При тупикової (фронтальної) фільтрації весь очищається розчин пропускається через мембрану. Знаходяться в ньому забруднення затримуються і накопичуються на мембрані (див. Розділ 2). Після забивання пір, коли тиск перевищить заданий поріг, мембрану замінюють. Цей метод можна застосовувати тільки при очищенні води з малою кількістю забруднень, відокремлюваних фільтром. Тому такі водопідготовчі апарати використовуються ісключітельнодля мікрофільтрації досить чистих розчинів.
Тупикова фільтрація реалізується в так званих картриджних (патронних) фільтрах, основою яких є змінний фільтруючий елемент - картридж, або патрон (див. Розділ 3). Мембрани з розмірами пор 0,1-10 мкм для затримання частинок таких розмірів коштують відносно дешево і тому вони використовуються одноразово.
В даний час світовими та вітчизняними виробниками розроблена і випускається величезна номенклатура картриджів з тонкістю фільтрації (рейтингом) від 0,05 до 10 мкм з самих різних матеріалів.
Вони бувають двох основних типів - з поверхневою і об'ємною фільтрацією. Останні не відносяться до мембранних технологій водопідготовки і тому тут не обговорюються. Перші використовують тонкошарову мембрану типу плівки або паперу. Вихідна вода пропускається через мембрану і всі частинки більші за неї пір, затримуються і накопичуються на її поверхні.
Основним завданням при створенні конструкції картриджів є підвищення якості очищення і збільшення грязеємність. Перше забезпечується створенням майже однакових пір, а друге досягається збільшенням робочої поверхні мембрани шляхом гофрування, що також знижує гідродинамічний опір і підвищує продуктивність.
Оскільки розмір пір відносно великий, опір таких мембран незначно. Втрати тиску складають, як правило, не більше 0,1-0,2 МПа. Продуктивність пропорційна додається тиску.
У міру забруднення проникність мембрани знижується, а перепад тиску (при забезпеченні постійної витрати) збільшується. Досягнення перепадом тиску критичного рівня сигналізує про необхідність заміни картриджа. Чим дрібніше отвори в мембрані, тим швидше вона забивається.
Вимоги до картриджів на увазі, що фільтр повинен не тільки забезпечити видалення частинок, але і виключити небезпеку привнесення хімічних забруднень від розчинення матеріалів, з яких він виготовлений.
Картриджі для мікрофільтрації випускаються на основі целюлозного і скляного волокна, поліефірсульфона, поліаміду, капрону, поліпропілену, гидрофобного і гідрофільного фторопласта.
Як зазначалося вище, матеріали, з яких виготовлений фільтруючий елемент, можуть бути гідрофобними і гідрофільними. Для процесів мікрофільтрації необхідно або використання гідрофільних матеріалів, або проведення гидрофилизации фільтруючого елемента перед його застосуванням.
Вплив недостатньої гидрофильности фільтра на його експлуатаційні характеристики залежить від характеру розподілу пор за розмірами. При наявності тільки маленьких пір розміром менше 0,5 мкм процес фільтрації практично неможливий, оскільки пори заповнені повітрям, який через капілярних ефектів (несмачиваемость) не може бути витіснений водою. При наявності порразлічних розмірів тільки великі пори заповнюються водою. Маленькі пори як і раніше заповнені повітрям і недоступні для фільтрації. В результаті використовується тільки частина поверхні або обсягу фільтра, що скорочує його продуктивність. Крім того, маленькі частинки забруднень, які повинні затримуватися дрібними порами, проходять через великі пори, і ефективність фільтрації виявляється нижчою за очікувану.
Розподіл заповнених водою пор за розмірами в частково (а) і повністю гидрофильной мембрані (б) показано на рис. 4.4. Видно, що в першому випадку частина самих дрібних пір заповнена повітрям і для фільтрації заблокована.
Можливість багаторазового висушування і змочування.
Здатність витримувати високі перепади тиску в прямому і зворотному напрямку.
Фільтрувальний матеріал являє собою пористу плівку з каландрірованного волокнистого поліпропілену без будь-яких добавок і домішок, разом із зовнішнім і внутрішнім дренажними шарами, виконаними з нетканого термоскріплення поліпропілену, укладений у вигляді порожнього циліндричного гофропакета висотою 250 мм і поміщений між зовнішнім і внутрішнім перфорованими каркасами.
Елементи висотою 500, 750 або 1000 мм отримують зварюванням 2, 3 або 4 елементів висотою 250 мм через перехідні деталі. Елементи будь-якої висоти мають одну тупикову кінцеву деталь, а іншу прохідну з відповідним типом адаптера. Кінцеві та перехідні деталі, зовнішні і внутрішні перфоровані каркаси елементів виконані монолітними з поліпропілену і герметично приварені до торців гофропакета.
Оскільки використовуваний матеріал гидрофобен, то мінімальний розмір пір обмежений 1 мкм.
4.3. Робочі характеристики елементів висотою 250 мм
Досягнення ідеальної чистоти при відмиванні елементів.
Відсутність будь-яких виділень органічного або неорганічного характеру в фільтрат.
Гофровані плівкові фільтруючі елементи ЕФП-400L на основі пористої плівки з суспензійного політетрафторетилену (марки Ф-4) без будь-яких добавок і наповнювачів призначені для видалення з рідин частинок розміром від 0,5 до 4 мкм.
Мікрофільтраційні гідрофільні фторопластові мембрани марки МФ з фторопласту-42 являє собою пористий плівковий матеріал на основі фторопласта Ф42Л, армований різними нетканих матеріалів (поліпропіленом, лавсаном) з розміром пір 0,05; 0,15; 0,25; 0,45; 0,65; 0,80 мкм і загальної пористістю 80-85%. Діапазон pH = 1-12. Максимально допустимий перепад тиску 0,5 МПа. Максимальна робоча температура 75 ° С (80 короткочасно).
Для збільшення терміну служби таких фільтрів, бажано попередньо видаляти основну масу великих суспензій, наприклад, на регенеріруемих засипних фільтрах або великих регенеріруемих сітках.
Картріджниє фільтри (див. Також главу 3)
У більшості обратноосмотічеськіх систем потрібна попередня «поліцейська» фільтрація з рейтингом 5 мкм, її призначення - запобігти потраплянню випадкових механічних частинок на обратноосмотические мембрани. У цих випадках застосування мембранної мікрофільтрації з одноразовими картриджами доцільно за економічними показниками. Для вирішення цього завдання, як правило, використовують механічні поліпропіленові картріджниє фільтри. Так, для установок ДВС-М / 150-8-54 (ЗАТ «НПК Медіана-Фільтр») продуктивністю 50 м 3 / год використовується 40 сорокадюймових поліпропіленових картриджів рейтингом 5 мкм, розміщених в фільтротримачем з нержавіючої сталі. На рис. 4.6 показані приклади використання фільтротримачем різної продуктивності, інтегрованих в промислові системи обратноосмотічеського знесолення.
Фільтри з рейтингом фільтрації 0,1-0,35 мкм встановлюються на всіх лініях розподілу знесоленої води в виробництвах медичних препаратів та електронних компонентів. Вони необхідні для видалення мікровзвесей і мікробіологічних забруднень - так звана фінішна стерилізуюча фільтрація.
