СПОСОБ ОПТИМИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ БЛОКОМ МЕМБРАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2011 года по МПК B01D61/04 

Настоящее изобретение относится к способу оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации в соответствии со степенью загрязнения мембраны и/или в соответствии с температурой, использующему мембранную микрокоагуляцию в соответствии с патентом ЕР 1239943, полученным из патентной заявки WO 01/41906, собственником которой является заявитель.

Микрокоагуляция состоит в инжекции выше по потоку от мембраны дозы коагулянта (коагулянтов), которая в 30-80 раз меньше дозы коагулянта, приводящей дзета потенциал сточных вод к нулю.

Основной технико-экономической проблемой является поддержание гидравлического действия мембран для микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации и гиперфильтрации для обработки жидкостей, особенно таких как поверхностные воды, сточные воды и морская вода.

В частности, гидравлическое действие мембраны иллюстрируется ее проницаемостью, т.е. скоростью прохождения сточных вод через единицу площади мембраны при нормализованной разности давлений, приложенных с каждой стороны мембраны, в 1 бар при заданной температуре. Следует напомнить, что начальная проницаемость или Lp_i является проницаемостью свежей мембраны, измеренной на питьевой воде, при этом показатель закупорки и температура мембраны должны быть известны.

Помимо ухудшения структуры мембраны, которого не касается настоящее изобретение, двумя параметрами, которые влияют на гидравлическое действие мембраны, являются:

- температура необработанных сточных вод; и

- степень закупорки мембраны.

Температура

Влияние температуры на вязкость сточных сбросов, особенно воды, хорошо известно. Таким образом, падение температуры при повышении вязкости воды, делает более трудным прохождение воды через мембрану. Поэтому в результате снижается проницаемость мембраны при температуре сточных вод. Следует отметить, что разница в 1°С при температуре около 20°С, например, приводит к уменьшению потока на около 2,5% при заданном трансмембранном давлении. Это закон физики, которому специалистам в этой области следует только подчиняться.

С точки зрения промышленности это означает, что при заданной производительности аппарат для обработки должен конструироваться с учетом самой холодной температуры, то есть, когда эта минимальная температура будет меньше 20°С, то, следовательно, должна быть увеличена площадь установленной мембраны.

Следует отметить, что при сравнении измерений проницаемости при различных температурах, специалист в этой области должен определить поправочные коэффициенты для исключения влияния температуры. Таким образом Lp(T_ref)=K×Lp(T), где К является функцией температуры сточных вод и эталонной температуры T_ref. Эта эталонная температура обычно задается как 20 или 25°С.

Закупорка мембраны

Для специалиста в этой области общий термин «закупорка», хорошо документированный в литературе, относится ко всем явлениям, которые повышают сопротивление мембраны, или механически, или химически. Это охватывает осадок на поверхности (образование лепешки) и адсорбцию на мембране и в порах мембраны, и явления, в которых играют роль различные вещества, содержащиеся в воде, а именно взвешенное вещество, коллоиды и органическое и минеральное вещество.

В действительности закупорка заключается в следующем:

- или в уменьшении фильтрующего потока при постоянном приложенном трансмембранном давлении,

- или в увеличении приложенного трансмембранного давления для сохранения постоянства фильтрующего потока.

В обоих случаях это явление закупорки приводит к снижению проницаемости мембраны, т.е. к уменьшению технико-экономической эффективности мембраны.

Для остального описания определено следующее:

- Lp_i - начальная проницаемость мембраны, когда она первый раз используется; и

- Lp₀ - стабилизированная проницаемость при реальных условиях работы, которые могут меняться, например, в зависимости от степени загрязнения мембраны.

Контроль за закупоркой поэтому является основной проблемой, четко определенной специалистами в этой области, которые предложили целый ряд решений (предупреждающих мер), направленных на предотвращение закупорки, но когда закупорка все же происходит, ее можно устранить только исправляющими мерами.

Исправляющие меры по существу заключаются в повторных химических промывках мембраны, как подробно объясняется в литературе. Эти меры состоят в основном в проведении фаз, в течение которых мембрану приводят в контакт с промывочным раствором, который может содержать один или больше химических реагентов, таких как кислоты и/или хелатные агенты, детергенты, окислители и т.д.

Во всех случаях эти промывочные операции и остановки производственного процесса, которые они влекут, вместе с вытекающим из этого расходом воды, означают, что установка должна очень тщательно конструироваться, чтобы поддержать номинальный производственный выход, при этом требуются дополнительные инвестиции при росте текущих расходов. Более того эти промывочные операции, даже если они и предназначены для мембран, являются все химически агрессивными операциями, которые уменьшают срок службы мембран.

С промышленной точки зрения, запуск этих исправляющих фаз управляется на основе измерения закупорки мембран, т.е. замеров, показывающих, что проницаемость упала ниже пороговой, заданной, например, поставщиком мембран. В качестве варианта эти исправляющие меры могут проводиться с предотвращающими целями при заданной их частоте, например, от одного раза в месяц, до одного раза в год.

Предупреждающие меры для ограничения частоты химической промывки были описаны в литературе. Они базируются в основном на следующем:

- физических действиях, таких как прикладывание электрических или ультразвуковых полей;

- гидродинамических действиях или при создании нестабильных условий (двухфазовый поток, усиление турбулентности или вихреобразования), или турбулентного потока близко к поверхности мембраны;

- биологических действиях, например, с использованием ферментов; и, наконец

- химических действиях или для изменения поверхности мембраны во время фазы изготовления мембраны, или непосредственно добавлением реагента в необработанные сточные воды для изменения структуры обработанной матрицы.

Для повышения эффективности все эти предупредительные меры должны проводиться непрерывно или совместно с разумно выбранными запускающими факторами, обычно качеством сточных вод, чтобы предупредить закупорку мембраны. Это в связи с тем, что при наблюдаемой закупорке (особенно при наблюдаемом падении проницаемости) предупреждающие меры не срабатывают, и только исправляющие меры могут восстановить гидравлическое действие мембраны.

Если предупреждающие меры не проводятся непрерывно, то специалист в этой области использует датчики для анализа качества необработанных сточных вод, чтобы предупредить ситуации, способствующие закупорке мембраны.

Эта стратегия не лишена трудностей и имеет много недостатков из-за использования датчиков для анализа качества сточных вод, в том числе:

- идентифицирование параметров качества, которые определяют ситуацию, способствующую загрязнению, не всегда является легким и оно является трудно прогнозируемым;

- эти параметры могут качественно и количественно изменяться в зависимости от природы сточных вод и места и с течением времени;

- стоимость датчиков и стоимость обработки сигналов, которые они генерируют;

- стоимость ремонта и обслуживания указанных датчиков.

Заявителю принадлежат патенты EP 1239943 и WO 01/41906, которые описывают способ химической микрокоагуляции для улучшения производительности мембран. Этот способ мембранной микрокоагуляции состоит в инжектировании выше по потоку от мембраны дозы У коагулянта (коагулянтов), которая в 30-80 раз меньше, и в варианте в 40-60 раз меньше дозы Х коагулянта (коагулянтов), доводящей дзета потенциал сточных вод до нуля. Другими словами У находится между Х/30 и Х/80 и в варианте между Х/40 и Х/60.

Специалистам в этой области известны коагулянты, не обладающие свойством очистки мембран.

Микрокоагуляция в соответствии с ЕР 1239943 может проводиться непрерывно, но такое ее осуществление не всегда является нужным или даже желательным, и во всех случаях не является технически и экономически оптимальным.

Во-первых, когда не имеется риска загрязнения мембраны, осуществление микрокоагуляции не является строго необходимым, и она может вызвать ненужные расходы на коагулянты. Во-вторых, приведение мембраны в контакт с коагулянтом (коагулянтами) может вызвать с течением времени деградацию мембраны.

Целью изобретения является, в частности, оптимизация времени, в течение которого осуществляется микрокоагуляция, и таким образом поддерживается срок службы мембраны, что представляет собой жизненно важный технико-экономический интерес.

Одной целью изобретения является оптимизация управления проведением микрокоагуляции мембраны - предупреждающей мерой, как функции эксплуатационной обратной связи от мембранной установки, т.е. как функции только измерения проницаемости, без необходимости добавления дополнительных датчиков для измерения качества сточных вод или т.п. Только эти датчики, которые вообще присутствуют как стандартные в мембранных установках (для измерения температуры, измерения скорости фильтрации и измерения трансмембранного давления), будут применяться.

Другой целью настоящего изобретения является таким образом оптимизация осуществления микрокоагуляции так, чтобы поддержать гидравлическую работу мембраны в течение времени. В этом отношении настоящее изобретение раскрывает оптимизированный, надежный и безопасный способ управления блоком мембранной фильтрации и открывает дорогу новой концепции, а именно концепции мембран с изопотоком и/или изопроницаемостью при температуре Т.

Как уже стало известно при рассмотрении известного уровня техники в этой области, резкое снижение проницаемости, скорректированное до эталонной температуры, является свидетельством, указывающим на загрязнение мембраны.

Хотя мембранная микрокоагуляция, описанная в ЕР 1239943, по-видимому является предупредительной процедурой, изобретателем было обнаружено, очень неожиданно, что микрокоагуляция восстанавливает работы закупоренной мембраны. Без вмешательства микрокоагуляции закупоренная мембрана потребовала бы проведения фазы исправляющей промывки, а именно химической промывки. Это особенно удивительное наблюдение является полностью новым.

В результате управление мембранной коагуляцией в такой же степени является удивительным, так как рекомендуется использовать запускающий фактор, чтобы ввести исправляющие меры (наблюдение загрязнения) для успешного осуществления предупреждающих мер (мембранной микрокоагуляции).

В соответствии с изобретением способ оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации, использующим мембранную микрокоагуляцию, включающий в себя по меньшей мере:

- измерение температуры сточных вод;

- измерение скорости фильтрации; и

- измерение трансмембранного давления,

отличается тем, что:

- инжекция коагулянта (коагулянтов) начинается каждый раз, когда проницаемость мембраны падает ниже пороговой величины; и

- инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны снова становится равной или большей стабильной величины проницаемости Lp₀ перед ее падением, в течение определенного времени выдерживания.

Мембранная проницаемость может быть скорректирована до эталонной температуры, и пороговая величина проницаемости составляет от 10 до 80% начальной мембранной проницаемости Lp_i при указанной эталонной температуре, при этом инжекцию коагулянта (коагулянтов) прекращают, когда мембранная проницаемость, скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или превышающей стабильную величину проницаемости Lp₀ перед падением ее при указанной эталонной температуре в течение заданного времени выдерживания.

Согласно другой возможности пороговая величина соответствует снижению на 10-40% проницаемости мембраны, скорректированной до эталонной температуры, за фиксированный промежуток времени, и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны, скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или большей, чем стабильная величина проницаемости Lp₀ перед падением при указанной эталонной температуре.

Инжекция коагулянта (коагулянтов) может начаться при падении проницаемости мембраны при действительной температуре сточных вод ниже пороговой величины между 10 и 80% от начальной проницаемости Lp_i мембраны при указанной температуре сточных вод, и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны при действительной температуре сточных вод снова становится равной или большей стабильной величины проницаемости Lp₀ при температуре сточных вод перед падением проницаемости мембраны.

Пороговая величина проницаемости мембраны может соответствовать от 10 до 40% падению проницаемости мембраны при действительной температуре сточных вод в течение фиксированного промежутка времени, и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны при действительной температуре сточных вод снова становится равной или больше стабильной величины проницаемости Lp₀ при температуре сточных вод перед падением величины проницаемости.

Эталонная температура обычно равна 20 или 25°С.

Фиксированный промежуток времени для изменения проницаемости может составлять от 10 минут до 5 дней, предпочтительно от 10 минут до 60 минут.

Инжекция коагулянта (коагулянтов) может быть прекращена, когда проницаемость мембраны снова становится и остается равной или большей стабильной величины проницаемости Lp₀ перед падением в течение времени выдерживания больше 12 часов.

Изобретение также относится к установке для оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации с микрокоагуляцией мембраны, включающей в себя:

- измерение температуры сточных вод;

- измерение скорости фильтрации; и

- измерение трансмембранного давления для осуществления способа, определенного выше, отличающейся тем, что:

- она включает в себя блок управления для управления инжекцией коагулянта (коагулянтов), соединенный со средством измерения температуры сточных вод, средством для измерения скорости фильтрации и средством для измерения трансмембранного давления, причем этот блок управления предназначен для:

- определения проницаемости мембраны и сравнения ее с пороговой величиной;

- запуска инжекции коагулянта (коагулянтов) каждый раз, когда проницаемость мембраны падает ниже пороговой величины; и

- прекращения инжекции коагулянта (коагулянтов), когда проницаемость мембраны снова становится равной или большей стабильной величины проницаемости Lp₀ перед падением, в течение заданного времени выдерживания.

Таким образом, результат осуществления мембранной микрокоагуляции состоит в том, что работа мембраны перед ее закупоркой восстанавливается и поддерживается.

В частности, изобретение предлагает запускать проведение микрокоагуляции при наблюдении:

- падения проницаемости мембраны при эталонной температуре ниже заданного порога. Предпочтительно этот порог составляет от 10 до 80% от начальной проницаемости мембраны при указанной эталонной температуре; и/или

- значительного падения проницаемости мембраны при эталонной температуре в течение заданного промежутка времени. Предпочтительно этот порог задается между 10 и 40% от проницаемости при указанной эталонной температуре в течение времени фильтрации в диапазоне от 10 минут до 5 дней.

Падение проницаемости мембраны при температуре сточных вод указывает на следующее:

- загрязнение мембраны; и/или

- падение температуры.

Помимо удивительного исправляющего эффекта при проведении мембранной микрокоагуляции другим наблюдением изобретателя является то, что эффект улучшения гидравлической работы мембраны может выгодно использоваться для компенсации негативного влияния падения температуры на гидравлическую работу мембраны: применение, которое никогда не было описано. В этом отношении посредством разумного проведения микрокоагуляции можно удивительным и новым образом обойти фундаментальный закон физики, который до этого препятствовал работе операторов мембранной техники.

Проведение микрокоагуляции, запускаемой/управляемой таким образом, дает возможность в соответствии с настоящим изобретением исключить негативное влияние падения температуры и/или увеличения закупоривающего характера сточных вод.

Управление мембранной микрокоагуляцией, оптимизированное в соответствии с настоящим изобретением, таким образом дает возможность поддержать гидравлическую работу мембраны независимо от температуры сточных вод и/или от изменений их закупоривающего характера.

Управление мембранной микрокоагуляцией, оптимизированное в соответствии с настоящим изобретением, позволяет проводить соответствующее периодическое использование указанного способа, разумно ограничиваемое только периодами, когда необходимо его проводить. Таким образом, этот способ управления дает возможность экономить коагулянты и выгодно сохранять срок службы мембраны.

Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что оно не требует добавления какого-либо оборудования к уже существующему в установках для мембранного фильтрования, а именно для измерения температуры сточных вод, скорости фильтрации и трансмембранного давления, с помощью которых рассчитывается проницаемость мембраны при температуре сточных вод и/или при эталонной температуре.

В результате этого настоящее изобретение не влечет за собой каких-либо инвестиций и расходов на обслуживание и ремонт дополнительных датчиков и не включает в себя всегда трудный выбор указанных датчиков, которые являются специфичными для каждого места, в зависимости от свойств сточных вод, усложняя тем самым работу.

Помимо устройств, рассмотренных выше, изобретение состоит из ряда других устройств, которые будут более понятно приведены ниже в отношении примерных воплощений, описанных со ссылкой на приложенные чертежи, но которые не являются каким-либо образом ограничивающими. В этих чертежах:

Фиг.1 является блок-схемой установки для проведения способа в соответствии с изобретением, использующей мембрану циркуляционного типа, заключенную в оболочку;

Фиг.2 является блок-схемой установки для проведения способа в соответствии с изобретением, использующей погруженную свободную мембрану;

Фиг.3 является графиком, показывающим изменение гидравлической работы мембраны и концентрации органического загрязнителя сточных вод с течением времени в соответствии с Примером 1; и

Фиг.4 является графиком, показывающим изменение в гидравлической работе мембраны и в качестве сточных вод как функции времени в соответствии с примером 2.

На фиг.1 и 2 одинаковые или сходные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

В установке, показанной на фиг.1, коагулянт инжектируется в 2 выше по потоку от мембраны в необработанную воду 1. Смесь необработанной воды и коагулянта затем фильтруется мембраной 4 в оболочке. Установка может, но не обязательно, включать в себя замкнутую линию 5 рециркуляции. Обработанную воду 3 отводят по трубопроводу.

В установке, показанной на фиг.2, коагулянт инжектируется в 2 выше по потоку от мембраны в необработанную воду 1. Смесь необработанной воды и коагулянта затем фильтруется через свободную мембрану 6, погруженную в бассейн, содержащий необработанную воду. Обработанная вода 3 удаляется посредством насоса Р.

Доза У коагулянта (коагулянтов), инжектированная в необработанную воду 1 выше по потоку от мембраны, от 30 до 80 раз меньше, и в варианте от 40 до 60 раз меньше дозы Х коагулянта, доводящей дзета потенциал необработанной воды 1 до нуля. Поэтому У составляет от Х/30 до Х/80 и в варианте от Х/40 до Х/60.

Установка включает в себя блок U управления, состоящий, в частности, из программируемого контроллера или компьютера. К этому блоку U подсоединены измерительные датчики для передачи информации о рабочих параметрах на указанный блок.

В частности, установка включает в себя по меньшей мере:

- датчик 7 для измерения температуры сточных вод 1;

- датчик 8 для измерения скорости фильтрации, закрепленный на трубопроводе для отвода обработанной воды 3; и

- один или больше датчиков 9 для измерения трансмембранного давления.

Выходы этих датчиков соединены с блоком U, который определяет на основе полученных результатов измерений мгновенное значение проницаемости мембраны.

Клапан 10, закрепленный на линии 2 подачи коагулянта, управляется блоком U, в котором установлена программа, являющаяся средством управления инжекцией, при этом:

- инжекция коагулянта (коагулянта) путем открытия клапана 10 начинается каждый раз, когда проницаемость мембраны, выборочно скорректированная до эталонной температуры, падает ниже пороговой величины между 10 и 80% от начальной проницаемости мембраны при указанной эталонной температуре; и

- инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается путем закрытия клапана 10, когда проницаемость мембраны, скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением проницаемости в течение заданного времени выдерживания.

Это время выдерживания предпочтительно больше 12 часов и эталонная температура составляет обычно 20 или 25°С.

В соответствии с вариантом пороговая величина проницаемости соответствует 10-40% снижению проницаемости мембраны, выборочно скорректированной до эталонной температуры, в течение фиксированного промежутка времени, и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны, выборочно скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или большей величины Lp₀ проницаемости перед ее падением.

Фиксированный промежуток времени для изменения проницаемости, запускающий проведение микрокоагуляции, обычно составляет от 10 минут до 5 дней, и предпочтительно от 10 минут до 60 минут.

Пример 1

Пример оптимизированного управления проведением мембранной микрокоагуляции основан на измерении проницаемости при 20°С.

Этот первый пример относится к фильтрации карстовой воды посредством промышленного аппарата ультрафильтрации, имеющего производительность 2000 куб.м в день. Это оболочковая мембрана с полыми волокнами, исходная проницаемость Lp₀ которой при 20°С составляет 300 л/ч·м²·бар, измеренная на питьевой воде, имеющей показатель закупорки (т.е. показатель плотности ила) 5%/мин, измеренный в соответствии со стандартом ASTM D 4189.95.

На фиг.3 показано изменение в гидравлической работе мембраны, как функции времени, отложенного на оси Х и выраженного в часах, и в зависимости от концентрации органических загрязнений. Проницаемость при 20°С, выраженная в л/ч·м²·бар, отложена на оси У с делениями на левой оси. Поток при 20°С, выраженный в л/ч·м², отложен на оси У с делениями на левой оси. Поглощение УФ света при 254 нм (в м^-1) необработанных сточных вод отложена на оси У с делениями на правой оси и представлена вертикальными полосами, соответствующими промежуткам времени измерения (в среднем через 24 ч).

Ресурс, характеристики которого приведены ниже в Таблице 1, является холодной водой (при температуре 8°С) с малой мутностью, которая по причинам, плохо понимаемым в настоящее время, подвержена внезапным повышениям органических загрязнений во время периодов дождей. Это загрязнение проявляет себя очень значительным повышением поглощения УФ лучей, измеренным при 254 нм, составляющим более 15 м^-1, что указывает на повышение концентрации больших ненасыщенных органических молекул. Не в дождливые периоды поглощение УФ света, измеренное при 254 нм, сравнительно постоянно с уровнем от 2 до 4 м^-1.

Таблица 1
Характеристики сточных вод   Минимальная величина Максимальная величина рН 7,5 7,9 Температура (°С) 7,5 8,5 Мутность (в нефелометрических единицах мутности, NTU) 0,5 21,0 УФ_254нм поглощение (м^-1) 2,2 15,5 Общее содержание органического углерода, TOC (мг С/1) 1,0 7,0

Не в периоды дождей гидравлическая работа мембраны стабильна и удовлетворительна при проницаемости Lp₀ при 20°С в интервале от 170 до 175 л/ч·м², для подаваемого фильтрующего потока при 20°С от 105 до 110 л/ч·м², что не требует проведения способа мембранной микрокоагуляции.

Напротив, в периоды дождей внезапное повышение органических загрязнений приводит к закупорке мембраны, что проявляется в падении проницаемости, хотя фильтрующий поток при 20°С поддерживается постоянным при 105 л/ч·м² и температура поддерживается постоянной при 8°С.

В контексте этого примера приблизительно на 108-м часе запускается проведение микрокоагуляции, когда проницаемость мембраны при 20°С падает до пороговой величины 120 л/ч·м², т.е.:

- пороговая величина эквивалентна 34% (120/350) Lp_i;

- или еще 30% падению на 96 часе от стабильной проницаемости Lp₀ при 20°С порядка 170 л/ч·м², соответствующей значительной закупорке мембраны.

Крайне удивительно, что тогда наблюдается быстрое восстановление проницаемости мембраны, возвращающееся приблизительно на 150-м часе к уровню, подобному измеренной проницаемости Lp₀ перед деградацией ресурса (т.е. 170-175 л/ч·м² при 20°С), в то время как поток поддерживается постоянным и уровень органического загрязнения ресурса остается очень высоким.

После времени выдерживания около 100 часов с проницаемостью, по существу находящейся при своей стабильной величине Lp₀ перед падением, микрокоагуляция останавливается.

Крайне удивительно, что когда микрокоагуляция прекращается приблизительно после 250 часов работы, проницаемость не падает сразу до своего самого низкого уровня, наблюдаемого ранее. Наоборот, наблюдается скорость загрязнения, аналогичная скорости загрязнения незагрязненной мембраны, что указывает на исправляющий эффект от проведения мембранной микрокоагуляции.

Микрокоагуляцию снова применяют приблизительно на 350-м часе и повторяются те же самые эффекты изменения проницаемости.

Это управление мембранной микрокоагуляцией особенно подходит для этого места. Это потому, что, учитывая малые габариты установки, она полностью автоматизирована и постоянный штат работников не приписан к этому месту. Так как установка расположена в горах, до нее также трудно добраться.

Автоматическое управление проведением микрокоагуляции в соответствии с настоящим изобретением поэтому дает возможность восстанавливать и поддерживать гидравлическую работу мембраны без вмешательства человека и «скомпенсировать» закупорку мембраны без вмешательства, для чего иначе потребовался бы оператор для проведения операции химической промывки.

Кроме того, при заданных габаритах установки стоимость качественных датчиков для управления ресурсами для регулирования работы указанного способа будет иметь значительное влияние на стоимость установки. Более того, для обслуживания и ремонта указанных датчиков потребуется использование ресурсов и квалификаций, которые в настоящее время не предлагаются для этой установки.

Пример 2

Пример оптимизированного управления мембранной микрокоагуляцией на основе измерения проницаемости мембраны при Т, действительной температуре сточных вод.

Пример, приведенный ниже, относится к испытанию, проведенному на опытном аппарате ультрафильтрации, использующему мембранный модуль из полого органического волокна с внутренним слоем, выпускаемый фирмой Aquasource.

Начальная проницаемость Lp_i мембраны при 20°С составляет 350 л/ч·м²·бар, т.е. после температурной коррекции около 270 л/ч·м²·бар при 10°С (измерение проводились на питьевой воде с SDI 6%/мин в соответствии со стандартом ASTM D 4189/95).

Эксперимент проводился на воде из реки Сена, температура которой была естественно 20°С, и она периодически охлаждалась для целей эксперимента до 10°С с использованием холодильника.

Качество воды из Сены во время испытания было следующим.

Таблица 2
Характеристики воды из Сены во время испытаний   Минимальная величина Максимальная величина рН 7,5 7,9 Температура (°С) 10 20 Мутность (NTU) 3,0 15,0 Поглощение УФ_254нм (м^-1) 3,0 7,0 TOC (мг С/1) 3,0 5,0

Результаты эксперимента с нижеприведенными комментариями показаны на фиг.4. Во время испытания поток, подаваемый на мембрану, был постоянный и был задан в 70 л/ч·м² при температуре Т. Точки измерения потока показаны крестиками на фиг.4. Точки измерения температуры показаны квадратами, а точки измерения УФ поглощения показаны темными кружками и точки измерения проницаемости мембраны показаны ромбиками.

На фиг.4 время отложено на оси Х. Проницаемость при Т°С, выраженная в л/ч·м²·бар, отложена на оси У с делениями на левой оси. Поток при Т°С, выраженный в л/ч·м², отложен на оси У с делениями на левой оси. УФ поглощение при 254 нм (в м^-1) необработанных вод отложено на У-оси с делениями на правой оси. Температура отложена на оси У с делениями на правой оси.

Во время фазы 1 температура сточных вод составляет 20°С и мембрана является свежей. Благодаря природе воды, проницаемость мембраны естественно падает от своей начальной величины Lp_i при 20°С порядка 350 л/ч·м²·бар, стабилизируется до величины Lp₀ при 20°С порядка 250 л/ч·м²·бар, т.е. в этом случае падение составляет около 71% от начальной проницаемости мембраны при температуре 20°С (250=0,71×350).

Во время фазы 2 вода из Сены охлаждается с помощью холодильника до температуры 10°С. Влияние падения температуры на вязкость воды поэтому приводит к прогрессивному падению проницаемости от около 23 до 25% в соответствии с известным уровнем этой техники, а характеристика воды из Сены, в частности уровень органических загрязнений, остается постоянным. Измерение проницаемости мембраны поэтому стабилизируется при температуре Т до уровня 190 л/ч·м²·бар.

На этой стадии мембранная микрокоагуляция в соответствии с изобретением осуществляется во время фазы 3 испытания. Изобретателем тогда было отмечено восстановление работы мембраны при 10°С до уровня, аналогичного уровню, полученному для сточных вод при 20°С. Проницаемость при 20°С в отсутствии микрокоагуляции поэтому аналогична проницаемости при 10°С с мембранной микрокоагуляцией, т.е.250 л/ч·м²·бар.

На этой стадии эксперимента охлаждение сточных вод прекращали и мембранную микрокоагуляцию приостанавливали приблизительно на пятнадцать дней (фаза 4), ожидая естественной деградации качества ресурса.

Во время фазы 5 эта деградация происходила с повышением органических загрязнений, с увеличением величины общего содержания органического углерода от 3 до 5 мг С/л и возрастанием поглощения УФ лучей при 254 нм от 3-4 до 5-7 м^-1. Такие изменения в этом ресурсе, хорошо известное изобретателю, указывает на закупоривающую способность воды.

В действительности наблюдается падение проницаемости мембраны и проводимое охлаждение сточных вод еще больше подчеркивало это падение проницаемости мембраны. Когда измерение проницаемости мембраны при 10°С доходило до величины 110 л/ч·м²·бар, т.е. до пороговой величины, равной 40% (110=0,4×270) от начальной проницаемости Lp_i мембраны при 10°С, то согласно изобретению запускается микрокоагуляция мембраны.

Фиг.4 поэтому иллюстрирует поразительное восстановление проницаемости мембраны при 10°С до 250 л/ч·м²·бар, при температуре проточной воды, при этом последующая работа мембраны поддерживается при уровне проницаемости, аналогичном уровню, полученному с менее закупоривающей водой и при сравнительно более высокой температуре в течение всей продолжительности фазы 6 испытания.

Этот пример иллюстрирует потенциал управления запуском мембранной коагуляции на основе проницаемости при действительной температуре проточной воды, устраняющей и таким образом компенсирующей влияние закупорки мембраны и/или падения температуры.

Этот способ управления открывает новые перспективы для стабилизации работы аппарата ультрафильтрации и направлен на обеспечение работы аппарата при одинаковом потоке и одинаковой проницаемости мембраны в течение всего года.

Изобретение не включает в себя специальную остановку производственного процесса за исключением чередующихся операций фильтрации и обратных промывок. Применяемые коагулянты не являются промывочными агентами, и они также не имеют ни окисляющих, ни дезинфицирующих свойств.

Изобретение относится к способу оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации, основанному на мембранной микрокоагуляции, который включает в себя одно измерение температуры сточной воды, одно измерение скорости фильтрующего потока и одно измерение трансмембранного давления. Инжекция реагента для коагуляции управляется блоком, когда проницаемость мембраны становится меньше пороговой величины, и управляемое прерывание инжекции реагента для коагуляции наступает, когда проницаемость мембраны снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением проницаемости во время заданного времени выдерживания. Изобретение обеспечивает оптимизацию время, в течение которого осуществляется микрокоагуляция, и таким образом поддерживается срок службы мембраны. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Способ оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации, использующий мембранную микрокоагуляцию, которая состоит в инжекции выше по потоку от мембраны дозы коагулянта (коагулянтов), которая в от 30 до 80 раз меньше дозы, доводящей дзета-потенциал сточной воды до нуля, включающий в себя по меньшей мере:
измерение температуры сточной воды;
измерение скорости фильтрации и
измерение трансмембранного давления, отличающийся тем, что
инжекция коагулянта (коагулянтов) запускается каждый раз, когда проницаемость мембраны падает ниже пороговой величины; и
инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением проницаемости в течение заданного времени выдерживания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проницаемость мембраны корректируется до эталонной температуры и пороговая величина проницаемости составляет между 10 и 80% от начальной проницаемости Lp_i при указанной эталонной температуре, причем инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны, скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением проницаемости при эталонной температуре в течение заданного времени выдерживания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговая величина соответствует снижению от 10 до 40% проницаемости мембраны, скорректированной до эталонной температуры, в течение фиксированного промежутка времени и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны, скорректированная до эталонной температуры, снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением проницаемости при эталонной температуре.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что инжекция коагулянта (коагулянтов) запускается падением проницаемости мембраны при действительной температуре сточной воды ниже пороговой величины от 10 до 80% от начальной проницаемости Lp_i при указанной температуре сточной воды и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны при действительной температуре сточной воды снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ при температуре сточной воды перед падением проницаемости.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговая величина соответствует от 10 до 40% падению проницаемости мембраны при действительной температуре сточной воды в течение фиксированного промежутка времени и инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны при действительной температуре сточной воды снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ при температуре сточной воды перед падением проницаемости.

6. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что эталонной температурой является 20 или 25°С.

7. Способ по п.3 или 5, отличающийся тем, что фиксированный промежуток времени для изменения проницаемости составляет между 10 мин и 5 днями.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что фиксированный промежуток времени для изменения проницаемости составляет между 10 и 60 мин.

9. Способ по любому одному из пп.1-5, отличающийся тем, что инжекция коагулянта (коагулянтов) прекращается, когда проницаемость мембраны снова становится и остается равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением в течение времени выдерживания больше 12 ч.

10. Установка для оптимизированного управления блоком мембранной фильтрации с мембранной микрокоагуляцией, которая состоит в инжекции выше по потоку от мембраны дозы коагулянта (коагулянтов), которая от 30 до 80 раз меньше дозы, доводящей дзета-потенциал сточной воды до нуля, включающая в себя, по меньшей мере:
измерение температуры сточной воды;
измерение скорости фильтрации и
измерение трансмембранного давления,
для проведения способа по любому одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что
она включает в себя блок управления (U) для управления инжекцией коагулянта (коагулянтов), соединенный со средством (7) для измерения температуры сточной воды, средством (8) для измерения скорости фильтрации и средством (9) для измерения трансмембранного давления, причем этот блок управления предназначен для
определения проницаемости мембраны и сравнения ее с пороговой величиной;
запуска инжекции коагулянта (коагулянтов) каждый раз, когда проницаемость мембраны падает ниже пороговой величины; и
прекращения инжекции коагулянта (коагулянтов), когда проницаемость мембраны снова становится равной или большей стабильной величины Lp₀ перед падением в течение заданного времени выдерживания.