệ thống chìm, van ít hơn đáng kể và kết nối đường ống.
Cấu hình ngập

Hệ thống ngập là những mô-đun của màng tế bào lơ lửng trong lưu vực chứa nước cấp.
Cấu hình ngập
Hình 9.6: Mô hình cấu hình ngập để lọc màng

Lọc xảy ra như nước đi qua bức tường để các sợi. Một số nhà sản xuất thiết kế hệ thống màng
lọc từ ngoài vào trong một số khác đã thiết kế hệ thống theo hướng ngược lại (từ trong ra
ngoài). Bình áp suất sử dụng hoặc màng ngoài vào trong hoặc từ trong ra ngoài, trong khi hệ
thống ngập chỉ sử dụng ngoài vào trong màng tế bào.
9.4.2. Chế độ dòng chảy
Lọc luồng chéo
Lọc cụt
Lọc vắt (Cross-flow Filtration)

Nước cung cấp được bơm với tốc độ cao thông qua lòng của sợi trong ra ngoài màng tế bào.

Vận tốc dòng ngang thường là 0,5-1 m/s, song song với bề mặt màng và cường độ lớn hơn 4 lần vận tốc bề
mặt của nước đối với bề mặt màng.
Cross ow ltraon


Vận tốc song song với bề mặt màng tạo ra một lực trượt làm giảm sự phát triển của bề mặt bánh(Wiesner và
Chellam, 1992). Vì nhiều chất rắn được mang đi với động lực đẩy của các cấu tử qua màng thay vì tích lũy
trên bề mặt màng, các hệ thống có thể hoạt động ở một dòng cao hơn hoặc với giữa thời gian rửa trở lại nhiều
hơn. Các động lực đẩy các cấu tử qua màng được tái tuần hoàn để nước cung cấp, vì vậy lọc vắt đòi hỏi một
tuần hoàn đáng kể -lưu lượng thấm thường là ít hơn 25% lưu lượng cung cấp. Trong trường hợp này, hàm
lượng chất rắn của nước cung cấp sẽ tăng lên do sự tuần hoàn.
Lọc cụt (Dead-end Filtration)
- Hoạt động mà không có một thành phần dòng ngang chảy vào
dòng cung cấp. Số lượng lớn dòng chảy nước cung cấp là trải ngang
đến và đi về phía bề mặt màng lọc trong quá trình bế tắc, vì vậy tất
cả chất rắn sẽ tích tụ trên màng tế bào trong chu kỳ lọc và được loại
bỏ trong chu kỳ rửa ngược.
- Các chất rắn lớn hơn sẽ tích tụ trong quá trình chạy bộ lọc có thể dẫn
đến các giá trị thông lượng trung bình đạt được thấp hơn với lọc vắt

Chế độ dòng chảy cụt là phổ biến nhất trong màng lọc để xử lý nước, trái ngược với nhiều ứng dụng công
nghiệp của vi lọc và siêu lọc. Nhiều dòng cung cấp công nghiệp có hàm lượng chất rắn cao và hoạt động qua
dòng chảy là rất quan trọng để đạt được thông lượng hợp lý và bộ lọc chạy dài.