УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ПЛОСКИХ ФИЛЬТРУЮЩИХ МЕМБРАН

Полезная модель относится к фильтрующим устройствам и может быть использована в лабораторных и промышленных исследованиях, на производствах, в частности для очистки сточных вод с применением мембранных биореакторов.
Сочетание блока биологической очистки с модулями илоразделения и тонкой фильтрации называют биореакторами. Мембранные биореакторы представляют собой частный вид аппаратов с фильтрацией жидкости на тонкопрозорчатых материалах с целью разделения активного и осветленной воды.
В практической деятельности используют минеральные мембраны (керамические, металлические, микропористые и т.п.) и мембраны из полимерных органических материалов. Спектр применения мембран очень широк – от супертонких обратноосмотических обессоливающих до крупнопористых осветлительных модулей. С целью сепарации активного ила и осветленной воды применяют ультрафильтрационные мембраны.
При производстве и эксплуатации фильтрующих мембран удельное сопротивление осадка является важнейшей и самой сложной по своему физическому смыслу постоянной фильтрования. Действие различных факторов на процесс фильтрования почти всегда может быть сведено к изменению величины удельного сопротивления осадка под влиянием этих факторов.
В основе известных установок для тестирования фильтрующих мембран лежит «Схема прибора для определения удельного сопротивления осадка» [1], состоящая из воронки Бюхнера, мерного цилиндра на 250 мл, колбы Бунзена или бутыля, резинового шланга, запорного крана, ртутного вакуумметра, насоса Комовского и резиновой пробки.
Недостатком данной установки является применение устаревших приборов, таких как ртутный вакуумметр и насос Комовского, а также сложность выполнения фильтрования, что в совокупности приводит к искажению полученных данных.
Известна «Установка для определения удельного сопротивления слоя осадка и фильтровальной перегородки» [2], состоящая из крышки, воронки, запорного крана, обратного клапана, мановакуумметра, металлического ситечка с фильтровальной тканью и шланга с тройником, соединяющего еще один обратный клапан и шприц Жане.
Недостатком данной установки является малый объем рабочих сосудов, и как следствие, ограничение по времени проведения экспериментов. Использование шприца в качестве источника создания вакуума ненадежно. В связи с вышеупомянутым, возникает вопрос о репрезентативности полученных результатов в условиях производства. Для качественного анализа любых фильтрационных способностей необходимо максимизировать продолжительность испытаний, чтобы приблизиться к производственным условиям и более верифицированным данным.
В качестве прототипа выбрана «Лабораторная установка мембранной фильтрации» [3], состоящая из воронки, мембраны, пробоотборника, ресивера, вакуумметра, вакуум-насоса, прижимного устройства.
В ходе проведения опытов были выявлены существенные недостатки. При высоком трансмембранном давлении, когда производительность мембраны высокая, объема иловой смеси в воронке недостаточно, поэтому необходим постоянный контроль уровня смеси в воронке, а в противоположном случае, при низком давлении, пропускная способность мембраны столь низкая, что по завершению опыта иловая смесь остается в воронке, при этом активный ил быстро оседает, тем самым быстрее забивая мембрану, следовательно, необходимо непрерывно перемешивать иловую смесь в воронке. Пробоотборник слишком велик по сравнению с объемами фильтрата в ходе единичного опыта, поэтому каждый раз установку необходимо разбирать и переливать отфильтрованную воду в мелкие сосуды для измерения объема. Трубка откачки фильтрата подходит вплотную к закрепленной мембране на малой площади, поэтому вся нагрузка (давление) по сепарации активного ила и воды приходится условно на центр мембраны, что приводит к частым повреждениям образцов мембран.
Технической задачей предлагаемой установки является повышение надежности работы и максимизация длительности тестирования плоских фильтрующих мембран.
Технический результат достигается за счет признаков, изложенных в формуле полезной модели.
Общими с прототипом признаками являются: ресивер для выравнивания давления воздуха во время его поступления к вакуум-насосу, сборник фильтрата со шкалой объема, манометр для контроля и поддержания постоянного трансмембранного давления, сменная плоская фильтрующая мембрана и зажим для нее, полые соединительные трубки.
Отличительные признаки: зажим выполнен в виде двух одинаковых малых воронок, между которыми располагается сменная плоская фильтрующая мембрана, и соединен с емкостью иловой смеси, расположенной выше уровня зажима и имеющей ручной перемешивающий элемент и задвижку.
Принцип работы и сущность установки раскрывает фиг. 1.
В установке создается вакуум, давление измеряется манометром (5), ресивер (4) предназначен для выравнивания давления воздуха во время его поступления к вакуум-насосу (6). Иловая смесь из емкости (1), в которой находится ручной перемешивающий элемент (1а), а на выходе - задвижка (1б), самотеком спускается к зажиму (2), состоящему из двух одинаковых малых воронок, между которыми расположена сменная плоская фильтрующая мембрана (2а), за счет чего распределяется нагрузка по сепарации активного ила и воды по всей площади фильтрующей мембраны (2а). Фильтрат стекает в сборник фильтрата со шкалой объема (3). Емкость для иловой смеси (1) расположена выше уровня зажима (2).
Использованные источники:
1. Туровский И.С. Обезвоживание осадков сточных вод на барабанных вакуум-фильтрах [Электронный ресурс] // Выдержка из книги. 1966, с. 29. URL: https://www.ngpedia.ru/ pg068j9I58J4o8c45693y40008056551/ (дата обращения: 15.03.2019);
2. Шамыгин А.А., Федина В.В. Экспериментальное определение удельного сопротивления слоя осадка и фильтровальной перегородки URL: https://docplayer.ru/63775014-Eksperimentalnoe-opredelenie-udelnogo-soprotivleniya-sloya-osadka-i-filtrovalnoy-peregorodki.html (дата обращения: 15.03.2019);
3. Использование мембранных технологий в процессах глубокой очистки городских сточных вод, Соловьева Е.А., Тарасов Д.С., 2018, с. 215.