Ultrafiltrationssysteme können in verschiedenen möglichen Kombinationen je nach Anwendung und Quellwasserqualität konstruiert und konstruiert werden. Es gibt verschiedene Membranmaterialien, Membranformen, Strömungstypen und Konfigurationen. Unser Artikel über die Grundlagen der Ultrafiltration beschreibt diese Aspekte im Detail. Jede mögliche Ultrafiltrationstechnologiekonfiguration weist Eigenschaften auf, die die beste Anpassung an die jeweilige Anwendung oder Quellwasserqualität bestimmen. Die Bestimmung der besten Anpassung der Konfiguration hängt von den folgenden Faktoren ab, einschließlich der Konzentration der suspendierten Feststoffe, des Öls / Fettes, der Farbe und des Energieverbrauchs.

In diesem Artikel untersuchen und vergleichen wir die Vor- und Nachteile von zwei Paaren von Ultrafiltration Technologiekonfigurationen:

Dead-End-Filtration vs. Cross-Flow-Filtration und Tauchkonfiguration vs. Druckbehälterkonfiguration.

Sackgasse gegen Querstrom

Eines der wichtigsten Konzepte in der Wasseraufbereitung ist die Fluiddynamik. Die Fluiddynamik kann kurz erklärt werden, wie Fluide durch das Membransystem fließen. Diese Dynamik hat Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Geschwindigkeit des Feststoffaufbaus. Die Auswahl der Durchflussart hängt von der Konzentration der Schwebstoffe im Speisewasser ab.

Sackgasse fließen

In einer Filtrationskonfiguration mit Dead-End-Flow-Ultrafiltrationstechnologie fließt das Speisewasser senkrecht zur Membranoberfläche. Moleküle und Partikel, die kleiner als die effektive Porengröße sind, gelangen auf die gegenüberliegende Seite, während sich größere Materie in einer Kuchenschicht auf der Membranoberfläche ansammelt.

Vorteile

• Wenig Energie

  • Die gesamte Energie, die in den Fluss fließt, wird direkt dafür aufgewendet, Wasser durch die Membran zu drücken.

• Keine Umwälzung

  • Es werden keine überschüssigen Feststoffe durch das System befördert. Alle Partikel setzen sich auf der Membran ab, sodass keine Rezirkulation erforderlich ist.

• Kleinere Standfläche

  • Mangelnde Umwälzung bedeutet, dass keine zusätzlichen Leitungen, Pumpen oder Ventile erforderlich sind und keine zusätzliche Energie für diese Funktion aufgewendet wird.

Nachteile

• Häufigeres Waschen des Rückens

  • Der kontinuierliche Aufbau auf der Membran erfordert eine häufigere Reinigung, was zu höheren Betriebskosten führen kann.

• Abnehmender Membranfluss

  • Wenn die Kuchenschicht auf der Membran dicker wird, nimmt der Fluss durch die Membran ab, da der Fluss durch diese Feststoffe blockiert wird.

Kreuzstrom

Bei einer Filtrationskonfiguration mit Cross-Flow-Ultrafiltrationstechnologie fließt das Speisewasser parallel zur Oberfläche der Membran. Während des Fließens entlang der Membran passieren Wasser und kleine Partikel die Membran, während einige Feststoffe an der Membranoberfläche haften. Infolgedessen laufen die restlichen Feststoffe bis zum Ende des Gefäßes weiter. Die Scherkraft, die durch den tangentialen Wasserfluss erzeugt wird, scheuert auch die Membran und trägt dazu bei, eine sauberere Membran in Wasserquellen mit erhöhtem Gesamtgehalt an suspendierten Feststoffen zu erhalten.

Vorteile

• Scherkräfte

  • Die tangentiale Strömung verursacht eine Scherkraft, die die Membranoberfläche scheuert und die überschüssige feste Schicht abführt.

• Höhere Flüssigkeitsentfernungsrate

  • Da die Feststoffkuchenschicht dünn gehalten wird, ist der Systemfluss typischerweise viel gleichmäßiger.

• Höhere Lebensdauer der Membran

  • Die dünne Kuchenschicht und die häufige Reinigung durch diese Querstromwirkung halten die Membran über längere Zeiträume in einem guten Betriebszustand, wodurch die Kosten für die chemische Reinigung verringert werden.

Nachteile

• Umluft erforderlich

  • Da zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht das gesamte Wasser durch die Membran gezogen wird, ist eine Umwälzung erforderlich, um einen übermäßigen Wasserverlust zu vermeiden.

• Höhere Energie

  • Die Kombination aus Transmembrandruck und der Kraft, die erforderlich ist, um das Fluid entlang der Membran zu bewegen und umzuwälzen, erfordert mehr Energie, um diese Funktionalität zu erreichen.

Versenkt gegen Druckbehälter

Die Flüssigkeiten, die das System behandelt, müssen irgendwie enthalten sein, um effektiv behandelt zu werden. Typischerweise gibt es zwei vorherrschende Konfigurationen der Ultrafiltrationstechnologie. Die Wahl der Konfiguration kann typischerweise von der Behandlungsanwendung, der Konzentration der Wasserfeststoffe, den Druckanforderungen, den Durchflussraten und der Zugänglichkeit abhängen.

Unter Wasser

Dies ist auch als eingetauchte Konfiguration bekannt und beinhaltet einen großen Tank, der zur Atmosphäre hin offen ist. Eine Reihe von Membranen wird in den mit Speisewasser gefüllten Tank abgesenkt. Vakuumdruck zwingt das Wasser in das Membransystem und bis zu einem Auslassrohr, das mit dem Rest der Membranen verbunden ist.

Vorteile

• Visuelle Inspektion

  • Da die Oberfläche des Tanks der Atmosphäre ausgesetzt ist, kann der Bediener die Membranen bei der Arbeit deutlich sehen und Probleme mit den Augen feststellen.

• Niederdruckbetrieb

  • Ein niedrigerer Differenzdruck wird zum Filtern des Wassers verwendet.

Nachteile

• Operation erfolgt in höheren Lagen

  • Je höher das System über dem Meeresspiegel liegt, desto niedriger ist der atmosphärische Druck, wodurch sich der Differenzdruck verringert.

• Betrieb erfolgt bei kälteren Speisewassertemperaturen

  • Wenn die Speisewassertemperatur sinkt, steigt die Viskosität des Wassers und die Pumpen müssen härter arbeiten, um dies auszugleichen.

• Längere Ausfallzeiten beim Membranwechsel

  • Beim Austausch von Membranen muss die gesamte Rahmenkonstruktion, an der sie montiert sind, aus dem Tank gehoben werden. An diesem Punkt kann das System erst nach Abschluss der Wartung verwendet werden.

Druckbehälter

Dies ist eine Ultrafiltrationstechnologiekonfiguration, bei der die Membranen einzeln in zylindrischen Rohren aus Materialien wie PVC, PE oder PVDF untergebracht sind. Vielfache davon werden auf Kufen montiert und parallel geschaltet. Eine Druckpumpe saugt Wasser durch die Membran. Diese Durchflusskonfigurationen können als Inside-Out- oder Outside-In-Filtermodus betrieben werden.

Vorteile

• Breites Spektrum an Betriebsdrücken

  • Da Druckbehälter nicht auf atmosphärischen Druck angewiesen sind, können sie Störungen wie vorübergehende Änderungen der Speisewasserqualität ausgleichen.

• Höherer Fluss

  • Kann mit einem höheren Fluss betrieben werden, was bedeutet, dass ein höheres Wasservolumen pro Tag verarbeitet werden kann.

• Sicherere und zuverlässigere Reinigung

  • In einem geschlossenen Behälter gelangen keine Dämpfe von Reinigungschemikalien in die Umgebungsluft.

• Beständig gegen äußere Verschmutzung

  • Die geschlossene Ausführung verhindert, dass Speisewasser, Rückspülwasser oder Membran durch äußere Kräfte verunreinigt werden.

Nachteile

• Höhere Wohnkosten

  • Während ein untergetauchtes System beispielsweise nur einen großen Tank aufweist, können Druckbehältersysteme aufgrund der Anzahl der für die Membranen benötigten einzelnen Gehäuseeinheiten höhere Kosten verursachen.

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