Расчет бака мембранного для водоснабжения: Расчёт объема мембранного бака для системы водоснабжения

Расчёт объёма бака-гидроаккумулятора при подаче воды в сеть водоснабжения | C.O.K. archive | 2020

Баки-гидроаккумуляторы (гидропневматические баки, гидробаки, мембранные баки и т. п.) широко используются в небольших системах водоснабжения, как на первом, так и на втором подъёмах. На первом подъёме бак-гидроаккумулятор выполняет обычно функцию сглаживания гидравлических ударов при пуске и остановке насоса (как правило, это погружной насос водозаборной скважины). Особенности работы гидроаккумулятора для такого случая рассматривались в [1].

На втором подъёме гидроаккумулятор является по сути напорно-регулирующей ёмкостью, позволяющей создать некоторый объём воды под давлением. За счёт этого объёма обеспечиваются небольшие расходы воды, что особенно важно при значительной неравномерности водопотребления. Также обеспечивается компенсация утечек воды, возникающих вследствие неплотностей в трубопроводах и водопроводном оборудовании, без включения подающего насоса возможно более продолжительное время. Баки могут устанавливаться и на «прямоточных» схемах водоснабжения, когда погружной насос скважины подаёт воду непосредственно водопотребителям — с системой очистки воды или без неё.

Подбор бака-гидроаккумулятора сводится к расчёту его объёма. Сложность этой задачи заключается в учёте сочетания одновременного изменения объёма и давления газа (воздуха) и воды в герметично закрытом от атмосферы корпусе бака. Если даже говорится, что расчё- том определяется частота включения насоса, в любом случае речь идёт именно об определении того резервного, буферного рабочего объёма, который может использоваться, как уже было сказано, для компенсации небольших расходов воды (разумеется, сугубо ограниченное время) и утечек из системы водоснабжения.

Далее приведены несколько формул для расчёта объёма гидробака (они же были приведены и в [1]):

W = qhr sp.i/(4n), (1)

где qhr sp.i — часовой расход воды, подаваемой насосом; n — допустимое число включений насосной установки в час, для установок с гидропневматическим баком n = 6–10;

 

где Q_max — максимальный расход воды, л/мин. ; pmax — максимальное давление, при котором насос отключается; pmin — минимальное давление, при котором насос включается; p0 — давление газа в гидроаккумуляторе; К — коэффициент, зависящий от мощности насоса; а — количество пусков системы в час.

Нетрудно заметить, что формула (1) избыточно упрощена — в ней даже не учитывается давление воды и воздуха. В формулы (2) и (3) входят значения верхнего pmax и нижнего pmin уровней давления воды в системе, давления воздуха внутри гидробака. При этом сложно оценить, на каких положениях основаны указанные формулы. Неясно, например, что означают коэффициенты 16,5 и К.

В частности, согласно пояснениям к уравнению (3), значение К тем больше, чем больше мощность подающего насоса: от К = 0,25 при мощности насоса 0,75–1,50 кВт до К = 0,875 при мощности 6,71–9,0 кВт. Можно признать логичным, что с ростом мощности насоса увеличивается и требуемый объём гидробака, но опять же неясно, на чем основана данная зависимость.

По сути, формулы (2) и (3) в большей степени эмпирические.

Выражения (2) и (3) объединяет также то, что значения давления воды в них представлены в степени «1″, что предполагает протекание в воздушной подушке гидробака изотермического процесса, при котором теплообмен с окружающей средой при изменении объёма и давления происходит достаточно быстро, а температура остаётся практически постоянной.

Однако бак-гидроаккумулятор в силу своей конструкции является достаточно замкнутой системой, где получение теплоты извне и её отдача во внешнюю среду весьма затруднены, что позволяет считать его работу более близкой к другому газовому процессу — адиабатическому, при котором система практически не обменивается теплотой с окружающим пространством. Уравнение адиабатического процесса записывается как:

pWk = const,

(4) где k — показатель адиабаты, для сухого воздуха k = 1,4.

В сети Интернет можно встретить [2] следующее уравнение для расчёта объёма гидробака W на основе адиабатического процесса:

 

где p0 — давление газа; p1 — нижний уровень давления воды; p2 — верхний уровень давления воды; ΔW — объём аккумулируемой воды.

По мнению автора, выражение (5) достаточно адекватно описывает работу бака-гидроаккумулятора, но нуждается в некоторых поправках и разъяснениях. Например, что значит «объём аккумулируемой воды»? Или что понимать под объёмом гидробака W — полный объём бака, включая объём, заполненный воздухом, либо только объём, занятый водой? Возможно, именно вследствие не вполне понятных величин ΔW и W уравнение (5) и не нашло широкого распространения. Следовательно, прежде всего необходимо составить расчётную схему бака-гидроаккумулятора (рис. 1).

Как правило, давление газа (воздуха) в баке доводится до уровня 1,5–2 атм (чем больше объём бака, тем больше и устанавливаемое давление воздуха). Обозначим его pг0 — исходное давление газа (воздуха). Соответственно, и воздух при созданном изначально давлении pг0 займёт объём Wг0. Изначальные давление и объём воды обозначим как pв0 и Wв0. Поскольку давление отделённых друг от друга эластичной мембраной воздуха и воды в баке в любом случае одинаково, то pг0 = pв0 (далее будем именовать его как p0). В свою очередь, общий объём гидробака составит W = Wг0 + Wв0.

Здесь необходимо отметить, что соотношение Wг0 и Wв0 зависит от конструкции бака, которая задаётся производителем. По имеющимся у автора данным (со слов одного из производителей баков) оно составляет 1:1, то есть по 50% воды и воздуха, хотя, разумеется, оно может быть и другим у иных торговых марок. Отношение объёма воздуха (газа) в баке Wг0 при давлении p0 к общему объёму W обозначим как

k_б = Wг0/W. В рассматриваемом случае k_б = 0,5.

Итак, при давлении воды в системе около 1,5 атм (или несколько ином случае, если в гидроаккумулятор накачано не равное 1,5 атм давление воздуха) вода будет занимать 50% объёма (либо несколько другое, что зависит от производителя данной модели бака).

Если верхний уровень давления p2 в системе, при котором, как правило, автоматика отключает подающий насос, задан выше давления pг0 = pв0 = p0 (в нашем случае 1,5 атм), то, согласно (4), соотношение объёмов Wг0 и Wг2 будет:

p0Wг01,4 = p2Wг21,4. (6)

Верхнее давление p2 относится, разумеется, и к воде, и к воздуху. Объём газа в баке составит Wг2 = W — Wв2, тогда:

 

где Wв2 — объём воды в баке при верхнем уровне давления p2.

Как правило, объём Wв2 больше, чем Wв0. Разница объёмов Wв2 и Wв0 составит ΔW2 = Wв2 — Wв0. Условно назовём объём ΔW2 «верхним». Тогда из (7) получаем:

 

Нижний уровень давления p1 в системе, при котором, как правило, автоматика включает подающий насос, соотносится с давлением p0 как

p0Wг01,4 = p1Wг11,4. (9)

Точно так же, как верхний уровень, нижний уровень давления p1 относится и к воде, и к воздуху. Объём газа в баке составит Wг1 = W — Wв1, тогда:

 

где Wв1 — объём воды в баке при нижнем уровне давления p1.

Предположим, что объём Wв1 меньше, чем Wв0 (хотя вполне возможна обратная ситуация). Разница объёмов Wв0 и Wв1 составит ΔW1 = Wв0 — Wв1. Условно назовём объём ΔW1 «нижним».

Тогда из (10) получаем:

 

Разумеется, в зависимости от условий давление p1 может быть больше или меньше p0 — тогда и объём Wв1 будет соответственно больше или меньше Wв0.

Аналогично можно сказать и о соотношении p2 и p0.

Объём ΔW, который можно назвать рабочим объёмом гидробака, складывается из «верхнего» и «нижнего» объёмов:

ΔW = ΔW2 + ΔW1, тогда:

 

Отсюда

 

Таким образом, рабочий объём гидробака ΔW для данной модели и типоразмера прямо зависит от предварительно накаченного в бак давления p0, верхнего и нижнего уровней давления воды p2 и p1.

Как известно, подавляющее большинство насосов имеет ограниченное допустимое количество пусков в час. При расчётном расходе в системе водоснабжения Q (о котором речь пойдёт ниже) и допустимом количестве пусков насоса n требуемый запасной объём воды должен быть не менее nQ.

Приравняв nQ к ΔW, получим:

 

Уравнения (14) и (14а) связывают, таким образом, все основные показатели работы системы водоснабжения с бакомгидроаккумулятором:

•  конструктивную особенность бака, которая выражается коэффициентом kб, учитывающим отношение объёма газа (воздуха) к полному объёму бака при равенстве изначально накаченного давления воздуха в баке p0 и давления воды в системе pг0;
• давление воздуха p0, изначально созданное в баке;
• верхний p2 и нижний p1 уровни давления воды в системе;
• рабочий объём бака ΔW; ? общий объём бака W;
• допустимое количество пусков насоса в час n;
• расчётный расход Q.

Выражения (14) и (14а) не учитывают сопротивление самой резиновой мембраны, которая обычно изготавливается из различных видов резины или EPDM.

Учёт данного параметра весьма затруднён вследствие значительного изменения модуля упругости резины или каучука при деформации. Оценить влияние мембраны возможно, по-видимому, с помощью поправочного коэффициента, определяемого путём натурных наблюдений за работой бака-гидроаккумулятора. При этом более или менее адекватно должен быть описан основной процесс работы гидроаккумулятора, который, по мнению автора, наиболее близок к адиабатическому газовому процессу.

Если провести оценку объёма бакагидроаккумулятора, исходя из выражений (2), (3), (14) и (14а), то возникает вопрос: в какой размерности следует подставлять значение расхода воды (вопроса относительно размерности давления не возникает, так как во всех указанных выражениях величины р делятся друг на друга)? Можно принять размерность для расхода воды в л/мин., как рекомендуется в пояснениях к формулам (2) и (3), рассмотрев получающиеся значения W на примере. Исходные данные для примерного расчёта приведены в табл. 1.

Примем изначально накаченное в бак давление воздуха равным р0 = 1,5 атм. Расчётный расход Qmax примем равным 5 м³/ч, что соответствует 1,4 л/с или 83,3 л/ мин., что является, в общем, небольшим расходом воды.

Значения давления рmax (p2) и pmin (p1) рассмотрим по трём вариантам:

1. рmax (p2) > p0, рmin (p1) < p0;

2. рmax (p2) > p0, рmin (p1) > p0;

3. рmax (p2) < p0, рmin (p1) < p0.

Результаты расчётов объёма бака-гидроаккумулятора, согласно (2), (3) и (14а) приведены в табл. 2.

Столь большой разброс полученных значений объёма бака-гидроаккумулятора указывает, очевидно, на несовершенство расчётной модели. Это несовершенство, как можно предположить, связано с тем, какие расходы воды следует подставлять в расчётные формулы, а также с тем, какие технологические задачи вообще решаются с помощью бака-гидроаккумулятора. На первый взгляд ответ очевиден: бак-гидроаккумулятор предназначен для снижения количества пусков подающего насоса.

Однако при каких ситуациях необходимость снижения количества пусков насоса наиболее актуальна? Маловероятно, чтобы такая необходимость наблюдалась в период наибольшего водопотребления, когда подающие насосы работают почти постоянно и с максимальной частотой вращения двигателей, если речь идёт об агрегатах с частотными преобразователями. Наоборот, если водопотребление незначительное, бак-гидроаккумулятор становится весьма полезным, ведь самые малые объёмы воды, забранной из водопровода потребителем, могут резко снизить давление в трубопроводной системе, чем вызвать автоматическое включение подающего насоса. То же самое можно сказать и об утечках из труб, которые аналогичным образом снижают давление в системе и вызывают автоматическое включение насосных агрегатов. Следовательно, перед выбором типоразмера бака-гидроаккумулятора нужно определить, какой расчётный расход будет данный бак компенсировать, и каков располагаемый рабочий объём бака ΔW будет при заданных значениях p0, р2 и р1.

При этом типовой ряд баков-гидроаккумуляторов не так уж велик. Например, у известной торговой марки Zilmet представлены баки объёмом 24, 35, 50, 60, 80, 100, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 и 5000 л.

В нормативных документах [3–5] показаны расчёты максимального секундного, максимального, среднего, минимального часового расходов. Примечательно, что в более новом СП 30.13330 в отличие от СНиП 2.04.01–85* отсутствует расчёт максимального секундного расхода в зависимости от вероятности действия сантехнических приборов, что, разумеется, говорит не в пользу нормативных документов, принятых в постсоветское время.

Покажем возможный порядок расчё- та системы водоснабжения с баком-гидроаккумулятором на примере. Например, в посёлке проживает 300 человек, норма водопотребления при централизованном горячем водоснабжении составляет 250 л/ сут. на человека. Среднесуточный расход, следовательно, составляет 75 м³/сут. Коэффициент максимальной суточной неравномерности Кmax. сут, согласно [5], примем 1,2; максимальный суточный расход будет Qmax.сут = 90 м³/сут. Коэффициент минимальной часовой неравномерности Кч.min определяется как произведение коэффициента αmin, учитывающего степень благоустройства зданий (αmin = 1,3), и коэффициента βmin, учитывающего число жителей в населённом пункте (βmin = 0,03). Тогда средний часовой расход составит Qср.ч = 3,75 м³/сут., минимальный часовой расход — 0,146 м³/ч = 0,041 л/с.

Предположим, что для системы водоснабжения указанного посёлка предусмотрены верхний уровень давления р2 = 2,7 атм., нижний уровень давления р1 = 2,2 атм. Тогда, согласно выражению (14), при давлении р0 = 1,5 атм рабочий объём ΔW для бака объёмом 100 л составит 5,2 л, для бака 300 л — 15,5 л, для бака 500 л — 25,9 л и т. д. Следовательно, время сработки объёма ΔW при минимальном расходе 0,041 л/с (при переводе из 0,146 м³/ч) составит 127 с (2,1 мин.), 378 с (6,3 мин.) и 632 с (10,5 мин.).

Разумеется, представленный расчёт времени сработки рабочего объёма ΔW носит приблизительный характер, потому что, во-первых, в расчёте не учтено влияние сопротивления мембраны; во-вторых, расчётный расход (в данном случае минимальный часовой, выраженный в л/с) не может быть неизменным продолжительное время. Кроме того, следует признать, что у автора не было возможности проверить, насколько точно работает выражение (14) в реальных условиях. Возможно, проверка данной формулы будет темой какой-либо исследовательской работы. Постановка опыта представляется несложной: необходимо зафиксировать изменение (снижение) давления на манометре гидробака и отслеживать по показаниям водомера объём воды, выталкиваемой из бака-гидроаккумулятора в трубопроводную систему.

Нужно сказать, что такое устройство, как бак-гидроаккумулятор, необходимо при довольно простой автоматизации без частотного преобразователя для электродвигателя насоса с использованием реле давления, которое просто включает насос при падении давления до нижнего уровня (давление р1) и отключает при росте давления до верхнего уровня (давление р2). Понятно, что без гидроаккумулятора падение давления от р2 до р1 произойдёт намного быстрее, чем без бака.

При использовании частотного преобразователя явная необходимость применения бака-гидроаккумулятора неочевидна, так как есть возможность вовсе не выключать подающий насос. Для этого в шкафу управления с частотным преобразователем следует установить так называемый «спящий» режим, когда требуемое максимальное давление при отсутствии водопотребления поддерживается минимально возможной для данного типа насоса частотой тока электродвигателя, например, 17–20 Гц. Однако такое решение, несомненно, связано с повышенным расходом электроэнергии.

Возможен и другой вариант, позволяющий снизить количество пусков насоса при одновременном использовании частотного преобразователя и бакагидроаккумулятора: с помощью шкафа управления можно увеличить время задержки выключения подающего насоса при достижении требуемого максимального давления и частоты тока 50 Гц. В результате за данный промежуток времени давление поднимается несколько выше установленного верхнего уровня р2, что создаёт определённый запас давления и объёма воды, который будет срабатываться при последующем водопотреблении или за счёт утечек.

На практике встречаются примеры, когда несколько баков-гидроаккумуляторов присоединяют к одному трубопроводу, образуя своеобразную «батарею» из баков, ради увеличения общего регулирующего объёма.

По аналогии с баком-гидроаккумулятором применение таких вроде бы морально устаревших сооружений, как водонапорные башни, вполне может быть оправдано даже при использовании частотного преобразователя для погружного скважного насоса. Вполне возможно, что при использовании водонапорных башен экономия электроэнергии будет значительней, чем при использовании баков-гидроаккумуляторов. Но подтвердить данное предположение могут только практические исследования.

Выводы

1. Общей формулой для расчёта объёма баков-гидроаккумуляторов для небольших насосных станций второго подъёма и прямоточных схем водоснабжения может, по мнению автора, служить следующее выражение:

 

основанное на уравнении адиабатического газового процесса. Правомерность данного уравнения необходимо проверить практическими исследованиями.

2. Для адекватного подбора бака-гидроаккумулятора необходимо определиться с расчётным расходом, который будет компенсироваться рабочим объёмом бака ΔW. Рабочий объём бака ΔW определяется общим объёмом бака W, его конструктивными особенностями, давлением воздуха р0, изначально накаченным в бак, верхним р2 и нижним р1 уровнями давления воды в системе.

3. Баки-гидроаккумуляторы для насосных станций второго подъёма и прямоточных схем, как правило, требуются в небольших системах водоснабжения с подающими насосами без частотного регулирования.

Мембранный бак водоснабжения AC-GPM 25CE – Сфера воды

Серия AFH (горизонтальный расширительный бак со сменной мембраной) представлена моделями расширительных баков вместимостью от 25 до 100 литров и предназначена для жилищных и промышленных систем, которые требуют высоких напорных характеристик. Имеется экспортная версия 10 бар. Гидроаккумуляторы могут быть выполнены по запросу заказчика в соответствии с основными международными требованиями. Горизонтальная модель мембранных баков оснащена универсальной площадкой для крепления насоса непосредственно к емкости. Конструкция накопительного бака выполнена из высокопрочной стали. Нетоксичная сменная мембрана для хозяйственно-бытовых нужд, достаточно гибкая для полного заполнения бака, таким образом, усиливающая эксплуатационные качества и обеспечивающая продуктивную деятельность мембранного бака.

Технические характеристики

• Специальная устойчивая покраска обеспечивает продолжительную защиту бака от коррозии.
• Полная изоляция воздуха и воды; контакт между водой и внутренней поверхностью мембранного бака отсутствует.
• Гидроаккумулятор подходит для хранения воды для гигиенических нужд (до 99°С)
• Рабочая температура -10 + 99С;
• Расширительный бак соответствует европейскому стандарту.

Назначение и область применения.

Баки предназначены для поддержания требуемого давления, сглаживания колебаний давления, компенсации гидравлических ударов и накопления запаса воды в системах холодного (в том числе питьевого по ГОСТ 2874-98) и горячего водоснабжения. Допускается использование накопительных мембранных баков включительно в системах отопления (по СНиП 2.04.07) с температурой теплоносителя не более 100ºС и давлением до 10 бар. Конструктивное исполнение баков предполагает их использование в качестве насосного, демпфирующего бака в составе насосной станции.

Технические характеристики:

Модель / Объем в л.	Диаметр, мм	Длина, мм	Высота, мм	Присоед. размер	Макс. рабочее давление, бар	Давление газовой подушки, бар	Срок службы, лет	Интервал рабочих температур, ºС
AC-GPM 25CE	270	470	290	3/4″	8	1,5	15	-10 +100
AFH 50 CE	400	515	425	1″	10	1,5	15	-10 +100
AFH 60 CE	400	675	480	1″	10	1,5	15	-10 +100
AFH 80 CE	400	765	480	1″	10	1,5	15	-10 +100
AFH 100 CE	500	720	585	1″	10	1,5	15	-10 +100

 

Устройство и принцип работы

Корпус расширительного бака (1) выполнен сварным путем из углеродистой стали. Внутри корпуса расположена сменная мембрана (2) из этилен-пропилен-диен мономера (EPDM), имеющая ступенчатую расширяющуюся форму.

Материал мембраны допущен к контакту с пищевыми жидкостями. Толщина мембраны увеличивается от входного патрубка (5) к тяге (6).

Такая конструкция мембраны предотвращает возникновение в ней критических растягивающих усилий и предотвращает мембрану от трения о стенки бака. Фартук мембраны закреплен между фланцами (3) с помощью болтов (4). Напротив входного патрубка (5) имеется тяга с патрубком (6), закрепленная гайкой. Патрубок связан с внутренней полостью мембраны и может служить для установки предохранительного клапана и воздухоотводчика. Патрубок имеет наружную дюймовую резьбу 3/4″ (для баков объемом до 100л). Давление газовой подушки может регулироваться с помощью ниппеля (7), закрытого пластиковой крышкой. Мембранные баки поставляются с азотной газовой подушкой с давлением, согласно таблице 1. Снаружи гидроаккумулятор покрыт термостабилизированной эпоксидной эмалью. Расширительный бак имеет приварные ножки (8) для горизонтальной установки и приварную площадку для крепления насоса.

Указания по монтажу бака

Мембранный бак должен устанавливаться в месте, доступном для обслуживания, в котором бак будет защищен от механических повреждений, вибраций и атмосферных воздействий.

К бесфланцевому патрубку расширительного бака может присоединяться группа безопасности, включающая предохранительный клапан, воздухоотводчик и манометр. В случае отсутствия группы безопасности этот патрубок мембранного бака должен быть заглушен.

Подключающий трубопровод должен подходить к гидробаку сверху во избежание попадания в мембранный бак воздуха.

Насос на приварную площадку бака должен устанавливаться с помощью болтов через резиновые прокладки, которые снижают передаваемые на расширительный бак вибрационные нагрузки.

Пример установки накопительного бака показан на рисунке.

Перед сдачей в эксплуатацию система подлежит гидравлическому испытанию. Каждый Расширительный бак проходит заводское испытание давлением, в 1,5 раза превышающем рабочее давление, указанное в таблице 1. Продолжительность заводского испытания повышенным давлением составляет 30 мин. Если при гидравлическом испытании системы предусматривается превышение приведенных параметров, то перед испытаниями Гидроаккумулятор должен быть отсоединен от системы и подводящий трубопровод заглушен.

Перед монтажом гидробака необходимо проверить манометром давление газовой подушки, которое должно соответствовать данным в таблице 1.

Если по расчету требуется изменить заводскую установку давления в газовой подушке мембранного бака, то для снижения давления, газ стравливается путем нажатия на клапан ниппеля, находящегося под пластиковой крышкой.

Для того, чтобы увеличить давление, к ниппелю присоединяется воздушный насос.

Указания по эксплуатации и техническому обслуживанию

При эксплуатации мембранного бака необходимо не реже 1 раза в месяц проверять давление газовой подушки. В случае отклонения от расчетных данных, давление следует откорректировать в соответствии с указаниями раздела 5.

В случае необходимости в замене мембраны, работы надлежит выполнять в следующей последовательности:

• перекрыть участок системы, на котором находится мембранный бак, и слить с него воду;
• отсоединить расширительный бак от подводящего трубопровода;
• разболтать контрфланец и снять его;
• через открывшееся отверстие накопительного бака вынуть мембрану;
• продуть внутреннюю полость гидроаккумулятора сжатым воздухом;
• подготовить к установке новую мембрану, для чего присыпать его наружную поверхность тальком;
• установить новую мембрану таким образом, чтобы фартук мембраны плотно прилегал к фланцу расширительного бака;
• установить на место контрфланец и заболтить его;
• произвести подкачку воздуха газовой подушки до расчетного значения, и присоединить мембранный бак к системе.

Возможные неисправности и способы их устранения

Возможная неисправность	Вероятная причина	Метод устранения	Примечание
Отсутствует давление газовой подушки. Подкачкой давление восстановить не удается	Неисправность ниппеля	Заменить ниппель	Проводится в сервисной организации
При попытке стравливания воздуха через ниппель, из него выходит вода	Нарушение герметичности мембраны	Заменить мембрану

Меры безопасности

Мембранный бак должен устанавливаться и обслуживаться персоналом, имеющим соответствующую квалификационную группу по технике безопасности.

Монтаж и демонтаж баков производится при отсутствии давления в трубопроводе.

Запрещается эксплуатировать расширительный бак в системе, не снабженной предохранительным клапаном. При этом установка клапана не должна превышать максимальное рабочее давление бака.

Упаковка, хранение и транспортировка.

Мембранные баки должны храниться в упаковке предприятия – изготовителя по условиям хранения 3 по ГОСТ 15150-69 .

Транспортировка баков должна осуществлять в соответствии с требованиями ГОСТ 6019-83 .

Транспортирование авиатранспортом допускается только в герметизированных отапливаемых отсеках.

Комплектность поставки

Мембранный бак в сборе-1шт.
Паспорт-1шт..
Упаковка-1шт.

Гарантийные обязательства

• Изготовитель гарантирует соответствие баков мембранных требованиям безопасности, при условии соблюдения потребителем правил использования, транспортировки, хранения, монтажа и эксплуатации.
• Гарантия распространяется на все дефекты, возникшие по вине завода-изготовителя.
• Гарантия не распространяется на дефекты, возникшие по вине потребителя в результате нарушения правил.

Подбор (Расчет) мембранного бака

Необходимый объем гидроаккумулятора может быть найден из условия соблюдения паспортного количества включений насоса за 1 час. Эта величина приводится в документации на насосы, и обычно составляет 12-15 включений в час.

Объем бака предлагается рассчитывать по формуле:

где n – количество включений насоса в час, 1/час;
Рmax – установленное абсолютное давление отключения насоса, бар;
Рmin – установленное абсолютное давление включения насоса, бар;
Рб – абсолютное давление газовой подушки в баке, бар. Давление газовой подушки рекомендуется устанавливать на 0,5 бар ниже, чем Рmin;
q – расчетный расход, л/сек.

Для определения расчетного расхода горячей или холодной воды можно использовать метод «единичных нагрузок». Этот метод предусматривает определение расчетного расхода на основе суммирования единичных нагрузок от каждого прибора в зависимости от назначения здания.

Для определения, вмещаемого в накопительный бак рабочего запаса жидкости можно воспользоваться формулой:

Vр = V(Pmax-Pmin)/Pmax

 

Гарантия 1 год.
Производство Италия
.

Подбор мембранного бака для системы водоснабжения

Перейти к содержимому

Новости:

Новый прайс-лист Lowara c 25.04.2022

Контакты:

☎ +7 (495) 545-06-22

✉ [email protected]

109 518, г. Москва, 1-й Грайвороновский проезд, д. 20 стр. 35

Сертификаты:

Xylem Lowara

Grundfos

каталог сайтов
NofolloW.Ru

В системе водоснабжения необходимо предусматривать установку мембранного гидробака, который будет ограничивать частоту включений насосов и сглаживать колебания давления.

Выбор типа и размера мембранного гидробака зависит от конкретной системы и, безусловно, должен выполняться специалистом-проектировщиком. Ниже приводятся таблицы с рекомендуемыми номинальными объемами мембранных гидробаков:

Принятые сокращения :
Pset — давление в рабочей точке (напор насоса плюс давление на входе в установку)
Q — номинальный расход одного насоса

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений в час nmax = 200. Мощность электродвигателя одного насоса менее 4 кВт.)

Q, м³/ч	Pset, 1 бар	Pset, 2 бар	Pset, 3 бар	Pset, 4 бар	Pset, 5 бар	Pset, 6 бар	Pset, 7 бар	Pset, 8
3	10	13	15	18	21	24	26	бар
5	16	21	25	30	35	39	44	29
10	32	42	51	60	69	79	88	49
15	49	63	76	90	104	118	132	97
20	65	83	102	120	139	157	176	146
32	104	133	163	193	222	252	281	194
45	146	188	229	271	313	354	396	311
64	207	267	326	385	444	504	563	438

 

Для установок без частотного преобразователя

(Число включений nmax=100. Мощность электродвигателя одного насоса более 5,5 кВт.)

Q, м3 /ч	Pset, 1 бар	Pset, 2 бар	Pset, 3 бар	Pset, 4 бар	Pset, 5 бар	Pset, 6 бар	Pset, 7 бар	Pset, 8 бар
3	19	25	31	36	42	47	53	58
5	32	42	51	60	69	79	88	97
10	65	83	102	120	139	157	176	194
15	97	125	153	181	208	236	264	292
20	130	167	204	241	278	315	352	389
32	207	267	326	385	444	504	563	622
45	292	375	458	542	625	708	792	875
64	415	533	652	770	889	1007	1126	1244

Для установок с частотным преобразователем минимальный объем мембранного бака равен 1/3 от значения в вышеприведенных таблицах

Также объем мембранного бака можно рассчитать используя формулу:

Обозначение	Описание
V	Номинальный объем мембранного гидробака, [л]
Q	Для установок без частотного преобразователя номинальная подача одного насоса, [м3/час]. Для установок с частотным преобразователем Q=25% от номинальной подачи одного насоса
pset	Давление в рабочей точке насоса (сумма давления на входе и давления, развиваемого насосом), [бар]
ΔP	Разница между значениями давления выключения и давления в рабочей точке, [бар]. Как правило выбирается 1.5 бара
k	Коэффициент, характеризующий давление настройки мембранного гидробака 0,7 для установок с частотным преобразователем; 0,9 для установок без частотного преобразователя
nmax	=допустимое число включений-выключений в час =200 при мощности электродвигателя менее 4 кВт =100 для электродвигателей мощностью 5,5 кВт и выше

Ваше имя:

Организация:

E-mail:

Телефон:

Введите текст сообщения:

Дополнительно можете прикрепить до 3-ёх файлов, размер каждого не должен превышать 5Мб:

Расширительные баки FLAMCO для отопления и водоснабжения

Euro €USD $РФ руб

Москва, 3-й Нижнелихоборский проезд 1А, стр. 6

 [email protected]

 +7(495) 369-17-94

КОРЗИНА

Корзина пуста

MOD_VIRTUEMART_CART_AJAX_CART_PLZ_JAVASCRIPT

• Главная
• Бойлеры. Водонагреватели. Баки
• Расширительные баки для отопления и водоснабжения
• Расширительные баки FLAMCO

Купить Расширительные баки FLAMCO по актуальным ценам можно в Москве и Московской области в случае самовывоза товара с нашего склада. Доставка осуществляется автотранспортными компаниями в любой регион России.

Голландская компания Flamco B.V. – один из крупнейших европейских производителей расширительных мембранных баков. Еще в 1962 году компания первой предложила по-настоящему революционное на тот момент решение — использование системы отопления закрытого типа, в которой температурное расширение компенсировалось мембранным расширительным баком собственной разработки Excon (впоследствии стал Flexcon).
Сегодня Flamco является частью холдинга Aalberts N.V., дочерними предприятиями которого являются такие известные производители теплотехнического оборудования, как Meibes и Simplex.

Подробнее…

Сортировка

Название +/-

артикул

Производитель

Цена товара

Показать40

артикул: 24349RU

Кол-во:

артикул: 24459RU

Кол-во:

артикул: 24559RU

Кол-во:

артикул: 24659RU

Кол-во:

артикул: 24749RU

Кол-во:

артикул: 24259RU

Кол-во:

артикул: 24809RU

Кол-во:

артикул: 16903RU

Кол-во:

артикул: 16117RU

Кол-во:

артикул: 16014RU

Кол-во:

артикул: 16020RU

Кол-во:

артикул: 16027RU

Кол-во:

артикул: 16037RU

Кол-во:

артикул: 16423RU

Кол-во:

артикул: 16053RU

Кол-во:

артикул: 16010RU

Кол-во:

артикул: 16083RU

Кол-во:

артикул: 16803RU

Кол-во:

артикул: 27950

Кол-во:

артикул: KRB-01

Кол-во:

артикул: KRB-02

Кол-во:

артикул: 27913

Кол-во:

артикул: 22390

Кол-во:

артикул: 28920

Кол-во:

артикул: 27914

Кол-во:

Расширительные баки FLAMCO для отопления и водоснабжения

В ассортименте продукции Flamco представлено множество моделей различных расширительных баков мембранного типа объемом от 2 до 8000 литров для систем питьевой воды и систем охлаждения и нагрева воды, самыми востребованными из которых являются:

1. Расширительные баки для систем водоснабжения Airfix R
2. Расширительные баки для систем отопления Flexcon R

Применение баков Flexcon обеспечивает компенсацию температурных расширений теплоносителя в системах отопления и поддержание необходимого рабочего давления
Все стальные резервуары и мембраны отличаются высочайшим качеством и содержат маркировку соответствия CE, так как соответствуют всем основным европейским стандартам.
Каждый корпус бака проходит заводскую проверку и опрессовку.
Мембрана крепится внутри бака между двумя половинами корпуса с применением зажимного кольца, что позволяет уменьшить площадь контакта воздуха и воды на мембране вдвое и значительно снижает проходимость газа, повышает надежность и общий срок службы бака и мембраны.

Flamco Airfix R Расширительные мембранные баки для систем водоснабжения.

Предназначены для компенсации температурного расширения теплоносителя и поддержания давления в системах горячего водоснабжения, а также в системах хозяственно-бытового водоснабжения для снижения количества включений насоса, предотвращения последствий гидравлических ударов и в качестве гидроаккумуляторов.

Технические характеристики:

• Емкость, литров: от 8 до 80
• Максимальное рабочее давление, бар: 10
• Максимально допустимая температура воды на мембране при длительной эксплуатации, °С: +70
• Минимально допустимая рабочая температура, °С: -10

Особенности конструкции:

• Полностью сварная конструкция бака
• Незаменяемая мембрана камерного типа
• Возможна настенная или напольная установка
• Фланец и резьбовое соединение из высококачественной нержавеющей стали

Преимущества гидроаккумуляторов Flamco Airfix R

• Надежные сварные соединения выполнены на автоматических сварочных аппаратах с применением сертифицированных материалов. При проверке соединений применяются также методы ультразвукового и радиографического неразрушающего контроля.
• Надежность подтверждена расчетом на прочность бака в соответствии с европейскими нормативами
• Рассчитанная толщина металла корпуса бака гарантирует надежную защиту от коррозии.
• Конструкция газового клапана предотвращает утечки предварительного давления и возможные повреждения
• Эпоксидное покрытие обеспечивает надежную защиту бака от воздействия окружающей среды
• Фланцы из нержавеющей стали гарантируют сохранение качества хозяйственно-бытовой воды, отсутствие коррозии, примесей, и запахов.
• Мембрана камерного типа из EPDM позволяет использовать Airfix R в системах водоснабжения, гарантируя отсутствие посторонних примесей и запахов.
• Усиленный пояс в месте крепления мембраны обеспечивает долгий срок эксплуатации бака Airfix R.

Flamco Flexcon R. Расширительные мембранные баки для систем отопления.

Предназначены для компенсации температурного расширения теплоносителя и поддержания давления в системах отопления и холодоснабжения.

Технические характеристики:

• Емкость, литров: от 8 до 1000
• Максимальное рабочее давление, бар: 6/10
• Максимальная допустимая температура на мембране при длительной эксплуатации, °C: +70 (для баков от 8 до 80 литров)
• Максимальная допустимая температура, °C: +110 (для баков от от 110 до 1000)
• Минимально допустимая рабочая температура, °С: -10
• Рабочая среда: вода или водно-гликолевые смеси с концентрацией гликоля не более 50%.

Особенности конструкции:

• Полностью сварная конструкция бака
• Незаменяемая мембрана камерного типа для баков от 8 до 80 литров
• Мембрана диафрагменного типа для баков от 110 до 1000 литров
• Возможна настенная или напольная установка
• Резьбовое соединение без покрытия готово к нанесению компаунда или уплотнительного материала
• В баках до 80 литров подключение к системе расположено снизу бака, что существенно увеличивает срок службы мембраны капсульного типа в отличие от конструкций баков с подключением сверху
• В баках свыше 110 литров подключение к системе расположено сверху бака, чем обеспечивается более удобное обслуживание (подключение к воздушной камере находится снизу), а также исключается проникновение воздуха в систему.
• Корпус и опоры (в баках напольного монтажа) выполнены из высококачественной углеродистой стали, покрытой порошковой краской красного цвета, RAL 3002
• Мембрана незаменяемая SBR (для баков от 110 до 1000 литров), EPDM (для баков от 8 до 80 литров)
• Клапан газовый из латуни
• Защитный колпачок газового клапана и резьбового ниппеля из пластика
• Фланец с ниппелем резьбовым/ниппель резьбовой из оцинкованной/углеродистой стали

Преимущества расширительных мембранных баков Flamco Flexcon R

• Надежность подтверждена расчетом на прочность бака в соответствии с европейскими нормативами
• Надежные сварные соединения выполнены на автоматических сварочных аппаратах с применением сертифицированных материалов. При проверке соединений применяются также методы ультразвукового и радиографического неразрушающего контроля.
• Рассчитанная толщина металла корпуса бака гарантирует надежную защиту от коррозии.
• Мембрана особой формы с повышенной прочности из SBR c крайне низкой проницаемостью для газов (для баков от 110 до 1000 литров)
• Конструкция и монтаж газового клапана предотвращают утечки предварительного давления и возможные повреждения
• Уникальная мембрана камерного типа из EPDM с усиленным поясом в месте крепления (для баков от 8 до 80 литров) обеспечивает срок эксплуатации бака до 10 лет
• Эпоксидно-порошковое покрытие для надежной защиты от воздействия окружающей среды

---

Наши специалисты помогут Вам подобрать, а также смонтировать расширительный бак, найдут приемлемое решение по цене.
Вы останетесь довольны, сотрудничая с нами!

Расширительный мембранный бак для водоснабжения | Устройство | Виды

Содержание

1. Устройство и функции расширительного бака
2. Расширительный бак как аккумулятор
3. Расширительный бак для бойлера
4. Нюансы самостоятельного монтажа
5. Как выбрать и подключить мембранный расширительный бак
6. Устройство и принцип работы мембранного бака
7. Рекомендации по выбору
8. Как правильно установить мембранный бак
9. Баки для систем отопления
10. Виды мембранных баков
11. Правильный выбор прибора
12. Как выбрать объем бака
13. Использование расширительного бака для защиты от гидроудара
14. Особенности конструкции
15. Требования и рекомендации по установке мембранного бака
16. Настройка давления бака в системе водоснабжения
17. Регулировка гидробака в обвязке водонагревателя
18. Борьба с гидроударами
19. Расчет объема гидроаккумулятора: видео
20. Зачем нужен расширительный бачок
21. Расширительный мембранный бак для водоснабжения: функциональные особенности и тонкости подключения
22. Функции и принцип работы
23. Виды мембранных баков
24. Особенности выбора бака
25. Схема подключения бака
26. Инструкция по наладке оборудования
27. Расширительный бак для водоснабжения — принцип работы
28. Схемы подключения гидробаков
29. Установка и подключение
30. Выполнение установки расширительного бака
31. Преимущества баков закрытого типа
32. Правила обслуживания гидробака
33. Гидробак открытого типа

Устройство и функции расширительного бака

Расширительный бак предназначен для поддержания давления в системе подачи воды. Чаще всего для водоснабжения используется закрытое оборудование мембранного типа. Оно представляет собой емкость, внутри которой установлена резиновая мембрана. Она делит устройство на две камеры: воздушную и водную. После запуска системы электронасос заполняет последнюю водой. Объем воздушной камеры при этом уменьшается. Чем меньше объем воздуха в баке, тем выше давление.

В качестве расширительного бака для системы водоснабжения используется конструкция мембранного типа. Резиновая диафрагма делит устройство на две камеры: воздушную и водную

Как только оно превысит запрограммированную отметку, насос будет автоматически отключен. Включится же он только после того, как давление упадет ниже минимальной запрограммированной отметки, при этом вода начнет поступать из водяной камеры бака. Цикл «выключение-включение» повторяется автоматически. Давление в системе можно проверить по манометру, который может быть установлен на оборудовании. Устройство можно настроить, выбрав предпочитаемый диапазон рабочего давления.

Читайте также:  Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий

Установленный в системе водоснабжения мембранный расширительный бак выполняет сразу несколько функций:

• Поддерживает давление при отключенном насосе.
• Защищает систему от возможного гидравлического удара, спровоцированного перепадами напряжения в сети или попаданием в трубопровод воздуха.
• Сохраняет под давлением некоторое количество воды.
• Защищает насосное оборудование от преждевременного износа.

Использование расширительного бака дает возможность при малом водопотреблении не включать насос, а покрывать потребности в воде за счет жидкости, хранящейся в баке.

Расширительный бак как аккумулятор

Емкость подключается к системе с целью накопления дополнительной воды на тот случай, если водоснабжение прекратится. Принцип действия такой: бачок соединяется патрубком с трубами водопровода в любой точке, и при открытии крана вода начинает заполнять емкость. На соединении установлен обратный клапан, не позволяющий воде выливаться обратно.

Как только жидкость попадает внутрь, мембрана начинает двигаться вверх до тех пор, пока давление сжатого воздуха над ней не сравняется с давлением воды в системе. Стоит учитывать, что полезный объем бака составляет примерно половину от общего. В моменты отключения подачи водоснабжения, жидкость можно выкачивать из емкости через другой клапан.

Расширительный бак для бойлера

Вода имеет свойство расширяться при нагревании. Когда повышается ее температура, объем начинает возрастать. Так как емкость нагревательной системы изначально заполнена полностью, избыточная жидкость вытекает.

Чтобы избежать потерь воды, дополнительно используют расширительный бачок, устанавливаемый над бойлером. Он принимает в себя излишек. Полезное пространство внутри бака должно составлять примерно 10% от объема бойлера.

Нюансы самостоятельного монтажа

Подключение мембранного бака для водоснабжения в зависимости от его типа может быть выполнено в вертикальном или горизонтальном варианте. Особых отличий между этими двумя группами резервуаров нет. Делая выбор, ориентируются на параметры помещения, предназначенного для размещения оборудования.

При установке мембранного бака для водоснабжения придерживаются ряда рекомендаций:

1. Резервуар располагают так, чтобы при необходимости обслуживания к нему был беспрепятственный доступ.
2. Следует предусмотреть выполнение демонтажа соединительных труб для ремонта или замены.
3. Диаметр подсоединяемого водопровода не должен быть меньше диаметра патрубка.
4. Чтобы не допустить электролитической коррозии, резервуар необходимо заземлить.

Бак монтируют со стороны всасывания насоса. На участке между насосом и точкой подключения исключают все элементы, которые могут создать в системе большое гидравлическое сопротивление.

Решить проблему с тем, как накачать расширительный бак в системе водоснабжения, когда величина давления в нем упала ниже определенной отметки, поможет любой воздушный насос — автомобильный, велосипедный или другой. Для этого шланг насоса подсоединяют к золотнику на баке.

Расширительный бак – обязательный элемент каждой автономной водоснабжающей конструкции. Этот резервуар, благодаря наличию мембраны, не только поддерживает требуемое давление в системе, но и препятствует преждевременной поломке насосного оборудования и сохраняет некоторый запас воды.

Однако все вышеперечисленные функции прибор будет выполнять при условии, что он был грамотно выбран с учетом рекомендаций и правильно смонтирован. Поэтому при отсутствии навыков подобного вида работ и незнания принципа работы мембранного бака для водоснабжения, лучше доверить его установку специалистам, которые быстро, качественно и в кратчайшие сроки все сделают.

Читайте также:  Классические методы для соединения металлических труб без сварки

Как выбрать и подключить мембранный расширительный бак

В нынешнее время в качестве компенсирующего устройства для теплоносителя большую популярность обрел мембранный расширительный бак.  Самотечные отопительные системы с естественной циркуляцией применяются достаточно редко, а потому и открытые емкости постепенно уходят в прошлое. В подобных аппаратах нуждаются и современные системы водоснабжения, где установлены насосные станции и бойлеры косвенного нагрева. В данном материале будет рассказано, как выбрать и подсоединить такой бачок к той или иной системе.

Устройство и принцип работы мембранного бака

Начнем с того, что конструктивно аппараты, предназначенные для отопления и водоснабжения (гидроаккумуляторы), имеют некоторые отличия и путать их между собой нельзя. В то же время принцип работы мембранного бака одинаков вне зависимости от его конструкции.

Читайте также  Распределительный колодец водоснабжения

Общее устройство подобных резервуаров следующее: внутри герметичного металлического корпуса цилиндрической формы находится резиновая мембрана (в народе – «груша»). Она бывает двух типов:

• в виде диафрагмы, разделяющей внутреннее пространство примерно пополам;
• в виде груши, своим основанием прикрепленной к входному патрубку для воды.

Примечание. Второй тип мембран подлежит замене, для этого надо раскрутить фланец патрубка. Первый тип заменить нельзя, только вместе с корпусом.

Различие между сосудами для разных систем состоит в том, что мембранные расширительные баки для систем отопления наполняются теплоносителем, контактирующим изнутри с металлическими стенками. В емкостях для водоснабжения вода никогда не соприкасается с металлом, а в некоторых моделях даже предусмотрена промывка «груши». Данные модификации рекомендованы к применению в сетях питьевого водоснабжения.

Еще одно отличие заключается в том, что мембраны для расширительных баков для воды изготавливаются:

• из пищевой резины;
• приспособленными к более высокому давлению, чем для отопительных.

Соответственно, «груша» в резервуаре для систем отопления адаптирована для работы при более высокой температуре. Сам же принцип действия аппаратов прост: под воздействием внешних сил (теплового расширения или воздействия насоса) емкость наполняется водой и растягивает мембрану до известных пределов. Увеличение «груши» с другой стороны ограничивает воздух, находящийся под определенным давлением. Для создания этого давления устройство бака предусматривает специальный золотник.

Когда внешнее воздействие прекращается и давление в сети трубопроводов падает из-за водоразбора или остывания теплоносителя, то мембрана постепенно выталкивает воду обратно в систему.

Рекомендации по выбору

Начнем с того, что мембранный расширительный бак для водоснабжения нельзя применять в отопительных сетях и наоборот. Причина – в каждой из систем свое давление и температура, а также требования к качеству воды. Между тем они внешне очень похожи, производители даже умудряются красить корпуса баков в один цвет (чаще всего – в красный). Как же отличить?

На каждом изделии прикреплена табличка с надписями – шильдик. На ней – вся информация, что нам необходима. Когда на шильдике написано, что максимальное рабочее давление составляет 10 Бар, а температура – 70 ºС, то перед вами – расширительный бак для холодного водоснабжения. Если же надпись гласит, что максимальная температура – 120 ºС, а давление – 3 Бар, то — это мембранный бак для отопления, все просто.

Второй критерий выбора – объем резервуара, он определяется таким образом:

• для отопительной системы: рассчитывается общее количество теплоносителя в домовой сети и от него берется десятая часть. Это и будет вместительность бака с запасом;
• для водоснабжения: здесь объем сосуда должен обеспечивать комфортную работу водяного насоса. Последний не должен включаться и отключаться чаще, чем 50 раз в час. Точнее определить цифру вам поможет торговый представитель;
• для ГВС (бак для бойлера). Принцип тот же, что и с отоплением, только надо взять десятую часть от вместительности бойлера косвенного нагрева;

Внимание! Для компенсации теплового расширения воды в бойлере надо брать бачок, предназначенный для водоснабжения.

Как правильно установить мембранный бак

От того, насколько правильно будет установлен и подключен расширительный бак мембранного типа, зависит не только работоспособность той или иной системы, но и срок службы резервуара. Первое, что следует сделать – поставить и закрепить бачок к стене или полу в том положении, каком требует его инструкция по эксплуатации. Если в ней об этом ничего нет, то ниже по тексту мы уточним этот вопрос.

Второй момент – на подводящей трубе необходимо установить отсекающий кран. Закрыв его, вы всегда сможете снять мембранный напорный бак для ремонта или замены. А чтобы при этом не залить полы помещения топочной, между отсекающим краном и емкостью стоит предусмотреть сливной штуцер и еще один кран. Тогда появится возможность опорожнить бак перед снятием.

Баки для систем отопления

В ситуации, когда документация на бачок не предписывает, как правильно сориентировать его в пространстве, мы посоветуем ставить резервуар всегда входным патрубком вниз. Это позволит на некоторое время продлить ему работу в системе отопления в том случае, если в диафрагме появится трещина. Тогда воздух, находящийся вверху, не поспешит проникать в теплоноситель. А вот когда бак перевернут вверх ногами, то более легкий газ быстро перетечет сквозь трещину и попадет в систему.

Не принципиально, куда подключать подводку бачка – к подаче или обратке, особенно если источник тепла – газовый или дизельный котел. Для твердотопливных отопителей монтаж компенсирующего сосуда на подаче нежелателен, лучше присоединить его к обратке. Ну и в конце требуется настройка, для чего устройство расширительного мембранного бака предусматривает сверху специальный золотничок.

Полностью собранную систему надо заполнить водой и стравить воздух. Затем измерить давление около котла и сопоставить с давлением в воздушной камере бачка. В последней оно должно быть на 0.2 Бар меньше, чем в сети. Если это не так, надо его обеспечить, спустив или накачав воздух в мембранный бак для воды через золотник.

Виды мембранных баков

Различают два вида расширительных мембранных резервуаров:

• С заменяемой мембраной – модели, подразумевающие возможность смены резиновой мембраны. При первой же необходимости ее можно вынуть через фланец, раскрутив его болты. В крупных баках мембрана дополнительно зафиксирована к ниппелю, что позволяет стабилизировать прибор, но и в этом случае ее можно без проблем снять с креплений на задней части.

Мембрана для гидроаккумулятора

• Со стационарной мембраной – баки, в которых разделительная мембрана закреплена максимально жестко и не подлежит замене. Если она выйдет из строя, менять придется весь прибор. Цена таких расширительных резервуаров ниже, чем стоимость моделей предыдущего вида, но о полноценном удобстве эксплуатации тут говорить не приходится.

Совет. Выбирая между сменной и стационарной мембраной, учитывайте один важный фактор: в первом случае вода полностью находится в мембране и не вступает в контакт с внутренней поверхностью бака, что исключает коррозионные процессы, а во втором случае контакт сохраняется, поэтому добиться максимальной защиты от коррозии невозможно.

Правильный выбор прибора

Подбирая модель с необходимыми функциями и объемом, учитывайте тот факт, что от общего объема бака зависит периодичность работы насоса.

Ведущей характеристикой для любого бака является не функционал, а его объем.

При этом для каждой системы водоснабжения есть критерии, которыми нельзя пренебречь, а именно:

1. Количество постоянных пользователей водой. (Ежедневное использование).
2. Количество точек для водозабора. (Приборы, краны и прочие сантехнические устройства).
3. Приблизительная периодичность пользования водозаборными точками в одно и то же время.
4. Цикл «включение – выключение». Нужно точно знать предел этого цикла за один час у вашего насоса.

Приблизительный расчет:

При расчете на трех постоянных потребителей устанавливают бак с общим объемом в 20-24 литра. Однако насосное оборудование должно производить приблизительно 2 кубометра за час.

При расчете на четырех постоянных пользователей с запасом лучше установить оборудование от 50 литров. Производительность насоса в этом случае примерно 3,5-3,7 кубометра в час.

Если потребителей более 10 человек, то необходим бак не менее 100 литров, а насосное оборудование с показателем более 5 кубометров в час.

Чтобы избежать поломки и недешевого ремонта, нужно внимательно ознакомиться с фирмой-производителем.

В этом выборе гнаться за более дешевым и сомнительным брендом не нужно. Неправильная экономия может в дальнейшем привести к поломкам.

Модели с низкой розничной ценой внутри выполнены, как правило, без брака. Но расходные части всегда из наиболее дешевых материалов.

Лучше поинтересоваться про материал, из которого изготовлена мембрана. Её экологичность и стабильность улучшат комфорт, а также срок службы системы.

Как выбрать объем бака

Объем бака выбираете произвольно. Никаких требований или ограничений нет. Чем больше объем бака, тем больший запас воды у вас будет на случай отключения и тем реже будет включаться насос.

При выборе объема стоит помнить, что тот объем, который стоит в паспорте — это размер всей емкости. Воды в ней будет почти в половину меньше. Второе что надо иметь в виду — это габаритные размеры емкости. Бак на 100 литров это приличная такая бочка — около 850 мм высотой и 450 мм в диаметре. Для нее и обвязки надо будет где-то найти место. Где-то — это в помещении, куда приходит труба от насоса. Там обычно и устанавливают все оборудование.

Объем выбирают исходя из среднего расхода

Если чтобы выбрать объем гидроаккумулятора вам требуются хоть какие-то ориентиры, посчитайте средний расход с каждой точки водоразбора (есть специальные таблицы или можно посмотреть в паспорте к бытовой технике). Все эти данные суммируйте. Получите возможный расход в том случае, если все потребители будут одновременно работать. Потом прикиньте, сколько и каких одновременно устройств может работать, посчитайте сколько в этом случае за минуту уйдет воды. Скорее всего к этому времени вы уже придете к какому-то решению.

Чтобы было немного проще, скажем, что объема гидробака в 25 литров хватает на обеспечение нужд двух человек. Он обеспечит нормальное функционирование совсем небольшой системы: кран, унитаз, мойка и небольшой водонагреватель. При наличии другой бытовой техники емкость надо увеличивать. Хорошая новость в том, что если вы решите, что имеющегося резервуара вам недостаточно, можно всегда установить дополнительный.

Использование расширительного бака для защиты от гидроудара

При резком включении насоса, подающего воду, а так же при резком перекрытии трубопровода возникает гидроудар – скачок давления, который может повредить как трубопровод, так и оборудования. Расширительный бак в этом случае сработает как демпфер: под действием избыточного давления мембрана растянется, объём водяного отсека увеличится, а давление упадёт.

Гидроудар в трубопроводе — это резкое изменение скорости потока воды, возникающее при мгновенном перекрытии трубы, в результате чего возникает скачок давления, который может повредить трубу или запорную арматуру.

Для чего нужен гидроаккумулятор? Это устройство, которое используется в системах водоснабжения для хранения некоторого количества воды под давлением и при выключенном насосе обеспечивает давление воды и возможность некоторое время потреблять воду.

Реле давления воды – это устройство автоматизации системы водоснабжения, которое обеспечивает автоматическое включение насоса при падении давления и выключение — при достижении нужного давления.

Особенности конструкции

Для начала стоит упомянуть о том, что все аппараты подобного типа имеют существенные конструктивные различия, поэтому путать их между собой не стоит. А вот принцип функционирования мембранного бачка одинаков, в не зависимости от его конструктивных особенностей. Внутри устройства обязательно будет находиться грушевидная прорезиненная мембрана (может иметь цилиндрическую форму). Может встречаться как в виде груши, основание которой будет прикреплено к патрубку входа воды, так и в виде диафрагмы (условно деля имеющееся пространство на две равные части).

Основные отличия между емкостями заключается в том, что мембранные заполняются теплоносителями, которые контактируют со стенками резервуара. А вот для тех бачков, которые используются для водоснабжения, теплоноситель никогда не будет соприкасаться со стенками. Особенно дорогостоящие модели даже оснащены автоматическими устройствами, которые будут регулярно проводить промывку груши. Столько необычное устройство является неотъемлемой частью оборудования, которое отвечают за поставку питьевой воды. Также к отличительным особенностям можно отнести и материал, который используется для изготовления бачков для воды:

• они могут быть изготовлены из привычной пищевой резины;
• способные выдержать давление большее, нежели в устройствах, которые предназначены для отопления.

Лучше остальных адаптированы под высокие температуры груш. Принцип функционирования достаточно прост – под воздействием внешних факторов емкость будет наполняться водой, что приведет к растяжению мембраны до установленных пределов. Другая сторона груши не допустит того, чтобы воздух попал во втору половину, которая будет находиться под определенным давлением. Для того, чтобы в бачке присутствовало оптимальное давление, дополнительно устанавливается золотник. В момент, когда прекращается воздействие внешних факторов давление трубопровода снижается (теплоноситель остывает), мембрана начинает потихоньку выталкивать жидкость обратно.

Требования и рекомендации по установке мембранного бака

Монтаж оборудования можно выполнить самостоятельно, следуя инструкции. При работе придерживаются требований по установке:

1. Первый этап – выбор места. Необходимо обеспечить свободный доступ к резервуару для обслуживания. Удачным местом считается участок обратной магистрали между насосом и котлом.
2. Для безопасности закрытого контура потребуется установка предохранительного клапана, воздухоотводчика, манометра и термометра.
3. Перед входным патрубком устанавливают дренажный кран для спуска воды из емкости.
4. На участке, соединяющем бачок и систему отопления, нельзя устанавливать фильтры.
5. Перед подключением оборудования проверяют давление газового пространства. При необходимости подкачивают воздух.
6. Бак не должен располагаться в помещении с минусовой температурой.

Резервуар надежно закрепляется на стене, при этом на него не должна оказываться дополнительная нагрузка. Модели большого объема монтируются на пол. Рекомендуется схема подключения с расположением входного патрубка снизу. Специалисты советуют выполнить разъемное соединение патрубка и сливного крана перед ним. В случае необходимости расширительный бак легко демонтируется.

Настройка давления бака в системе водоснабжения

Изначально на момент продажи в гидробаках для водопроводных систем в камере гидробака имеется стандартное давление в 1,5 бар. В инструкции по применению указывается допустимый диапазон, за который не рекомендуются выходить, особенно в сторону увеличения.

Чтобы правильно установить оптимальный режим для гидробака, за основу берут следующие рекомендации:

1. Регулировку давления воздуха в расширительном баке выполняют после отключения энергоснабжения.
2. Вентили должны быть перекрыты. Воду сливают, оставляя емкость пустой.
3. Фиксируют давление воздуха в расширительном баке при помощи манометра.
4. В случае несоответствия воздух накачивается либо стравливается до достижения показателей, установленных производителем.

При производстве гидробаков вместо воздуха используют инертные газы, чтобы исключить появление очагов коррозии. При регулировке вручную давление делают на 10% ниже, чем того требует производитель.

Следует помнить, что после включения насоса рабочая камера гидробака наполнится водой, а уже потом достигнет потребителя. Если давление воздуха падает, напор нестабильный. А когда оборудование работает в штатном режиме, он постоянен, и не меняется в процессе пользования системой.

Регулировка гидробака в обвязке водонагревателя

Здесь есть одна особенность. Такие гидробаки должны иметь рабочее давление воздуха чуть выше, а именно, на 0,2 бар выше, чем написано в инструкции.

Так, если насос выдает 3,5 бар, гидробак настраивается на 3,7 бар. Первая проверка работоспособности и настройка выполняется перед запуском системы, пока емкость не заполнена теплоносителем.

Отсутствие жидкости в камере – нормальный режим работы. А заполняется она только когда вода в трубах нагревается. Нехватка давления воздуха в расширительном баке приводит к тому, что теплоноситель заполняет резервуар, что является нарушением эксплуатационных требований. В этом случае необходимо отключить и спустить систему, а затем настроить гидробак заново.

Борьба с гидроударами

Функция: гашение гидроударов.

Подключение: на вводе ХВС и/или ГВС без дополнительной арматуры. При коллекторной разводке труб мембранные бачки небольшого объема подключаются к коллекторам водоснабжения.

Бачок для гашения гидроударов установлен на коллекторе

Расчет объема гидроаккумулятора: видео

Зачем нужен расширительный бачок

Монтаж подобного устройства позволяет одновременно решить две несущие задачи технического характера, такие как:

• способствует меньшему количеству используемых циклов (выключение и включение) насоса, что позволяет увеличить срок его эксплуатации;
• позволяет защитить устройство от возможных гидравлических ударов, которые могут указать на завоздушенность устройства или наличие перепадов в электрической сети. Эти моменты могут сделать работу устройства нестабильной;
• способствует созданию резервного объема жидкости, который будет находиться под определенным давлением внутри системы, обеспечивая оптимальный уровень подачи воды в любой точке дома. В среднем объем бака составляет порядка 30 литров, что дает возможность обеспечить жидкостью одну точку на протяжении нескольких минут.

Расширительный мембранный бак для водоснабжения: функциональные особенности и тонкости подключения

Расширительный мембранный бак – обязательный компонент индивидуального водоснабжения, без которого функционирование системы не представляется возможным. Именно он создает необходимое давление для полноценной работы водопровода, делает резервные запасы воды и даже выполняет ряд защитных функций.

В связи со столь высокой важностью оборудования ожидаемо возникает вопрос: как выбрать и грамотно установить бак? Чтобы разобраться, подойдем к вопросу комплексно: к вашему вниманию строение и принципы работы расширительного прибора, его виды, особенности выбора, а также схема подключения и полезная инструкция по наладке с видео.

Функции и принцип работы

Мембранный бак – это герметичный преимущественно металлический резервуар, состоящий из двух разделенных камер: воздушной и водяной. В роли разделителя выступает специальная резиновая мембрана – она, как правило, выполнена из крепкого бутила, который устойчив к развитию бактериальных микроорганизмов. Водяная камера оснащена патрубком, через который непосредственно подается вода.

задача расширительного мембранного бака – аккумулировать определенный объем воды и подавать ее по запросу пользователя под необходимым давлением. Но этим функции прибора не ограничиваются – также он:

• защищает насос от преждевременной деформации: благодаря резерву воды насос включается не при каждом открывании крана, а только при опустошении бака;
• предохраняет от перепадов давления воды при параллельном использовании нескольких кранов;
• защищает от гидравлических ударов, которые потенциально могут происходить при включении насосной установки.

Принцип работы бака следующий. Когда насос включается, в водяную камеру под давлением начинает закачиваться вода, а объем воздушной камеры в это время уменьшается.

Когда давление достигает максимально допустимой отметки, насос отключается, и подача воды прекращается.

Затем по мере забора воды из бака давление снижается и, когда оно уменьшается до минимально допустимой отметки, насос вновь включается и возобновляет закачку воды.

Совет. В процессе работы бака в водяной камере может накапливаться воздух, что провоцирует снижение эффективности оборудования, поэтому как минимум раз в 3 месяца нужно проводить обслуживание отсека – стравливать из него лишний воздух.

Виды мембранных баков

Различают два вида расширительных мембранных резервуаров:

1. С заменяемой мембраной – модели, подразумевающие возможность смены резиновой мембраны. При первой же необходимости ее можно вынуть через фланец, раскрутив его болты. В крупных баках мембрана дополнительно зафиксирована к ниппелю, что позволяет стабилизировать прибор, но и в этом случае ее можно без проблем снять с креплений на задней части.Мембрана для гидроаккумулятора
2. Со стационарной мембраной – баки, в которых разделительная мембрана закреплена максимально жестко и не подлежит замене. Если она выйдет из строя, менять придется весь прибор. Цена таких расширительных резервуаров ниже, чем стоимость моделей предыдущего вида, но о полноценном удобстве эксплуатации тут говорить не приходится.

Совет. Выбирая между сменной и стационарной мембраной, учитывайте один важный фактор: в первом случае вода полностью находится в мембране и не вступает в контакт с внутренней поверхностью бака, что исключает коррозионные процессы, а во втором случае контакт сохраняется, поэтому добиться максимальной защиты от коррозии невозможно.

Особенности выбора бака

Главный фактор выбора мембранного бака – его объем. При расчете оптимального объема резервуара следует учитывать следующие нюансы:

• количество пользователей водопроводной системы;
• количество точек водозабора: кранов, выходов для душа и джакузи, выходов для бытовой техники и котлов, которые работают с водой;
• производительность насоса;
• максимальное количество циклов включения/выключения насоса за один час.

Для расчета приблизительного объема бака можете воспользоваться такими ориентирами от специалистов: если количество пользователей не более трех, а производительность насоса составляет не больше 2 куб.м.

/ч, то вполне достаточно резервуара объемом 20-24 л; если количество пользователей от четырех до восьми, а производительность насоса колеблется в рамках 3-3,5 куб.м./ч, потребуется резервуар объемом 50-55 л.

Выбирая бак, помните: чем скромнее его объем, тем чаще придется включать насос и тем выше риск перепадов давления в водопроводной системе.

Совет. Если вы предполагаете, что со временем возникнет необходимость увеличения объема мембранного бака, покупайте оборудование с возможностью подключения дополнительных емкостей.

Схема подключения бака

Мембранный резервуар может устанавливаться как вертикально, так и горизонтально, но в обоих случаях схема подключения будет идентичной:

1. Определите место монтажа. Прибор должен располагаться со стороны всасывания циркуляционного насоса и до разветвления водопровода. Проследите, чтобы к баку обеспечивался свободный доступ для выполнения обслуживающих работ.
2. Закрепите резервуар к стене или полу через каучуковые прокладки и заземлите его.
3. К патрубку резервуара с помощью фитинга-американки подсоедините пятивыводной штуцер.
4. К четырем свободным выводам последовательно подсоедините: реле давления, трубу от насоса, манометр и разводную трубу, которая подает воду непосредственно к точкам забора.

Важно, чтобы сечение подсоединяемой трубы водопровода было равным или немного большим по отношению к сечению приемного патрубка, но оно ни в коем случае не должно быть меньшим. Еще один нюанс: между расширительным баком и насосом желательно не располагать никаких технических устройств, дабы не спровоцировать увеличение гидравлического сопротивления в системе водоснабжения.

Инструкция по наладке оборудования

После того как мембранный бак установлен и подключен, важно грамотно его настроить и запустить. Остановимся на главных моментах этого этапа.

Первым делом нужно узнать величину внутреннего давления бака. В теории оно должно составлять 1,5 атм, но не исключено, что во время хранения прибора на складе или в процессе транспортировки случилась протечка, которая спровоцировала понижение столь важного показателя.

Дабы убедиться в правильности давления, снимите колпачок золотника и выполните замеры манометром.

Последний может быть трех видов: пластиковый – дешевый, но не всегда точный; механический автомобильный – более надежный и сравнительно доступный в цене; электронный – дорогой, но максимально точный.

После измерений необходимо определиться, какое давление будет наиболее оптимальным в вашем случае. Практика показывает, что для нормального функционирования сантехники и бытовых приборов давление в мембранном баке должно варьироваться в рамках 1,4-2,8 атм.

Предположим, что вы выбрали эти показатели – что делать дальше? Сначала, если исходное давление в баке оказалось ниже 1,4-1,5 атм, его нужно повысить путем подкачки воздуха в соответствующую камеру резервуара.

Затем следует настроить реле давления: откройте его крышку и при помощи большой гайки P настройте максимальный показатель давления, а при помощи малой гайки ∆P – минимальный показатель.

Процесс наладки оборудования несложен

Теперь можно запускать систему: по мере закачки воды наблюдайте за манометром – давление должно постепенно подниматься, а после того, как оно достигнет максимальной установленной отметки, насос должен отключиться.

Как видите, без расширительного мембранного бака вы действительно можете даже и не рассчитывать на полноценную работу индивидуального водоснабжения.

Поэтому, если хотите бесперебойно пользоваться благами цивилизации, основательно подойдите к выбору и подключению прибора – все принципы и тонкости перед вами, так что советуем их хорошо проштудировать и только потом переходить к активным действиям.

Расширительный бак для водоснабжения — принцип работы

Как работает расширительный бак в системе водоснабжения — принцип простой. При запуске системы, при помощи насоса производится заполнение водяного отсека водой до максимума.

Принцип работы расширительного бакаhttps://oboiman.ru

Одновременно, происходит уменьшение количества воздуха в соседней камере, что вызывает повышение давления до заданного уровня, и приводит к запуску насоса. Во время пользования водой, воздушные массы давят на мембрану, и осуществляется выталкивание воды из ёмкости.

Напора, создаваемого в воздушной камере, достаточно, чтобы обеспечить бытовые нужды в воде жителей коттеджа на некоторое время без работы насоса.

Если давление опустится до минимального значения, реле даст команду насосу, и произойдёт его включение. Вода начнёт подаваться из водопроводной сети и заполнять ёмкость.

Схемы подключения гидробаков

Для того чтобы подключить гидропневматические баки к холодному или горячему водопроводу, они должны быть оснащены:

Схема подключения гидробака.

• подающим, спускным и отводящим патрубками;
• манометром;
• предохранительным клапаном;
• датчиком уровня;
• ниппелем – устройством для регулирования и пополнения воздуха.

Расширительные емкости для холодной воды устанавливают в самой нижней точке распределительной системы. Баки для горячего водоснабжения монтируют на трассе трубопровода со стороны подачи жидкости к нагревательному оборудованию (теплообменник, бойлер и др.).

Установка и подключение

Схема подключения расширительного бака проста. Для этого у накопителя есть вводная и выходная трубы, к которым должна быть подключена система водоснабжения. Точка установки бака зависит от прокладки коммуникаций и наличия свободного помещения. Рекомендуется также соединить расширительный мембранный бак с дополнительным накопительным баком, который должен иметь больший объем.

При этом в ходе установки необходимо помнить, что расширительный бак должен быть установлен до подключения мембранного (т. е. сначала заполняется накопительный, потом мембранный расширительный ). Рекомендуется установить накопительный бак выше мембранного. Это позволит существенно увеличить запас воды и более длительное время осуществлять ее подачу.

Выполнение установки расширительного бака

Монтаж агрегата производится в помещении с температурой не ниже 0°C. Минимальное расстоянии от стен и плит перекрытий – не более 60 см. Вокруг установленного оборудования необходимо обеспечить проход для доступа к воздушному крану, сливному клапану, запорной арматуре. Не допускается воздействие веса подключенного оборудования и трубопроводов на корпус прибора.

Перед установкой гидробака в камере необходимо измерить манометром плотность воздуха, она должна соответствовать техническим характеристикам механизма. Точную регулировку можно выполнить через ниппель в верхней части резервуара. Монтаж устройства (вертикально или горизонтально) зависит от объема бака и указывается в рекомендациях завода-изготовителя при покупке оборудования.

Преимущества баков закрытого типа

Важно! Мощность котла и объем используемой жидкости влияет на объем бака, монтаж которого осуществляется при создании отопительной системы в загородных домах. В отличие от открытых, баки закрытого типа обладают массой преимуществ:

В отличие от открытых, баки закрытого типа обладают массой преимуществ:

Два вида закрытых расширительных баков.

• высокая надежность, безопасность и экономичность;
• отсутствие необходимости добавления теплоносителя в отопительную систему;
• исключение вероятности образования воздушных пробок благодаря отсутствию давления в верхней точке системы;
• возможность установки в любом месте в доме;
• отсутствие вероятности выливания воды за пределы бака, что позволяет больше не беспокоиться о повреждении отделки стен и полов;
• отсутствие контактирования теплоносителя с воздухом, благодаря чему полностью исключается испарение теплоносителя. За счет этого радиаторы и трубопровод не подвержены окислению, а значит, срок службы такой системы отопления будет намного больше.

Правила обслуживания гидробака

Правила обслуживания гидробака.

Установка, испытания и ремонт оборудования должны проводиться в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя специалистами, прошедшими специальную подготовку.

Любые изменения конструкции расширительной камеры с использованием сварных работ или посредством механических воздействий запрещаются.

Один раз в год требуется выполнять профилактический осмотр гидробака:

1. Проверять давление в воздушной камере.
2. Проводить внешний осмотр корпуса установки.
3. Обследовать контрольно-измерительную аппаратуру (манометр, клапаны, реле и др.).
4. Инспектировать герметичность трубопроводов и работу запорной арматуры.

Гидробак открытого типа

Такие конструкции считаются устаревшими, так как не обеспечивают абсолютной автономности, и может лишь увеличить период между обслуживанием. Разогретая жидкость испаряется, и ее нехватку нужно ликвидировать, периодически подливая теплоноситель, восполняя его объем. Никаких диафрагм и груш не используется. Давление в системе появляется за счет того, что открытый гидробак монтируется на возвышенности (на чердаке, под потолком и т.д.).

Естественно, никакого давления воздуха в расширительном баке открытого типа нет. При расчете учитывают, что один метр водяного столба создает давление в 0,1 атмосфер. Однако есть способ автоматизировать добор воды. Для этого устанавливается поплавок, который при опускании открывает кран, а после наполнения резервуара поднимается, и перекрывает доступ воды в бак. Но в данном случае все равно нужно контролировать работу системы.

Источники

• https://grand-haus.ru/strojka-i-remont/membrannyj-bak-dlya-vodosnabzheniya-chego-nuzhen.html
• https://krasno-dom.ru/membrannyy-bak-dlya-vodosnabzheniya-printsip-raboty/
• http://teplosten24.ru/printsip-raboty-membrannogo-rasshiritelnogo-baka.html
• https://oboiman.ru/teplo/membrannyj-rassiritelnyj-bak-dla-otoplenia-i-vodosnabzenia-princip-raboty-ustrojstvo-ustanovka. html
• https://moikolodets.ru/membrannyj-bak-dlya-vodosnabzheniya-674
• https://sandizain.ru/vodoprovod-kanalizaciya/rasshiritelnyj-membrannyj-bak-dlya-vodosnabzheniya.html
• https://BaltVoda.ru/voda-i-kanalizaciya/rasshiritelnyj-bachok-dlya-vodosnabzheniya.html
• https://abuildic.ru/rasshiritelnyj-bak-dlja-sistem-vodosnabzhenija.html
• https://makipa.ru/stati/rasshiritelnye-baki/ustrojstvo-rasshiritelnogo-baka-membrannogo-tipa-dlya-vodosnabzheniya-opisanie-konstrukcii/

Расширительный бак для водоснабжения — зачем он нужен, какие они бывают. Делаем правильный выбор расширительного бака для водоснабжения

Подробно рассмотрен расширительный бак для водоснабжения, принцип работы и устройство, виды и особенности. Предъявлены критерии выбора расширительного бака, рассмотрены недостатки и основное назначение.

Расширительные баки представляют собой закрытую емкость, необходимую для автономного отопления с водоснабжения. Они служат для предотвращения возникновения сильного давления в системе, а так же обеспечивают защиту от гидравлических ударов. Для каждой системы подачи воды подбирают свой расширительный бак для водоснабжения, в зависимости от необходимых параметров и характеристик. Основная задача у расширительного бака — отвод лишней воды, которая впоследствии охлаждается и возвращается обратно. Баки должны обладать достаточной устойчивостью к высоким давлениям в системе и не поддаваться действию коррозии. (См. также: Как работает бойлер косвенного нагрева)

Рисунок 1: Виды расширительных баков

Самое важное условие в системе водоснабжения — это оптимальная поддержка давления воды. Для обеспечения правильного давления в расширительных баках используют компенсаторы, чтобы выровнять нагрузки на трубы и оборудование. Вода используется не только в технических, но и в пищевых целях, поэтому бак и мембрана с внутренней стороны изготовлены из специального материала, который не меняет вкус и запах воды. Этот материал должен соответствовать санитарно-гигиеническим требованиям и обязательно должен быть сертификат качества.  Расширительный бак для систем водоснабжения компенсирует гидравлические удары, что в значительной степени увеличивает срок службы насосов и трубопровода.

Устройство расширительного бака

Внутри расширительного бака стоит резиновая мембрана, которая разделяет бак на две камеры: в одну камеру накачивают воздух, а другая камера остается пустой. В пустую камеру после установки и запуска отопления, начнется поступления теплоносителя. В другой камере, где накачен воздух, будет восстанавливаться необходимый объем. Когда жидкость охлаждается, то она вытесняется обратно в систему водоснабжения. Таким образом, в трубах держится постоянный, необходимый напор, именно поэтому система работает всегда стабильно, отсутствуют перегрузки и скачки давления.

Рисунок 2: Размеры расширительных баков

Принцип работы и особенности расширительного бака

Сегодняшнюю конструкцию бака разработали не сразу. Сейчас используют конструкции нового образца, а старые практически не используются. В предыдущем образце после того, как система нагрелась, в открытый резервуар поступала лишняя вода, а когда система охлаждалась, то вода поступала обратно в трубы. В такой системе существовала опасность выхода горячей воды из резервуара, что могло стать причиной затопления дома. (См. также: Установка бойлера своими руками)

Вода, попавшая из скважины, находится под давлением, а мембрана в это время увеличивается, объем воздуха уменьшается, при этом создается некоторое давление. Насос отключается, когда давление достигает необходимого уровня. Вода расходуется, соответственно давления падает, а насос включается, чтобы поддерживать давление. Недостаток расширительного бака — нерациональный метод временного хранение воды. Голландцы стали первыми, кто предложил использовать расширительные баки с мембраной. На сегодняшний день закрытые расширительные баки весьма эстетичны и имеют различный дизайн.

Рисунок 3: Расширительный бак в действии

Мембранный расширительный бак для водоснабжения тоже имеет недостаток, который заключается в том, что у такой конструкции нельзя заменить мембрану. Если система отопления работает нормально, то жидкость расширяется, когда запускается вода, а в остальном колебания давлений проходят плавно. Мембрана такого бака изготовлена из качественного материала и служит очень долго.

Рисунок 4: Мембранный расширительный бак для водоснабжения

Совет!  Не стоит забывать проверять давления воздуха перед каждым отопительным сезоном. Для систем, которые имеют большие объемы, лучше всего использовать стационарный манометр. (См. также: Гидроаккумуляторы для водоснабжения)

С помощью мембранного расширительного бака идет компенсация гидродинамического удара, что намного сокращается частоту работы насосов. Такая конструкция увеличивает срок службы и экономит электричество. Когда нагревается или охлаждается теплоноситель, то система сохраняется в целостности. Это компенсирует объем изменений и именно для этого устанавливается мембранный расширительный бак. Даже во время отключения электроэнергии резервные баки имеют функцию пожаротушения. Использовать мембранные баки можно не только в бытовых системах, но и в промышленных, так как рабочее давление рассчитано до 16 бар. Гидроаккумуляторы могут быть горизонтальными и вертикальными, открытыми и закрытыми. Помимо этого они разнятся по объему воды и рабочему давлению.

Объем бака

Для того чтобы узнать объем бака нужно просчитать по формулам первоначальное давление воздуха в баке и рабочее давление, при максимальной нагрузке. Но покупателю достаточно будет знать, что объем бака составляет 1 к 10 от объема теплоносителя, который расположен в системе.

Рисунок 5: Расчет объема расширительного бака

Важно! Если не правильно подобран объем бака, то система отопления не прослужит долго. Даже при самой высокой температуре нагрева, давление в системе отопления ни в коем случае не должно превышать допустимое. (См. также: Какой напольный газовый котел лучше)

Расширительный бак для водоснабжения, инструкция установки прилагается к каждому баку. Там и нужно посмотреть особенности выбора расширительного бака в зависимости от потребностей и характеристик отопительной системы.

Расширительные баки открытого типа

Их устанавливают на самых высоких точках системы отопления: на крышах зданий или чердаках. Тепловое расширение теплоносителя не дает возможности вскипать воде и если произошла утечка, то система отопления пополняется водой. На сегодняшний день баки открытого типа мало где устанавливаются, потому что они имеют некоторые недостатки:

Рисунок 6: Схема расширительного бака

1. Корпус;
2. Уровень воды;
3. Труба холодной воды;
4. Спускная труба;
5. Клапан предохранительный;
6. Запорный вентиль;
7. Верхняя точка в стояке трубопровода.

Расширительные баки закрытого типа применяют:

• в системе отопления, которая работает с автономными источниками теплоты;
• в системе отопления, которая подключена к централизованным сетям, составленным по независимым схемам;
• в системе, которая подключена к солнечному коллектору и насосам;
• в системе, подключенной к холодному и горячему водоснабжению.

Выбор расширительного бака

Выбирать расширительный бак нужно с учетом всех особенностей системы. Сначала нужно подобрать необходимый объем, выбрать конструкцию, определиться с материалом мембраны. Так же стоит обратить внимание на вес изделия, именно поэтому показателю можно определить качество надежности и долговечности расширительного бака. Лучшего приобретать известные марки, так как они смогут обеспечить системе отопления долгую эксплуатацию и не допускать поломки в системе. Установка расширительного бака для водоснабжения и цена на него порадуют каждого, кому нужно установить такой бак.

Калькулятор расхода воды и руководство по подбору оборудования для очистки воды Весь дом

[РАЗМЕР ТРУБЫ]  [ОЦЕНКА ПО ПРИБОРАМ]  [ЗАПОЛНЕНИЕ ПО ВРЕМЕНИ — Отдельные краны]  [ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ]

Оборудование для фильтрации воды обычно измеряется по скорости потока, т. е. по объему воды, проходящей через него в любой момент времени. Обычно это выражается в галлонах в минуту (галлонов в минуту).

При прохождении через фильтры для воды, умягчители и баки с средами, системы ультрафиолетового обеззараживания или другие устройства для очистки воды требуется минимальное время контакта очищаемой воды с фильтрующей средой для удаления целевых загрязнений. Недостаточный размер оборудования может привести к недостаточному времени контакта и неадекватной очистке воды. Вот почему при выборе оборудования важно знать скорость потока, который вы обрабатываете, и лучше всего планировать пиковые скорости потока.

Существует несколько способов оценки расхода воды в вашем доме, позволяющих правильно подобрать размер оборудования для очистки воды, как описано ниже.

---

Размер трубы подающей линии

Проверьте размер трубы на входе в ваш дом или помещение. Размер водопровода ограничивает поток воды, поэтому его можно использовать в качестве ориентира для максимальной скорости потока, поступающего в ваш дом при чрезвычайно пиковых нагрузках.

Расчетные скорости потока для медных труб    Нормальный расход Пиковый расход Трубка 1/2″ 4 галлона в минуту 7 галлонов в минуту Труба 3/4 дюйма 6 гал/мин 16 гал/мин Труба 1 дюйм 16 гал/мин 30 гал/мин Труба 1-1/4″ 30 гал/мин 35 гал/мин Труба 1-1/2 дюйма 40 гал/мин 70 гал/мин 2-дюймовая труба 65 гал/мин 120 гал/мин Труба 2-1/2 дюйма 80 гал/мин 170 гал/мин Труба 3 дюйма 120 гал/мин 270 гал/мин

---

Расчетное использование бытовыми приборами

Еще один способ определить скорость потока – оценить количество воды, которое вы будете использовать, на основе приборов и приборов в вашем доме. Перечислите все приспособления и приборы, потребляющие воду в вашем доме, и посмотрите на таблицу, чтобы оценить, сколько воды будет потреблять каждое из них.

Оцените максимальное их количество, которое вы могли бы запустить одновременно, и просуммируйте скорость потока для каждого из этих устройств (или воспользуйтесь нашим калькулятором ниже). Это дает вам расчетную пиковую скорость потока, которую можно использовать для определения размеров фильтров для воды, ультрафиолетовых систем или другого оборудования для очистки воды для вашего дома или объекта. Обратите внимание, что максимально возможная скорость потока будет ограничена размером трубы водопровода вашего дома или помещения.

Выберите количество каждого светильника в вашем доме и нажмите «Рассчитать», чтобы оценить расход воды в вашем доме.

---

Заполнение по времени для отдельного крана или сантехнического прибора Расход отдельного крана или сантехнического прибора можно определить, измерив время, необходимое для заполнения емкости водой. Для этого метода вам понадобится мерный контейнер (например, 1-галлонная бутылка с водой или 5-галлонное ведро) и секундомер. Поместите пустую емкость под кран и полностью откройте кран, запустив секундомер. Когда емкость наполнится, остановите секундомер и перекройте воду. Тест может быть повторен несколько раз, чтобы гарантировать точные результаты. Рассчитайте расход следующим образом:    60 ÷ [Секунды до заполнения] × [Измеренные галлоны] =  GPM   (или используйте наш калькулятор ниже) Введите, сколько секунд потребовалось для заполнения контейнера и сколько галлонов в контейнере использовалось для измерения, затем нажмите «Рассчитать», чтобы оценить расход воды вашего прибора.

---

Теперь, когда я знаю свой расход.. . 

[Подбор ультрафиолетовых систем] [Подбор фильтров для всего дома] [Подбор систем обратного осмоса]

Правильный выбор оборудования для очистки воды имеет решающее значение для эффективной очистки воды. В некоторых случаях, таких как обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением, недостаточный размер системы или отсутствие планирования пикового расхода может привести к тому, что неочищенная вода будет проходить через систему и загрязнять воду, уже находящуюся в трубах и оборудовании. В других случаях, например, в системах фильтрации всего дома, выбор фильтра меньшего размера может ограничить поток воды, поступающей в помещение, что приведет к значительному падению давления и расхода, когда работает более одного прибора или устройства.

Практическое правило выбора оборудования для очистки воды:   В случае сомнений всегда выбирайте на размер больше.

---

Размеры систем обеззараживания воды ультрафиолетом (УФ-системы)

Вопрос: УФ-система какого размера мне нужна?
Краткий ответ:  Выберите УФ-систему с рекомендуемой скоростью потока, которая соответствует максимальной скорости потока или превышает ее.

Почему правильный размер имеет решающее значение для УФ-систем?

Процесс обработки ультрафиолетом (УФ) — чрезвычайно быстрый физический процесс. Ультрафиолетовый свет мутирует и/или разрушает ДНК. ДНК (или дезоксирибонуклеиновая кислота) — это часть клетки, которая дает организму инструкции о том, как функционировать и размножаться. Когда ДНК повреждена, организм становится неспособным функционировать, потому что его «инструкции» искажены или отсутствуют. Организм, у которого нет инструкций, не может функционировать и размножаться, а также не может вызывать инфекцию. Он становится безвредным и в конце концов умирает.

В процессе УФ-дезинфекции вода очищается, проходя через камеру из нержавеющей стали (также называемую «реактором»), в которой находится специальная УФ-лампа. Когда вода проходит мимо лампы, микробы в воде получают смертельную дозу ультрафиолета. После этого вода безопасна для питья. Однако разным организмам требуются разные уровни УФ-энергии, чтобы разрушить их ДНК. Этот уровень энергии известен как УФ-доза.

Что такое УФ-доза?

УФ-доза выражается в мДж/см2. Принятый стандарт для большинства применений составляет 30 мДж/см2*. Более медленная скорость потока приведет к более высокой дозе УФ-излучения. Чем дольше камера и чем дольше вода остается в контакте с УФ-лампой, тем выше доза. Производители УФ-систем рассчитывают дозу, которую можно ожидать при различной скорости потока в их системе, и предоставляют рекомендуемые скорости потока, обеспечивающие достаточную дозу для дезинфекции.

*Для требований NSF 55 класса A (которые могут применяться там, где вы живете, уточните в местном муниципальном медицинском учреждении) доза УФ-излучения должна составлять 40 мДж/см2.

Превышение рекомендованного производителем расхода сократит время контакта воды с УФ-лампой и снизит дозу. Это может привести к недостаточной дезинфекции, позволяя микроорганизмам проходить без дезактивации.

Другие факторы, влияющие на УФ-дозу:

Различные факторы могут влиять на дозу УФ-излучения и на способность УФ-излучения дезактивировать организмы в воде. Если есть мутность (большое количество частиц) или жесткость воды, за этими частицами могут «прятаться» микроорганизмы. Это препятствует УФТ, или УФ-пропусканию, количеству УФ-излучения, которое фактически проникает в воду. При низком УФТ «скрытые» микроорганизмы не получат необходимой дозы УФ-излучения для деактивации их ДНК, а вода не будет должным образом обеззаражена.

Анализ воды покажет, какой тип предварительной обработки требуется УФ-системе для повышения УФ-излучения и максимально эффективной дезинфекции. В следующей таблице показано идеальное состояние для достижения максимальных результатов:

Параметр	Влияние/воздействие	Пределы
УФ-пропускание	Мера поглощения УФ-излучения, УФ-излучение может повлиять на требования к размерам системы	>75% UVT при 254 нм
Железо	Может воздействовать как на UVT, так и на загрязнение рукава	<0,3 частей на миллион (0,3 мг/л)
Твердость	Может привести к загрязнению втулки	<120 частей на миллион (7 галлонов на галлон)
Мутность	Может защищать от патогенов после УФ-загрязнения	<1 NTU
Дубильные вещества	Может повлиять на UVT и производительность системы	<0,1 частей на миллион (0,1 мг/л)

---

Калибровка систем картриджных фильтров для воды для всего дома Картриджные фильтры для всего дома могут ограничивать поток воды, если выбран неподходящий размер. Выберите размер, соответствующий предполагаемому потоку обслуживания.     Расход до 6 гал/мин: 10-дюймовый картридж Big Blue Fitler Systems Расход до 10 гал/мин: 20-дюймовый картридж Big Blue Fitler Systems Расход более 10 гал/мин: Резервуары для сред — свяжитесь с нами, чтобы получить предложение

---

Размеры систем обратного осмоса Поскольку системы очистки воды с обратным осмосом обычно поставляются с резервуаром для хранения, его размер должен определяться на основе расчетного объема используемой воды, а не скорости потока. Резервуар для воды будет хранить отфильтрованную воду до тех пор, пока вы не будете готовы ее использовать, а система будет продолжать работать только по мере необходимости для пополнения резервуара и поддержания его с готовым запасом воды. Скорость потока системы обратного осмоса, работающей в резервуаре, определяет, насколько быстро резервуар будет наполняться.

---

Популярное оборудование для очистки воды для всего дома

Ниже вы найдете подборку ультрафиолетового оборудования и оборудования для очистки воды для всего дома, подходящего для очистки воды для всего дома. Пожалуйста, вернитесь на нашу домашнюю страницу, чтобы просмотреть всю нашу линейку продуктов.

 

Нормализация обратного осмоса | Обратный осмос

Целью сбора и анализа данных обратного осмоса является понимание истинного состояния мембран обратного осмоса и помощь в устранении любых потенциальных проблем до того, как они станут серьезными.

Факторы нормализованных данных во внешних факторах, которые могут повлиять на работу мембраны, чтобы вы могли сравнивать яблоки с яблоками при просмотре нормализованных данных. Затем нормализованные данные RO сравнивают с базовым уровнем (когда мембраны были новыми, замененными или очищенными).

Следующие необработанные данные собираются для определения состояния мембраны обратного осмоса.

• Температура подачи (F°)
• Расход пермеата (гал/мин)
• Расход концентрата (гал/мин)
• Давление подачи (фунт/кв. дюйм)
• Давление концентрата (PSI)
• Давление пермеата (PSI)
• Проводимость подачи
• Проводимость пермеата

Все эти условия эксплуатации напрямую влияют на качество и количество пермеата, которое могут производить мембраны обратного осмоса. Однако, поскольку эти рабочие условия постоянно меняются, невозможно сравнивать наблюдаемые характеристики определенных параметров в одной точке и сравнивать их в другой точке при других рабочих условиях. Изменяющиеся факторы, такие как температура, качество питательной воды, расход пермеата и рекуперация системы, влияют на производительность мембраны.

Нормализация данных обратного осмоса позволяет пользователю сравнить производительность мембраны обратного осмоса с установленным стандартом, который не зависит от изменяющихся условий эксплуатации. Нормализованные данные будут измерять непосредственное состояние мембраны обратного осмоса и показывать истинную производительность и исправность мембраны обратного осмоса.

Ненормализованные данные могут вводить в заблуждение, поскольку существует множество переменных, которые могут вызвать изменения, которые могут показаться проблемами, хотя на самом деле таковыми не являются. Температура питательной воды является наиболее заметным условием, влияющим на производительность систем обратного осмоса. Общее эмпирическое правило заключается в оценке изменения потока пермеата на 1,5% на градус Фаренгейта (F˚). Например, если установка обратного осмоса произвела 50 галлонов в минуту пермеата, когда температура исходной воды была 60 градусов по Фаренгейту, а позже температура исходной воды упала на 5 градусов по Фаренгейту, то установка обратного осмоса произвела примерно 46 галлонов в минуту. Это падение продукта на 4 галлона в минуту совершенно нормально, учитывая падение температуры.

Интерпретация данных

Оператор обратного осмоса в конечном счете озабочен двумя результатами: качеством и количеством произведенной воды. Как упоминалось выше, на эти два фактора может влиять ряд переменных, таких как давление питательной воды, восстановление системы и изменения качества питательной воды, и это лишь некоторые из них.

Существуют три рассчитанных значения, которые помогают получить более точное представление об истинной производительности мембраны и точно определить возможные проблемы системы обратного осмоса, связанные с количеством и качеством воды, производимой системой обратного осмоса. Собирая рабочие данные, нормализуя данные, а затем анализируя нормализованные данные с течением времени и сравнивая значения с базовым уровнем (базовый уровень считается начальным значением, когда мембраны обратного осмоса новые или после их очистки или замены), вы можете заблаговременно устраняйте любые проблемы до того, как произойдет необратимое повреждение мембран обратного осмоса. Три расчетных значения для мониторинга и трендов: нормализованный расход пермеата (NPF), нормализованное удаление солей (NSR) и нормализованный перепад давления (NPD)

Нормализация потока пермеата (NPF)

NPF измеряет количество пермеата, производимого RO. Если NPF падает на 10–15 % ниже базового значения (значение NPF при запуске с новыми мембранами или при замене или очистке мембран), это указывает на загрязнение или образование накипи на мембранах обратного осмоса, и мембраны обратного осмоса следует очистить.

Если NPF увеличивается, это означает, что мембрана обратного осмоса повреждена. Это повреждение может быть вызвано химическим воздействием (из-за окислителя, такого как хлор) или механической проблемой (например, выход из строя уплотнительного кольца) на мембране.

См. рис. 1, чтобы увидеть, как рассчитывается NPF.

Нормализованное отторжение солей (NSR)

NSR показывает, насколько хорошо мембрана обратного осмоса отталкивает соли (загрязняющие вещества) и, следовательно, связана с качеством пермеата. Если NSR уменьшается, количество солей, проходящих через мембрану обратного осмоса, увеличивается (пермеат более низкого качества). Снижение NSR может указывать на загрязнение, образование накипи или деградацию мембран обратного осмоса.

Мембрана обратного осмоса с хорошими характеристиками должна обеспечивать 9Отклонение от 7% до 99%, а мембрана считается «плохой», когда отторжение обратного осмоса падает до 90% или менее. При нормальной работе мембраны обратного осмоса вы можете ожидать, что NSR неуклонно снижается во время непрерывного использования. Мембраны обратного осмоса обычно служат в течение нескольких лет, прежде чем они потребуют замены, и неуклонное снижение NSR является нормальным признаком старения мембраны. Надлежащий режим очистки мембран обратного осмоса может помочь улучшить NSR.

NSR может помочь в выявлении проблем биологического обрастания. Когда возникает проблема биологического обрастания, часто NSR фактически увеличивается, а NPF уменьшается. Это связано с тем, что биозагрязнение фактически запечатывает небольшие дефекты в мембране обратного осмоса, тем самым увеличивая отторжение солей. Со временем слой биообрастания стареет и начинает отмирать, многие элементы, такие как CO2, метан, органические кислоты, начинают диффундировать через мембрану, что в конечном итоге влияет на качество пермеата (меньшее отторжение солей приводит к более низкому NSR).

См. рис. 2, чтобы увидеть, как рассчитывается NSR.  

Нормализованный перепад давления (NPD)

NPD сообщает нам, насколько чист буфер питающей воды на мембране. Эти прокладки имеют толщину всего около 30 тысяч дюймов и поэтому чрезвычайно восприимчивы к закупорке. При закупорке увеличивается сопротивление потоку и увеличивается перепад давления.

NDP со временем начнет увеличиваться из-за загрязнения или образования накипи, и мембраны обратного осмоса следует очищать, когда NDP увеличивается на 15–25 % по сравнению с исходным значением. NDP и NPF следует контролировать вместе, чтобы определить, когда следует очищать мембраны обратного осмоса. Часто NPF будет уменьшаться, а NDP останется неизменным. Это просто потому, что проблемы загрязнения / образования накипи еще не заткнули разделители питательной воды. Со временем NDP будет увеличиваться вместе с падением NPF.

Снижение NPD обычно происходит из-за неисправного оборудования или ошибок, допущенных при сборе данных.

Если NPD можно измерить для каждой ступени обратного осмоса, обычно проблемы между загрязнением и образованием накипи можно идентифицировать на основании места повышенного перепада давления. Увеличение NPD на передней стадии RO указывает на проблемы с загрязнением, а увеличение NPD на второй стадии указывает на образование отложений.

Рис. 1. Расчет нормализованного расхода пермеата

---

Рис. 2. Расчет нормализованного отторжения соли

NSR контролирует количество соли, прошедшей через мембрану.

Рис. 3. Расчет нормализованного перепада давления

Перепад давления может помочь определить, загрязнена ли мембрана. Нормализованное значение (NPD) будет учитывать изменения расхода и температуры. Увеличение NPD является ранним предупреждением о накипи и/или загрязнении. Во избежание сложных проблем мембрану следует очищать, если NPD становится на 15 % или выше исходного уровня.

Правильный размер коммерческой системы обратного осмоса

Toggle Nav

Поиск

 

Перед покупкой системы покупатель несет ответственность за то, чтобы исходная вода соответствовала этим параметрам. Питательная вода за пределами заявленных параметров потребует дополнительной предварительной очистки.

• Максимальная жесткость: 15 гран на галлон, однако система будет работать лучше всего с «мягкой» водой, которая имеет НОЛЬ гран на галлон
• Максимальная TDS: 2000 частей на миллион
• Устойчивость к хлору: <0,1 ppm, но лучше всего НУЛЬ
• Окислитель Допуск: НОЛЬ
• Максимальное содержание сероводорода: 0 частей на миллион
• Максимальное содержание железа: 0,5 частей на миллион, но лучше НУЛЬ
• Максимум марганца (Mn): 0,05 частей на миллион
• Максимум кремнезема: <1 ppm
• [барий или стронций] + сульфат (SO4): вреден для мембран обратного осмоса. Используйте смягчитель воды, чтобы удалить их, когда присутствуют оба.
• Максимальная мутность питательной воды: 1 NTU

ПРИМЕЧАНИЕ. Предварительная обработка требуется, если любое из указанных выше значений превышено или ваша система будет повреждена.

• Минимальное давление подачи: 35 фунтов на квадратный дюйм
• Номинальный NaCl % Отбраковка: 98,5%
• Минимальный процент отклонения NaCl: 96%
• Типичное рабочее давление: стандарт 150 фунтов на квадратный дюйм. прибл. 100 PSI с мембранами со сверхнизким энергопотреблением
• Диапазон pH Непрерывная работа: 3-11
• Максимальная температура: 105°F.
• Минимальный расход концентрата: 5:1
• Защита устройств от низких температур.
• Поток пермеата и удаление солей основаны на следующих условиях испытаний: очищенная водопроводная вода с TDS 550 частей на миллион, 150 фунтов на квадратный дюйм, 77 ° F., pH: 7

ПРИМЕЧАНИЕ. Расход пермеата (выработанные галлоны в день) может отличаться на + или — 15% для каждой мембраны, а также зависит от температуры воды. Более холодная вода снижает производительность мембраны, но не качество воды. Покупатель несет ответственность за то, чтобы температура воды была достаточно высокой для доставки желаемого количества.

Системы обратного осмоса Flexeon и Axeon предназначены для более высокой степени извлечения, минимального энергопотребления, непрерывной коммерческой эксплуатации и простоты использования, а также простоты обслуживания и эксплуатации. Все компоненты систем обратного осмоса Axeon и Flexeon расположены так, чтобы обеспечить легкий доступ и осмотр. Все системы Axeon и Flexeon поставляются со встроенным бустерным насосом и имеют гарантию производителя сроком на 1 год.

Обратный осмос — это наилучшая доступная технология очистки воды «полного спектра» от органических загрязнений и неорганических загрязнений, таких как токсичные металлы, соли, токсичные вещества (такие как нитраты, соли металлов и цианиды), а также все виды твердых частиц , асбест, ПХБ, пестициды, гербициды, метаболиты лекарств, фармацевтические препараты в питьевой воде и даже микроорганизмы. Ультрафиолетовая дезинфекция всегда рекомендуется, особенно если у вас есть проблема с микроорганизмами.

Сама по себе угольная фильтрация не удаляет неорганические загрязнения (если они присутствуют) эффективно, в чем преимущество обратного осмоса. С другой стороны, обратный осмос является гораздо более «практической» технологией по сравнению с угольной фильтрацией и требует, чтобы вы внимательно изучили химический состав воды, чтобы увидеть, есть ли у вас какие-либо проблемы с качеством воды, которые могут привести к загрязнению мембраны обратного осмоса. . Для работы обратного осмоса также требуется определенное давление воды.

Типовой проект атмосферной системы:

Система обратного осмоса Flexeon или Axeon (после любой предварительной обработки) сбрасывает очищенную воду в атмосферный резервуар для хранения (обычно от 75 до 1500 галлонов) при нулевом давлении, а также сбрасывает сточные воды в канализацию. Поплавковый выключатель выключит устройство, когда бак наполнится. Насос повторного нагнетания устанавливается сразу после резервуара для хранения, а система УФ-дезинфекции может быть установлена ​​в любом месте между атмосферным резервуаром и насосом повторного нагнетания.

Иногда требуется предварительная обработка сырой питательной воды : Жесткая вода с жесткостью выше 15 гран обычно нуждается в умягчителе воды или впрыске против накипи. Другие проблемы с качеством воды (такие как барий, диоксид кремния, стронций и т. д.) могут потребовать установки системы впрыска химикатов против накипи.

Высокие уровни железа, марганца и сульфидов могут потребовать установки блока окисления перед системой обратного осмоса.

Кроме того, многие системы обратного осмоса могут быть должным образом предварительно обработаны ХИМИЧЕСКАЯ ИНЪЕКЦИЯ АНТИСКАЛАНТА . Этот метод очень жизнеспособен и становится все более популярным среди людей, которые не хотят использовать солевые умягчители воды.

Недостаточно продезинфицированная питательная вода (колодезная вода и/или вода для тропических зон) может в конечном итоге засорить вашу систему бактериями и вирусами, если вы не установите УФ-лампу или систему хлорирования выше по течению.

Клиенты, которые планируют перерабатывать большие объемы воды, могут также выбрать использование угольного блока обратной промывки перед блоком — вместо использования (и замены) картриджей с угольным блоком, которые поставляются с блоком обратного осмоса, поскольку стоимость эксплуатации при использовании только угольные картриджи были бы непомерно высокими. Вы все еще используете эти картриджи, но они просто «отказоустойчивые» устройства.

Химия воды Проблемы:

Вы всегда должны делать хороший анализ воды. Если у вас его нет, вы можете получить его ЗДЕСЬ . Лучше всего отправить его нам по электронной почте на адрес[email protected] или позвонить по телефону 800-608-USWA. Это очень важно. Не покупайте систему обратного осмоса, если у вас нет хотя бы базового анализа воды.

В частности, нам необходимо знать следующее: общая жесткость, TDS, железо, сульфиды, марганец, pH, хлориды, диоксид кремния, сульфаты и [температура воды зимой]. Барий и стронций также представляют серьезную проблему в сочетании с сульфатами (SO4). Пожалуйста, сообщите нам о любых других проблемах с водой или особых проблемах, о которых вы знаете, таких как: высокий TSS, радон или небезопасные уровни любых загрязняющих веществ, таких как мышьяк. Если вы обрабатываете небезопасную питьевую воду, вы обязаны работать со специалистом по очистке воды на месте, чтобы убедиться, что вы получаете надлежащие результаты. Частью этого является лабораторное подтверждение и периодический мониторинг. Если у вас высокое содержание хлоридов и/или кислая вода, вам следует заменить насос Титана на нержавеющую сталь.

RO обычно в некоторой степени снижает уровень pH. Вам не нужна кислая (pH < 6,9) вода обратного осмоса, особенно с медными трубами. Возможно, вам придется повысить pH воды (после системы обратного осмоса), чтобы избежать выщелачивания медных или металлических труб и кранов. Это можно сделать, просто добавив картриджный фильтр из кальцита. Есть также опасения по поводу здоровья в связи с длительным употреблением кислой воды. US Water предлагает недорогие здоровые решения этой проблемы, такие как резервуар с минералами кальцита или кальцит, смешанный с 50% оксидом магния.

Если у вас слишком жесткая вода, вам придется либо установить умягчитель воды перед системой обратного осмоса, либо вы можете установить систему впрыска химикатов против накипи перед установкой обратного осмоса. Если у вас слишком много железа, сульфидов или марганца, вам придется удалить их с помощью хорошо спроектированного блока окисления, расположенного перед системой обратного осмоса.

Размер вашей системы обратного осмоса:

Сколько галлонов в день вам требуется? Вы должны добавить около 20% к этому числу, чтобы учесть вариацию и допустимую погрешность. Кроме того, более холодная вода также будет производить гораздо меньше галлонов в день, чем заявленная производственная мощность, которая основана на воде с температурой 77 градусов по Фаренгейту. Размер системы необходимо основывать на самой холодной температуре воды, которую будет испытывать ваша система, например, температуре воды зимой.

В целях экономии электроэнергии и снижения износа насосов и двигателей рекомендуется выбирать систему обратного осмоса таким образом, чтобы насос работал не более 8–12 часов в день. Это экономит ваши деньги на электричестве и замене двигателя. Хотя в этом нет необходимости, это настоятельно рекомендуется. Хорошее эмпирическое правило состоит в том, чтобы определить, какой будет ваша максимальная дневная производительность, добавить 20% в качестве «фактора выдумки», а затем удвоить это число (так, чтобы система работала только до 12 часов в день).

Помните об этом : Системы обратного осмоса рассчитаны на соответствующие галлоны в день при температуре 77 градусов по Фаренгейту. Если вы живете в климате с холодной водой, где температура воды может быть значительно ниже 77 градусов, вы должны понимать, что можете потерять примерно 2% производительности за каждый градус ниже 77 градусов по Фаренгейту. 

ДОМОВЛАДЕЛЬЦЫ : При использовании всего дома каждый член семьи «обычно» потребляет в среднем 80–100 галлонов на человека в день. Таким образом, 4 человекам обычно требуется около 400 галлонов в день. Ожидайте праздники и гостей. Примите во внимание плавательные бассейны, джакузи или любые другие виды водопотребления, которые у вас могут быть. Если ваша вода не так уж плоха, вы можете попросить своего установщика оставить садовые шланги и подачу воды в бассейн как необработанные (не очищенные обратно осмосом). По данным Международной ассоциации водопроводных сооружений, средний показатель по стране составляет 106 галлонов в день.

Опции системы:

Для повышения эффективности (меньше сточных вод, сбрасываемых в канализацию) добавьте в систему дополнительную функцию рециркуляции концентрата и расходомер рециркуляции. Это, как правило, повысит вашу эффективность (меньше сточных вод) примерно на 20-40% или около того, но также сделает ваши сточные воды более концентрированными по сравнению с тем, что было в вашей воде с самого начала. Это увеличит «нагрузку и стресс» на мембрану обратного осмоса. Не добавляйте рециркуляцию, если она вам действительно не нужна.

При желании вы также можете модернизировать кожухи из ПВХ-мембраны до стекловолокна или нержавеющей стали.

Резервуары для хранения воды:

В большинстве случаев обратного осмоса очищенная вода медленно заполняет открытый атмосферный резервуар [с нулевым давлением]. Атмосферные резервуары для хранения не имеют давления и требуют 1-дюймового переборочного фитинга на дне, чтобы вы могли подключить подходящий насос повторного нагнетания. резервуар для воды наполнится. Без этого произойдет «катастрофическое затопление». Длина электрического провода составляет около 20 футов, и для его подключения требуется электрическая розетка поблизости.

Атмосферный резервуар для хранения (при нулевом давлении) по сравнению с напорным резервуаром:

Атмосферный резервуар не оказывает «противодавления» на мембрану обратного осмоса, что снижает количество сточных вод, спускающихся в канализацию. Вы можете добавить систему УФ-дезинфекции между резервуаром для воды и насосом повторного нагнетания. Он должен быть надлежащего размера, чтобы соответствовать или превышать скорость потока насоса повторного нагнетания.

Напорные баки — еще один вариант. Они полностью герметичны и не позволяют воздуху, микробам или загрязнениям попадать в воду. Они намного меньше, пустеют быстрее и стоят дороже.

Использование напорного бака обычно требует от вас покупки системы обратного осмоса большего размера, чтобы не отставать от ваших требований к потоку, в то время как намного больший атмосферный резервуар для хранения позволит вам купить систему обратного осмоса меньшего размера.

Резервуары высокого давления требуют, чтобы вы добавили реле высокого давления к вашей системе обратного осмоса.

Реле высокого давления автоматически запускает систему обратного осмоса, когда давление в резервуаре падает ниже 40 фунтов на квадратный дюйм, и останавливает систему, когда давление в резервуаре достигает 60 фунтов на квадратный дюйм.

Системы обратного осмоса обычно производят довольно низкое давление воды около 40 фунтов на квадратный дюйм. Повторное повышение давления очищенной воды все еще может быть необходимо.

Все системы обратного осмоса генерируют сточные воды, которые с самого начала будут иметь концентрированные уровни того, что было в вашей воде. Это должно быть направлено к соответствующему сливу. Помните, что ваши сточные воды, как правило, примерно в 2-5 раз больше по объему, чем очищенная вода, которую вы производите каждый день! Именно так технология обратного осмоса удаляет загрязнения с мембраны и поддерживает ее в чистоте.

Компенсация за коммерческие системы обратного осмоса невозможна из-за неподходящего размера из-за более низкой температуры воды или более высокого уровня TDS. Клиенты обязаны информировать компанию US Water о возможных проблемах с температурой, давлением или качеством воды, которые могут отрицательно сказаться на работе системы обратного осмоса.

• Коммерческая система обратного осмоса работает на самом высоком уровне, когда она подается в резервуар под открытым небом или в атмосферный резервуар. Без обратного давления со стороны камеры резервуара для хранения под давлением коммерческий обратный осмос будет подавать воду с чрезвычайно низким TDS; нет ничего необычного в том, что TDS близок к НУЛЮ, когда RO сбрасывается в резервуар атмосферного давления. В сфере общественного питания или в других сферах, где крайне низкая или нулевая TDS не является критической, можно использовать резервуар-дозатор, но если производственный процесс требует воды с чрезвычайно низким TDS, то атмосферный резервуар, безусловно, является лучшим решением.
• Надлежащая предварительная обработка необходима для успешной и экономичной работы коммерческой системы обратного осмоса. Вода должна быть как можно более мягкой, или перед системой необходимо подавать раствор для удаления накипи, чтобы предотвратить образование накипи на мембране. В большинстве случаев умягчитель воды и угольный фильтр с обратной промывкой являются предпочтительным и наиболее экономичным методом предварительной очистки.
• Для хранения воды обратного осмоса требуется атмосферный резервуар, и US Water предлагает атмосферные резервуары размером от 20 до 9 галлонов. 000 галлонов, а также всех промежуточных размеров. Кроме того, вода должна быть под давлением из атмосферного резервуара (ов), поэтому предлагается несколько насосов для воды высокой чистоты, а также ультрафиолетовая дезинфекция, УФ, которая убивает любые переносимые по воздуху или воде бактерии, которые могут проникнуть в атмосферный резервуар.
• Кроме того, US Water предлагает деионизацию воды для сверхчистых применений, таких как лабораторная вода и производство полупроводников, а также контрольно-измерительные приборы и мониторинг.
• Ниже приведена типичная полная система, включая предварительную обработку, бак, насос, УФ и DI:

Если вам нужна помощь в проектировании или определении размеров, в US Water есть инженерно-технический персонал, способный справиться с любой задачей. Позвоните нам по телефону 800-608-USWA или напишите нам по электронной почте [email protected].

Гидростатическая система опреснения под давлением для крупномасштабной глубоководной космической станции

На этой странице

РезюмеВведениеЗаключениеДоступность данныхКонфликты интересовВклад авторовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

По сравнению с обычными морскими возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия солнца, ветра, волн и т. д., гидравлическое давление, хранящееся в глубоководной морской воде, может обеспечивать стабильный и последовательный поток энергии. Таким образом, он может быть напрямую связан с процессом обратного осмоса (RO) для снабжения питьевой минеральной водой экипажей глубоководной космической станции (DSSS). Мы предложили новую систему опреснения обратного осмоса для подводных лодок, приводимую в действие гидравлическим давлением глубоководной морской воды (SHP-RO), состоящую из ветви опреснения для получения пресной воды и ветви обратного давления для обеспечения независимости опреснения от глубины. Проведен анализ влияния глубоководной морской среды на RO, на основании чего изучены процессы предварительной обработки морской воды и подготовки питьевой минеральной воды. Схема рекуперации энергии на основе турбины была исследована на основе CFD-моделирования поведения потока в различных сериях турбин. Прогнозировалось, что при расположении СПП на глубине 1100 м и рабочем давлении процесса обратного осмоса 6,0 МПа при дебите питьевой воды 240 м ³ /д рекуперируемая энергия гидравлического давления может достигать 39,22 кВт·ч, что было достаточно для привода потребителей электроэнергии в системе ШП-РО.

1. Введение

Организация Объединенных Наций предложила гарантировать устойчивое снабжение мира пресной водой высокого качества [1], поскольку снабжение пресной водой, одна из важнейших основ выживания человечества и социального развития, сталкивается с возрастающими вызов, связанный с ростом населения, индустриализацией, различными загрязнениями и т. д. Способ получения достаточного количества пресной воды опреснением является общепринятым для большинства населения, особенно в некоторых маловодных районах, расположенных в прибрежной зоне [1, 2]. В настоящее время в основном применяются многостадийный мгновенный (MSF) и обратный осмос (RO), занимающие более 85% текущего производства опресненной воды [3]. Были изучены и другие виды технологий опреснения с различными принципами, такие как многоступенчатая дистилляция (МЭД) [4], электродиализ (ЭД) [4], прямой осмос (ФО) [5], мембранная дистилляция (МД) [4], увлажнение. -осушение (ВДГ) [4], емкостная деионизация (ЕДИ) [6], газогидраты (ГГ) [6] и замораживание [6].

Наиболее первичными источниками энергии для вышеуказанных методов опреснения являются ископаемые виды топлива, которые противоречат устойчивому развитию и защите окружающей среды. Таким образом, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов, волн и разница температур, становятся очень привлекательными для управления опреснением морской воды, с большими перспективами развития и широко тестируемыми [1, 2, 5, 7–11]. ]. Статистические данные свидетельствуют о том, что системы опреснения на солнечной энергии заняли 32% поля опреснения возобновляемых источников энергии, а схемы опреснения на энергии ветра составили 19 %.% [12]. Сочетание возобновляемой энергии с системой опреснения морской воды создает большие проблемы для традиционной системы опреснения. Прерывистость и непостоянство ветровой и солнечной энергии особенно вызывают ряд проблем, таких как изменение мощности системы или даже перебои, которые наносят ущерб оборудованию и значительно сокращают срок службы оборудования [12, 13]. Кроме того, низкая плотность энергии вышеупомянутой общей возобновляемой энергии приводит к громоздкому преобразовательному оборудованию, что ограничивает применение опреснительных установок, работающих на возобновляемых источниках энергии, на морских объектах, небольших островах или кораблях.

В открытом море глубина морской воды легко достигает сотен метров, и энергия гидростатического давления морской воды на глубине 500–800 м может быть разумно использована для управления опреснением, заменяющим вышеуказанную возобновляемую энергию, со стабильным и последовательным потоком энергии. . До сих пор большая часть соответствующей литературы была посвящена концептуальному проектированию и теоретическому анализу, и были предложены три концептуальные схемы для опреснения воды обратного осмоса, управляемого гидростатическим давлением, то есть подводные опреснительные установки, подземные установки и предгорные установки [14]. В подводных опреснительных установках устройства устанавливаются подводно на глубине 500–800 м, а приводное давление для РО получают разностью давлений между гидростатическим давлением и атмосферным давлением. Образовавшаяся пресная вода собирается в накопительном резервуаре и затем перекачивается на уровень моря, а рассол сбрасывается в море [15–17]. На подземных заводах устройства размещаются на глубине около 500 м под землей. Модули обратного осмоса находятся под атмосферным давлением, а морская вода закачивается и затем проталкивается в модуль обратного осмоса под действием гидростатического давления. Пресная вода собирается в резервуар и перекачивается на сушу, а рассол сбрасывается по трубам в глубокое море [18]. В предгорных установках накопительный бак и мембранный модуль размещаются на вершине и у подножия горы соответственно и соединяются гибкой трубой. Затем давление, создаваемое водяным столбом, использовалось для опреснения обратного осмоса. Пресная вода собирается в бак на суше, а рассол сбрасывается в море [19].].

Подводная опреснительная установка подходит для применения в дальнем море, а потребление энергии конкурентоспособно с минимальным потреблением коммерческой установки обратного осмоса. Было предсказано, что при коэффициенте извлечения 25 % и дебите воды 2 × 10 90 651 4 90 652   м 90 651 3 90 652 /сутки теоретическое энергопотребление системы составит 2,98 кВтч/м 90 651 3 90 652 , что составляет около 64 % что было вызвано выкачиванием пресной воды из морских глубин на поверхность [14]. Однако, если для утилизации опресненную воду приходится выкачивать на поверхность, метод подводного опреснения становится менее привлекательным, так как основной корпус устройства приходится погружать в морскую воду на глубину 400–600 м, что приводит к ряду технических проблем. трудности в проектировании и эксплуатации, такие как трудности соединения между морской платформой и подводными устройствами и трубами, трудности с установкой и обслуживанием и т. д., что также приведет к большим капитальным и эксплуатационным затратам, чем традиционная установка обратного осмоса.

По мере того, как люди все чаще исследуют далекие и глубокие моря, глубоководная космическая станция (DSSS) станет широко используемым носителем для человеческой деятельности, в которой запас пресной воды необходим, особенно для длительного пребывания. Для этого требования подводная опреснительная установка, приводимая в действие гидравлическим давлением воды, является идеальным решением для снабжения пресной водой, поскольку она не потребляет обычной энергии и может стабильно использовать большое количество морской воды и ее гидравлическую энергию без колебаний и перебоев, которые присущи другие возобновляемые источники энергии.

Пока что единственная подводная лаборатория в мире, упомянутая НАСА, Aquarius, расположена на мелководье примерно в 60 футах ниже уровня моря [20]. Его внутреннее давление окружающей среды равно внешнему давлению, оба из которых выше атмосферного давления. Водолей был основан для изучения океана и подготовки космонавтов, но не для деятельности человека по исследованию морских глубин.

DSSS, описанный в этой статье, представляет собой концептуальный проект будущего устройства, которое является носителем для исследования глубоководных районов человеком и обычно размещается на глубине ниже 500 м. DSSS может использоваться в качестве транзитной или исследовательской базовой станции для исследования океана и освоения морских ресурсов, новой платформы для наблюдения за подводными лодками и военной базовой станции для регионального наблюдения, защиты подводных лодок и ударов подводных лодок. Кроме того, DSSS предоставит людям возможность выжить на подводных лодках, если наземная и климатическая среда будут нарушены или разрушены какими-то непреодолимыми факторами.

Для DSSS внешнее давление намного выше давления внутренней среды, пригодной для проживания человека. Для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека в СПДО необходимо обеспечить его пресной водой, энергией и кислородом. Пресная вода может быть получена путем опреснения морской воды, энергия может быть преобразована из возобновляемых источников энергии, таких как тепловая энергия океана и энергия приливных течений, а кислород может быть получен путем электролиза пресной воды с побочным продуктом водорода в качестве другого источника энергии для DSSS.

В этой статье мы сосредоточились на том, как подавать пресную воду для DSSS из глубоководной морской воды, используя разницу давлений снаружи и внутри DSSS, без потребления какого-либо традиционного источника энергии. Мы предложили новый процесс опреснения подводной воды обратного осмоса, приводимый в действие гидравлическим давлением морской воды (SHP-RO), для получения питьевой минеральной воды для крупномасштабных и малых DSSS из питательной глубоководной морской воды. СХП-РО состоит из блока предварительной подготовки, модулей обратного осмоса, устройства постоянного перепада давления, системы сброса давления (для малотоннажных СЦО) или системы рекуперации энергии (для крупномасштабных СЦСХ), смесителя минеральной воды, насосов забортной воды и необходимых труб. , клапаны и элементы управления и т. д. Под действием глубоководного гидростатического давления и с помощью насосов морская вода может непрерывно транспортироваться к модулям обратного осмоса после необходимой предварительной обработки, а затем часть воды проникает через мембрану из-за разницы давлений между двумя сторонами обратного осмоса. мембрана. По сравнению с упомянутыми опреснительными устройствами, работающими от гидростатического давления, нет необходимости поддерживать рабочую глубину ППСС в диапазоне 400–600 м, так как перепад давления между двумя сторонами мембраны обратного осмоса может поддерживаться на расчетном уровне. с помощью устройства постоянного перепада давления, обеспечивающего процесс обратного осмоса на колесах в гораздо более глубоком море, куда должен прибыть DSSS. Учитывая безопасность водопользования и рекуперацию энергии гидростатического давления, в системе опреснения для малой и крупной СЦНС применяются предохранительный клапан и устройство рекуперации энергии соответственно. В Разделе 2 представлены рабочий процесс и принципы СХП-РО для производства питьевой минеральной воды крупно- и мелкотоннажного ДСПП. В разделе 3 анализируются ключевые компоненты и параметры процесса, включая обратноосмотическую мембрану и модули, установку предварительной очистки и подготовку питьевой минеральной воды. В разделе 4 система рекуперации энергии для крупномасштабного DSSS спроектирована и проанализирована на основе моделирования CFD.

2. Принцип работы и принципы работы ШП-РО

Глубинная морская вода находится вдали от влияния повседневной деятельности человека и не загрязнена наземными, атмосферными химическими веществами и гормонами окружающей среды. Кроме того, солнечный свет труднодоступен, поэтому бактерий и других патогенов очень мало. Он также содержит несколько минералов и микроэлементов, которые необходимы человеческому организму в повседневной жизни. Поэтому ожидается, что питьевая минеральная вода, представляющая собой смесь глубоководной морской воды и продукта ее опреснения, будет полезна для жизни человека. Глубоководная морская вода содержит различные полезные минеральные ионы и оказывает профилактическое действие на стеатоз печени, вызванный диетой с высоким содержанием жиров и атеросклерозом [21, 22]. Он также может улучшать сердечно-сосудистую гемодинамику и потенциально может быть эффективным средством при диабете, гиперхолестеринемии и атопическом дерматите [23–28].

Предложенная в данной статье система ШП-РО может быть применена как к крупномасштабным, так и к мелкосерийным СПП. Он предназначен для получения минеральной питьевой воды для экипажей DSSS из питательной и чистой глубоководной морской воды с использованием обильной и стабильной энергии гидравлического давления, скрытой в глубоководной среде океана.

Подводное опреснительное устройство, приводящееся в действие гидравлическим давлением глубоководной морской воды, показанное на рисунке 1, подходит для крупномасштабных DSSS, работающих под морской водой на глубине более 500 м. Глубоководная морская вода приводится в движение своим высоким гидравлическим давлением и частично проталкивается через мембрану обратного осмоса, попадая в резервуар для пресной воды с гораздо более низким давлением. Коммерческий мембранный модуль обратного осмоса включает спиральный змеевик, пластину, трубку и полое волокно, среди которых наиболее широко используется спиральный змеевик из-за его большой площади мембраны. Поэтому в системе ШХП-РО тип спирального змеевика определяется как мембранный модуль обратного осмоса.

Поскольку рабочее давление, необходимое для опреснения обратного осмоса, составляет около 5,0–8,0  МПа, при глубине DSSS более 800 м необходимо соответственно увеличить противодавление мембраны обратного осмоса, чтобы поддерживать разумную разницу давлений между двумя стороны мембраны обратного осмоса. С этой целью разработана ветвь вспомогательного противодавления, включающая в себя, в основном, устройство сброса постоянного давления, генератор противодавления и несколько устройств сброса давления, которые начинают работать при глубине СППД более 800 м. В патрубке забортной воды установлены предохранительный клапан и устройство потребления энергии. После того, как морская вода под высоким давлением проходит через клапан сброса давления, часть морской воды поступает в контейнер с морской водой для стабилизации давления в процессе опреснения обратного осмоса, а другая часть подвергается дальнейшему сбросу давления через устройство рассеивания энергии до тех пор, пока давление не упадет до безопасного диапазона. Для рекуперации остаточной гидравлической энергии опресненной воды и предотвращения ее ударов и повреждения системы в пресноводной ветке установлено несколько турбин. Опресненная и сброшенная под давлением пресная вода, наконец, собирается в резервуаре для воды DSSS при атмосферном давлении и смешивается с глубоководной морской водой из напорного клапана и необходимых устройств рассеивания энергии в заданной пропорции для получения минеральной питьевой воды.

Устройство опреснения SHP-RO для маломасштабного DSSS в целом аналогично тому, которое используется в крупномасштабном, за исключением того, что нет необходимости оборудовать турбинами рекуперации энергии из-за меньшего водопотребления и требований к легкому весу для реализации гибкости. в движении. Таким образом, остаточная гидравлическая энергия, хранящаяся как в опресненной воде, так и в морской воде с регулируемым давлением, полностью рассеивается энергопотребляющим устройством, таким как предохранительные клапаны.

3.

Расчет параметров и анализ эффективности производства воды

3.1. Влияние глубоководной среды на работу обратноосмотической мембраны

Устройство ШП-РО работает в глубоководной среде, а температура морской воды подчиняется закону вертикального распределения. Глубокий океан менее подвержен влиянию проводимости и конвекции солнечного излучения и поверхностного тепла, поэтому температура уменьшается с глубиной. Вертикальный профиль температуры океана показан на рисунке 2. Как правило, вертикальная структура океана включает смешанный слой, термоклин и глубинный слой в зависимости от изменения температуры, а термоклин обычно находится на глубине от 200 до 1000 м. Температура морской воды в перемешанном слое примерно такая же, как и на поверхности; распределение температуры морской воды в термоклине и глубинном слое может быть выражено линейным и нелинейным уравнениями соответственно. По данным профиля Арго в Индийском океане в июле затухание температуры с глубиной ч можно выразить уравнением (1) [29, 30]. где G _th (°С·м ⁻¹ ) – прочность термоклина; c ₁ , c ₂ , c ₃ , c ₄ — подгоночные коэффициенты нелинейной кривой; T _s (°C) – температура поверхности океана.

Поток пермеата мембраны обратного осмоса чувствителен к температуре питательной воды и уменьшается при понижении температуры. Причина в том, что вязкость молекул воды увеличивается с понижением температуры, что приводит к уменьшению диффузионных способностей. Связь между температурой и мембранным потоком может быть выражена уравнением (2), где Дж (л·м ^-2 ·ч ^-1 ) представляет мембранный поток при температуре морской воды T (°C) и −1 ) представляет мембранный поток при стандартных условиях испытаний.

Комбинируя уравнения (1) и (2), мембранный поток можно выразить как функцию глубины океана, как показано в уравнении (3).

Согласно уравнению (3), учитывая модель мембраны обратного осмоса и потребность в воде, можно определить поток через мембрану и требуемую площадь мембраны в зависимости от глубины океана. На рис. 3 показано изменение мембранного потока и площади мембраны с глубиной океана, в котором мембрана обратного осмоса серии SWC компании HYDECANME (мембранный поток при давлении 5,5 МПа составляет около 0,05 м ³ ·м ⁻² ·ч ⁻¹ ), а расход воды на 10  м ³ /ч принят за эталон для расчета и анализа. Вертикальное распределение мембранного потока по глубине имеет сходную с температурой морской воды тенденцию, а площадь мембраны, соответственно, противоположную. Потеря мембранного потока, вызванная увеличением глубины, достигает примерно 50% и затем приближается к независимой от глубины; то есть мы можем реализовать потерю мембраны, удвоив площадь мембраны в глубоководной среде океана.

Если DSSS находится рядом с платформой преобразования тепловой энергии океана (OTEC) или совмещен с ней, подаваемая глубинная морская вода может быть сначала предварительно нагрета теплым сбросом OTEC, а затем принудительно пропущена через мембрану обратного осмоса, эффективно увеличивая мембрану. поток и уменьшение площади мембраны. Благодаря этой комбинации энергия OTEC и глубоководного гидравлического давления может быть использована в полной мере, а скорость производства воды может быть эффективно повышена, включая выход воды не только из системы обратного осмоса, но и из системы мгновенного испарения.

Кроме того, потери мембранного потока можно также компенсировать за счет увеличения разницы давлений между двумя сторонами мембраны обратного осмоса, когда DSSS располагается на достаточной глубине, благодаря положительной корреляции между мембранным потоком и рабочим давлением. Согласно относительным исследованиям [31] мы получили аппроксимирующее уравнение (4) мембранного потока относительно рабочего перепада давления при 6°С и концентрации солей 3,5%. При увеличении перепада рабочего давления с 5 МПа до 9МПа, поток через мембрану может быть увеличен на 52,7 %, где ∆ P (МПа) — перепад давления, а c ₅ и c ₆ — подгоночные коэффициенты.

3.2. Предварительная обработка глубоководной морской воды для обратного опреснения

Несмотря на то, что глубоководная вода чистая и не содержит бактерий и других патогенов, предварительная обработка также необходима для удаления из морской воды возможных взвешенных твердых частиц, микроорганизмов, коллоидных частиц и крупных частиц, а также для предотвращения осаждения оксидов металлов. и микрорастворимые соли. Чтобы избежать загрязнения глубоководной среды и учитывая чистые характеристики глубоководной морской воды, вместо добавления химических реагентов используется ряд мембранных модулей.

На рис. 4 показана дополнительная комбинация устройств предварительной очистки, которая включает в себя фильтр грубой очистки, микрофильтр (MF), ультрафильтр (UF) и защитный фильтр. В грубом фильтре питательная вода проходит фильтрацию через песок и фильтрацию с активированным углем. Целью песчаной фильтрации является отделение примесей от воды через слой песка. Фильтрация с активированным углем относится к удалению нерастворимых веществ в глубоководной морской воде путем адсорбции активированного угля. Кроме того, активированный уголь также может поглощать некоторые примеси, растворенные в морской воде, для удаления запаха. MF и UF относятся к разделению жидкости через мембрану под действием перепада давления. МФ используется для снижения мутности и стерилизации жидкой среды. Ультрафильтрация используется для удаления низкомолекулярных растворенных веществ, органических макромолекул, вирусов, патогенов и других веществ. Последним компонентом предварительной обработки является защитный фильтр, также известный как прецизионный фильтр, который используется для предотвращения попадания мелких частиц в мембранный модуль обратного осмоса, повреждения структуры мембраны и снижения срока службы мембраны. Потери на фильтрацию во время всего вышеуказанного модуля предварительной обработки можно рассчитать по формуле Дарси, предполагая, что морская вода является несжимаемой вязкой жидкостью.

3.3. Создание необходимой разности давлений для управления опреснением обратного осмоса

Для создания необходимой и приемлемой разности давлений до и после мембраны обратного осмоса спроектирована вспомогательная ветвь обратного давления, в которой функция реализуется устройством сброса постоянного давления и генератором обратного давления. Устройство сброса постоянного давления предназначено для создания постоянного перепада давления Δ p на глубине морской воды. Структура устройства сброса постоянного давления схематично представлена ​​на рис. 5. В начальных условиях устройство находится в статическом состоянии. При глубоководной морской воде с давлением p ₁ входит на вход, поршень под действием тяги забортной воды движется в сторону выхода F ₁ . При этом поршень перемещается через отверстия A на гладкой поверхности стенки, а деформация пружин составляет ∆ L , что создает усилие F _k . Для уменьшения сопротивления потоку забортной воды отверстия A выполнены косыми выходами с кольцевым распределением. Морская вода вытекает из отверстий A , а затем в полость B , которая воздействует на поршень и создает обратную силу F ₂ . Под действием F ₁ , F _k и F ₂ поршень находится в равновесии, и разность давлений на входе и выходе можно предсказать по уравнению (5 ). Цилиндрическая стенка полости B выполнена в виде шероховатой поверхности для предотвращения дальнейшего движения поршня, так что деформация пружин сохраняется на уровне ∆ L для обеспечения постоянного перепада давления морской воды. После декомпрессии морская вода вытекает из выпускного отверстия и поступает в генератор противодавления: где k (Н/м) – коэффициент жесткости; Δ х (м) — длина сжатия пружины; D (м) – диаметр сердечника клапана.

Генератор противодавления состоит из пары соединенных между собой контейнеров для забортной воды и контейнеров для пресной воды, как показано на рисунке 1. В исходном состоянии пресная вода впрыскивается в контейнер для пресной воды, а воздух под атмосферным давлением наполняется в контейнер для забортной воды так, что давление в обоих сосудах равно атмосферному (0,1 МПа). При рабочей глубине ГСПП менее 800 м, т. е. наружном гидравлическом давлении менее 8,0 МПа, ветвь противодавления остается закрытой и не работает. Только при рабочей глубине более 800 м открывается ветвь противодавления и начинают работать устройства. Откройте клапан и направьте небольшой поток морской воды под высоким давлением через устройство сброса постоянного давления, после чего перепад давления воды достигнет заданного значения, например, 8 МПа. Затем часть морской воды поступает в контейнер с морской водой и сжимает воздух в контейнере с морской водой, вызывая постепенное повышение давления до давления морской воды. Поскольку воздух может свободно проходить через верхнее отверстие, которое соединяет контейнеры с морской и пресной водой и удерживается над поверхностью жидкости, давление в контейнере с пресной водой всегда равно давлению в контейнере с морской водой. Выпускная труба пресной воды модуля обратного осмоса соединена с резервуаром пресной воды генератора обратного давления. Следовательно, перепад давления до и после мембраны обратного осмоса может поддерживаться с помощью противодавления, и опреснение может работать должным образом.

3.4. Приготовление питьевой минеральной воды

Как свежая, так и минеральная вода, произведенная системой СХП-РО, может подаваться для питья напрямую в СППП. По сравнению с пресной водой, минеральная вода предпочтительнее, так как она богата минералами и микроэлементами из чистой и питательной глубоководной морской воды. Как уже упоминалось, питьевая минеральная вода производства СХП-РО представляет собой смесь опресненной воды и незначительного количества предварительно очищенной глубоководной морской воды. Согласно соответствующим данным [32], в глубоководной морской воде больше всего минеральных ионов Na ⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , SO ₄ ^2- , NO ₃ ^— , Cl ^{в толще 10,05  м н.у. Их концентрации по сравнению с их верхними пределами, указанными в стандарте на питьевую воду ВОЗ, приведены в таблице 1. В качестве расчетного стандарта окончательно определяется Cl − , а соотношение глубинной морской воды и опресненной воды должно быть не менее 1. : 76 для производства глубоководной питьевой минеральной воды.}

4. Рекуперация энергии опресненной воды

Для рекуперации остаточной гидравлической энергии опресненной воды и предотвращения ее удара и повреждения системы в пресноводной ветке установлено несколько турбин. После того, как резервуар для хранения энергии и воды наполняется пресной водой, открывается выпускной клапан, позволяя воде течь через несколько турбин и восстанавливать остаточную гидравлическую энергию, хранящуюся в пресной воде, а затем собираться в резервуар для воды DSSS с атмосферным давлением. Принимая во внимание условия давления и расхода опресненной воды, турбина Фрэнсиса с широким применением выбрана в качестве турбины рекуперации энергии.

Когда пресная вода течет через турбину, лопасти, закрепленные на рабочем колесе, вращаются из-за воздействия воды, а затем шпиндель генератора, соединенный с турбиной, также приводится во вращение для достижения преобразования энергии. Энергия давления в пресной воде преобразуется в электрическую энергию, которая может накапливаться в батареях и подаваться на насосы и модули управления в системе. В процессе декомпрессии и выработки электроэнергии можно использовать многоступенчатые тандемные турбины Фрэнсиса из-за их гибкости, поскольку количество рабочих ступеней можно регулировать с помощью восстановленного давления. В этом разделе эффективность рекуперации энергии турбин Фрэнсиса в различных режимах исследуется на основе CFD-моделирования с целью получения эффективного метода на основе турбин для рекуперации энергии остаточного давления, содержащейся в опресненной воде SHP-RO.

4.1. Геометрическая модель турбины Фрэнсиса

Турбина Фрэнсиса состоит из отводящего, направляющего, рабочего и дренажного компонентов со следующими основными параметрами: диаметр рабочего колеса и входного отверстия улитки составляет 500 мм и 772 мм соответственно; количество лопаток, активных направляющих аппаратов и неподвижных направляющих аппаратов 13, 18 и 11 соответственно. На рис. 6 показаны трехмерные модели характерных компонентов или областей жидкости в турбине Фрэнсиса. Улитка и направляющие лопатки совместно направляют поток воды и, таким образом, объединены вместе в модели, показанной на рисунке 6(а). Бегун является ключевым компонентом для преобразования гидравлической энергии в механическую энергию. Как показано на рис. 6(с), он в основном состоит из короны, ленты и лопастей, которые обычно имеют трехмерную криволинейную поверхность в соответствии с гидравликой, показанной на рис. 6(б). В практическом применении тяговая труба гидротурбины должна определяться в соответствии с конкретными условиями работы. Его производительность оказывает важное влияние на эффективность работы и стабильность гидротурбины. Так как система ШП-РО устанавливается в СППР и ограничена в пространстве, более подходящей является коленчатая тяговая труба, показанная на рис. 6(г).

4.2. CFD-модель для прогнозирования производительности турбины

На основе трехмерной области жидкости, показанной на рис. 6, можно создать геометрическую модель для CFD-моделирования. Для создания сетки используются неструктурированные тетраэдрические сетки из-за их лучшей адаптируемости к сложной структуре турбины. На рис. 7 показаны результаты построения сетки модели турбины, в которой часть рабочего колеса извлечена и увеличена для лучшего обзора.

Поле течения внутри турбины обычно рассматривается как несжимаемое течение, и теплообменом в процессе можно пренебречь. Основные уравнения, участвующие в моделировании, включают уравнение неразрывности и уравнения импульса, а турбулентность описывается моделью Transition SST. Что касается граничных условий, вход и выход задаются как напор-вход и напор-выход соответственно. Кроме того, для настройки вращающейся части задается скорость вращения бегунка. Рабочее колесо гидротурбины, включая лопатку, верхний венец и нижнее кольцо, определяется как движущаяся стенка в граничных условиях.

4.3. Результаты моделирования и обсуждение

На основе численного моделирования поведения потока в гидротурбине с помощью построенной модели CFD была проанализирована эффективность рекуперации энергии одноступенчатой, двухступенчатой ​​и четырехступенчатой ​​серий. Учитывая взаимосвязь между размером и скоростью вращения турбины, были исследованы два типоразмера гидротурбины, а также их последовательные режимы. Основные параметры их приведены в таблице 2.

Для последовательного режима каждая стадия моделировалась отдельно с равномерным перепадом давления в последовательности от противодавления модуля обратного осмоса до атмосферного давления, чтобы уменьшить номер сетки и сократить время расчета.

4.3.1. Моделирование крупногабаритной гидравлической турбины

Для крупногабаритной гидротурбины диаметр рабочего колеса составляет 500 мм. Предположим, что СПП находится на глубине 1100 м, рабочий перепад давления РО составляет 6 МПа, а дебит пресной воды – 10 м 9 .0651 3 /ч остаточный напор, восстанавливаемый гидротурбинами, составляет от 5 МПа до 0,1 МПа. В таблице 3 показано входное и выходное давление каждой ступени для различных последовательных режимов.

На рис. 8 показано распределение давления для различных последовательных режимов крупногабаритной гидротурбины. В одноступенчатой ​​турбине в рабочем колесе возникает очевидная и серьезная кавитация, которая может привести к повреждению лопаток и негативному влиянию на работу турбины, и поэтому ее следует избегать на практике. Использование двухступенчатого или четырехступенчатого режима может эффективно смягчить кавитацию, в то время как сложность и сложность работы системы будут возрастать с увеличением количества ступеней.

На рисунках 9–11 показаны зависимости выходного крутящего момента, мощности и КПД крупногабаритных турбин от их частоты вращения соответственно. Выходной крутящий момент обратно пропорционален частоте вращения турбин, а мощность и КПД сначала увеличиваются, а затем падают. Для трех последовательных режимов турбина достигает наибольшего КПД, когда скорость вращения достигает 3800 об/мин, 2600 об/мин и 2000 об/мин соответственно. С увеличением числа ступеней производительность на выходе ухудшается. Хотя одноступенчатый режим обладает лучшими выходными характеристиками, ущерб, причиняемый кавитацией, является наиболее серьезным. Для всестороннего рассмотрения двухступенчатая серия крупногабаритных гидротурбин может быть вариантом для рекуперации энергии остаточного давления.

4.3.2. Моделирование малогабаритной гидротурбины

Для малогабаритной гидротурбины диаметр рабочего колеса составляет 50 мм. Условия работы и граничные условия турбин такие же, как у крупногабаритной гидротурбины. На рис. 12 показано распределение давления в различных последовательных режимах малогабаритной гидротурбины, и были получены результаты, аналогичные результатам для крупногабаритной гидротурбины.

На рисунках 13–15 показаны зависимости выходного крутящего момента, мощности и КПД малогабаритных турбин от их частоты вращения соответственно. Изменение выходной мощности в зависимости от скорости вращения похоже на изменение выходной мощности турбины большого размера, т. Е. Выходной крутящий момент обратно пропорционален скорости вращения, а мощность и КПД имеют пиковые точки, но значение сильно отличается, за исключением эффективность. Выходной крутящий момент и мощность большого размера в 1000 и 100 раз больше, чем у малого размера, соответственно, а рабочая скорость вращения снижается примерно в 10 раз. Двухступенчатая серия также демонстрирует лучшие комплексные характеристики, но наилучшая эффективность достигается при скорости вращения, близкой к 30000  об/мин, что на практике практически не выполняется.

4.3.3. Прогноз рекуперации энергии

Путем анализа смоделированных характеристик рекуперации энергии гидравлических турбин разного размера и ступени двухступенчатая крупногабаритная серия рассматривается как модуль рекуперации энергии при вышеуказанных условиях глубины и потребности в воде. Для системы рекуперации энергии выработка электроэнергии гидроэлектрогенератором связана со временем, эффективностью и мощностью, что также является важным фактором для оценки производительности системы.

Поскольку производительность описанной системы составляет 10 м ³ /ч, перед гидравлической турбиной устанавливается резервуар для пресной воды объемом 10 м ³ для хранения опресненной воды, производимой мембраной обратного осмоса. Когда работает система обратного опреснения, пресная вода непрерывно поступает в резервуар для пресной воды. Когда резервуар для хранения заполнен, опресненная вода, хранящаяся в резервуаре, начинает сбрасывать воду. Пресная вода поступает в турбину, чтобы привести в действие гидрогенератор, и в этом процессе завершается преобразование энергии. На рис. 16 показано соотношение между выходной мощностью и временем разрядки, а в табл. 4 — режим работы гидравлических турбин и настройки их давления.

Поскольку скорость потока на входе в резервуар для хранения воды относительно мала по сравнению с расходом на выходе, давление в резервуаре для хранения воды будет постепенно снижаться во время сброса воды. Рассчитывается время сброса для каждого перепада давления в 0,5 МПа, пока давление в резервуаре для хранения воды не упадет до 0,5 МПа. Затем определяется общее время разряда, и общая выходная мощность запасенной пресной воды может быть предсказана на основе принципа разности. При снижении давления в накопительном баке до 0,5 МПа гидротурбины перестают работать. При суточной добыче воды 240 м ³ , электроэнергия, вырабатываемая устройством рекуперации энергии, составляет около 39,22 кВт·ч, что достаточно для потребляющих энергию устройств, включая насосы забортной воды и модули управления, в то время как основной энергоемкий процесс, опреснение обратного осмоса, управляется высокой гидравлическая энергия. Таким образом, система СХП-РО может выполнять опреснение абсолютно за счет возобновляемого гидравлического давления глубоководной морской воды.

5. Заключение

Прерывистость, колебания и низкая плотность энергии являются основными недостатками обычных морских возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, энергия ветра, энергия волн и т. д., что ограничивает их эффективное применение в исследовании океана. Между тем, для добычи различных океанских ресурсов все чаще будут проводиться дальние и глубоководные исследования, а широкомасштабная глубоководная космическая станция (ГМКС) станет популярной для длительного пребывания человечества, в которой запасы пресной воды необходимы человеку. выживание.

По сравнению с обычными морскими возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия, энергия ветра, энергия волн и т. д., энергия гидравлического давления, хранящаяся в глубоководной морской воде, может выдавать стабильный и последовательный поток энергии. Он может обеспечить экологически безопасное и энергосберегающее решение для удовлетворения потребности в воде крупномасштабных DSSS за счет объединения с процессом обратного осмоса, производя питьевую воду из чистой и питательной глубоководной морской воды. По этой причине мы предложили подводную систему обратного осмоса, приводимую в действие гидравлическим давлением глубоководной морской воды (SHP-RO), которая состояла из ветви опреснения для получения пресной воды и ветви обратного давления для обеспечения независимости процесса опреснения от глубины. Проанализировано влияние глубоководной среды на эффективность опреснения и предложено компенсировать потерю потока пермеата, вызванную снижением температуры, за счет увеличения площади мембраны и повышения рабочего давления в пределах рабочего предела и предела глубины. Из-за чистоты глубоководной морской воды и экологических требований глубоководных исследований предварительная обработка состояла из ряда мембранных модулей и не содержала химических реагентов. В конечном итоге минеральная питьевая вода была получена путем смешивания опресненной воды и глубоководной морской воды в определенной пропорции, которая была определена в соответствии со стандартом ВОЗ для питьевой воды.

Для рекуперации остаточной гидравлической энергии опресненной воды и предотвращения ее ударов и повреждения системы в пресноводной ветке после энерговодяного накопителя было установлено несколько турбин. Эффективность рекуперации энергии турбин Фрэнсиса в различных последовательных режимах была исследована с помощью CFD-моделирования, на основе которого была исследована схема прогнозирования рекуперации энергии на основе турбины. На достаточной глубине и с достаточной производительностью воды энергия гидравлического давления глубоководной морской воды может не только управлять процессом обратного осмоса, но и удовлетворять все потребности в энергии всей системы SHP-RO с насосами и модулями управления, приводимыми в действие рекуперированной энергией. .

В отличие от подводной опреснительной системы, упомянутой в литературе, все оборудование системы SHP-RO может быть интегрировано в DSSS, что позволяет избежать технических трудностей при проектировании и эксплуатации, таких как трудности соединения между морской платформой и подводными устройствами и трубы, трудности с установкой и обслуживанием и т. д. Таким образом, с ростом применения DSSS в будущем техника SHP-RO будет играть все более и более важную роль.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Ифань Цуй и Лу Хуэй внесли равный вклад в работу.

Благодарности

Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (51769006).

Ссылки

1. Анонимно, Отчет о Целях развития тысячелетия , United Nations, New York, NY, USA, 2008.

2. К. Х. Аль-Захрани, «Управление спросом на воду в Королевстве Саудовская Аравия», International Journal of Arts and Sciences , vol. 2, стр. 68–76, 2010.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

3. А. Д. Хаваджи, И. К. Кутубхана и Дж.-М. Ви, «Достижения в технологиях опреснения морской воды», Опреснение , том. 221, нет. 1–3, стр. 47–69, 2008.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

4. M. M. Aboelmaaref, M. E. Zayed, J. Zhao et al., «Гибридные солнечные опреснительные системы, управляемые технологиями CSP с параболическими желобами и параболическими тарелками: категоризация технологий, термодинамические характеристики и экономическая оценка», Energy Conversion and Management , том. 220, нет. 15, с. 113103, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

5. Н. А. Ахмад, П. С. Гох, Л. Т. Йогаратинам, А. К. Зулхайрун и А. Ф. Исмаил, «Текущие достижения в мембранных технологиях для опреснения пластовой воды», Опреснение , vol. 493, с. 114643, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. К. Эльсаид, Э. Т. Сайед, М. А. Абделькарим, М. С. Махмуд, М. Рамадан и А. Олаби, «Воздействие новых технологий опреснения на окружающую среду: предварительная оценка», Journal of Environmental Chemical Engineering , vol. . 8, нет. 5, с. 104099, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Академия Google

7. А. Моллахосейни, А. Абдельрасул, С. Шейбани, М. Амини и С. К. Салестан, «Возможности опреснения с использованием возобновляемых источников энергии — тематическое исследование», Journal of Environmental Management , vol. 239, стр. 187–197, 2019.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

8. М. А. М. Хан, С. Рехман и Ф. А. Аль-Сулейман, «Гибридная система возобновляемой энергии как потенциальный источник энергии для опреснения воды с использованием обратного осмоса: обзор», Renewable and Sustainable Energy Reviews , том. 97, стр. 456–477, 2018.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. Q. Zhang, S. Chen, Z. Fu, H. Yu и X. Quan, «Электричество, индуцированное перепадом температур во время солнечного опреснения с двухслойными монолитами на основе MXene», Nano Energy , об. 76, с. 105060, 2020.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

10. А. М. Дельгадо-Торрес, Л. Гарсия-Родригес и М. Дж. Дель Мораль, «Предварительная оценка инновационного опреснения морской воды обратным осмосом (SWRO) с использованием гибридной солнечной фотоэлектрической (PV) системы энергии приливов», Опреснение , vol. 477, с. 114247, 2020.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. Л. Фернандес Прието, Г. Родригес Родригес и Дж. Шалленберг Родригес, «Энергия волн для питания опреснительной установки на севере острова Гран-Канария: волновые ресурсы, социально-экономическая и экологическая оценка», Journal of Экологический менеджмент , том. 231, стр. 546–551, 2019.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

12. К. Ма и Х. Лу, «Технологии ветроэнергетики, интегрированные с системами опреснения: обзор и современное состояние», Опреснение , том. 277, нет. 1–3, стр. 274–280, 2011.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. В. Лай, К. Ма, Х. Лу, С. Венг, Дж. Фан и Х. Фанг, «Влияние прерывистости и колебаний ветра на процесс опреснения обратным осмосом и стратегии решения», Опреснение , том. 395, стр. 17–27, 2016.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

14. C. Charcosset, C. Falconet и M. Combe, «Установки гидростатического давления для опреснения воды с помощью обратного осмоса», Renewable Energy , vol. 34, нет. 12, стр. 2878–2882, 2009.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

15. Д. Коломбо, М. Де Герлони и М. Реали, «Энергоэффективная подводная опреснительная установка», Опреснение , том. 122, нет. 2-3, стр. 171–176, 1999.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

16. P. Pacenti, M. De Gerloni, M. Reali et al., «Подводная система опреснения морской воды обратным осмосом», Опреснение , том. 126, нет. 1–3, стр. 213–218, 1999.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

17. P. Pacenti, M. Reali, N. Brambilla et al., «Развертывание прототипа подводной опреснительной установки обратного осмоса (RODSS): полевые испытания и предварительные технические оценки», Опреснение , vol. 138, нет. 1–3, с. 181, 2001.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

18. М. Реали, М. Де Герлони и А. Сампаоло, «Подводные и подземные схемы обратного осмоса для энергоэффективного опреснения морской воды», Опреснение , том. 109, нет. 3, стр. 269–275, 1997.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

19. С. Аль-Харабшех, «Инновационная система опреснения воды обратным осмосом с использованием гидростатического давления», Опреснение , vol. 196, нет. 1–3, стр. 210–214, 2006 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

20. НАСА, О Водолее , НАСА, Вашингтон, округ Колумбия, США, 2006 г., https://www.nasa.gov/mission_pages/NEEMO/facilities.html.

21. И.-С. Чен, Ю.-Ю. Чанг, К.-Л. Хсу и др., «Смягчающее воздействие питьевой воды из глубоководной морской воды на накопление липидов в печени и окисление, вызванное диетой с высоким содержанием жиров», Журнал Китайской медицинской ассоциации , том. 76, нет. 2, стр. 95–101, 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

22. M. Miyamura, S. Yoshioka, A. Hamada et al., «Разница между глубоководной и поверхностной морской водой в профилактическом эффекте атеросклероза», Biological & Pharmaceutical Bulletin , vol. 27, нет. 11, стр. 1784–1787, 2004.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

23. С.-И. Кацуда, Т. Ясукава, К. Накагава и др., «Глубоководная вода улучшает сердечно-сосудистую гемодинамику у кроликов Куросава и Кусанаги с гиперхолестеринемией (KHC)», Биологический и фармацевтический бюллетень , том. 31, нет. 1, стр. 38–44, 2008 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

24. М.-Х. Чанг, Б.-С. Цанг, Т.-Ю. Ян, Ю.-К. Сяо, Х.-К. Ян и Ю.-К. Чен, «Влияние глубоководной морской воды на липиды крови и давление у мышей с высоким содержанием холестерина», Journal of Food Biochemistry , vol. 35, нет. 1, стр. 241–259, 2011.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

25. Б. Ха, Э. Шин, Ж.-Э. Park и Y. Shon, «Антидиабетический эффект сбалансированной глубоководной воды и ее механизм действия у мышей с диабетом, индуцированным диетой с высоким содержанием жиров», Marine Drugs , vol. 11, нет. 11, стр. 4193–4212, 2013.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

26. С. З. Мохд Нани, Ф. А. Маджид, А. Б. Джаафар, А. Махдзир и М. Н. Муса, «Потенциальная польза для здоровья глубоководной воды: обзор», Доказательная дополнительная и альтернативная медицина , том. 2016, 2016.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

27. К.-С. Ли, Ю.-С. Квон, С. Ким, Д.-С. Мун, Х.Дж. Ким и К.-С. Нам, «Регуляторный механизм минерально-сбалансированной глубоководной воды на гипохолестеринемические эффекты в клетках печени HepG2», Biomedicine & Pharmacotherapy , vol. 86, стр. 405–413, 2017.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

28. К.-С. Ли, С.-Ю. Чун, М.-Г. Ли, С. Ким, Т.-Дж. Джанг и К.-С. Нам, «Профилактика TNF- α / IFN- γ индуцированное смесью воспаление кератиноцитов человека и кожные поражения, подобные атопическому дерматиту, у мышей Nc/Nga под воздействием глубоководной морской воды со сбалансированным минеральным составом», Biomedicine & Pharmacotherapy , vol. 97, стр. 1331–1340, 2018.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

29. П. К. Чу, Ч. Р. Фралик, С. Д. Хаегер и М. Дж. Каррон, «Параметрическая модель термической изменчивости желтого моря», Журнал геофизических исследований: океаны , том. 102, нет. C5, стр. 10499–10507, 1997.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

30. Чу П. К., Фан К. и Лю В. Т., «Определение вертикальной тепловой структуры по температуре поверхности моря», Journal of Atmospheric and Oceanic Technology , vol. 17, нет. 7, стр. 971–979, 2000.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

31. Q. F. Alsalhy, T. M. Albyati, and M. A. Zablouk, «Изучение влияния условий эксплуатации на производительность мембраны обратного осмоса с использованием и без использования метода барботирования воздуха», Инженерно-химические связи , вып. 200, нет. 1, стр. 1–19, 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

32. S. He, H. Liu, X. Yang, C. Li и H. Guan, «С какой глубины следует откачивать глубоководную воду в Южно-Китайском море для медицинских исследований?» Журнал Океанического университета Китая , том. 12, нет. 1, стр. 134–138, 2013 г.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Академия Google

Авторское право

Copyright © 2021 Yifan Cui et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Как рассчитать трансмембранное давление

Опубликовано RJ Twiford на 15 июня 2021 г. 19:34 | Комментарии отключены на Как рассчитать трансмембранное давление

Многие продукты питания и напитки, такие как нежирные/обезжиренные молочные продукты и сывороточные белки, производятся в процессе мембранной фильтрации. В этом процессе жидкость подается через мембранную систему, которая разделяет сырье на два отдельных потока. Сырье, которое проходит через синтетическую мембрану в системе фильтрации, известно как пермеат, тогда как ретентат — это материал, который не может пройти.

Кухонные комбайны используют различные типы фильтрующих мембран, причем наиболее подходящий тип зависит от плотности отделяемой жидкости. В производстве пищевых продуктов обычно используется процесс, называемый фильтрацией с поперечным потоком, при котором сырье непрерывно рециркулирует по касательной к мембране. Фильтрация с поперечным потоком включает методы фильтрации, которые обеспечивают больший контроль разделения по плотности и размеру исходных молекул, например:

• Микрофильтрация
• Ультрафильтрация
• Нанофильтрация
• Обратный осмос

В Membrane Systems Specialists мы создаем эти системы, чтобы помочь производителям пищевых продуктов в разработке повседневных расходных материалов, таких как сыры, молоко, соки и сидр, пиво и вино.

Давление является жизненно важным компонентом процесса мембранной фильтрации. Здесь мы рассмотрим понятие трансмембранного давления (ТМД), его роль в процессе фильтрации и способы его расчета.

Трансмембранное давление – это сила, необходимая для проталкивания воды через мембрану. Каждая мембрана имеет идеальное значение TMP в зависимости от состава материала. Однако, учитывая, что фильтрация с поперечным потоком включает рециркуляцию сырья, этот процесс подвержен как концентрационной поляризации, так и загрязнению мембраны.

 

• Концентрационная поляризация возникает, когда концентрация исходного компонента увеличивается вблизи или на поверхности мембраны из-за ТМР, но исчезает при снятии давления. Для коррекции концентрационной поляризации может потребоваться корректировка TMP.
• Загрязнение мембраны происходит, когда компоненты сырья накапливаются на поверхности мембраны и остаются после сброса давления. Устранение загрязнения мембраны требует очистки или замены фильтра.

 

Оба эти явления влияют на эффективность фильтрации мембраны. По своей конструкции системы мембранной фильтрации гарантируют, что TMP мембраны остается на уровне или в пределах нормального рабочего диапазона. При работе в оптимальном диапазоне ТМД мембрана остается чистой и сохраняет свои фильтрующие способности. Высокий TMP может указывать на загрязненный фильтр.

Обеспечение эффективности мембранной фильтрации имеет решающее значение в пищевой промышленности и производстве напитков. Эти фильтры содержат синтетические микроскопические поры, измеряемые в ангстремах (ангстрем равен одной стомиллионной сантиметра), предназначенные для отделения мельчайших частиц. На практике эти механизмы фильтрации контролируются по объему, поскольку даже небольшое изменение ТМД может вызвать поляризацию концентрации, загрязнение мембраны или загрязнение.

TMP рассчитывается путем определения разницы между средним давлением подачи и давлением пермеата. Вот уравнение для расчета трансмембранного давления:

  В этом уравнении P _TMP представляет собой трансмембранное давление, P _f представляет собой входное давление потока сырья, P _c представляет собой давление потока концентрата, а P _p представляет давление потока пермеата. Все измерения даны в килопаскалях (кПа).

TMP можно измерить вручную, поместив датчик давления в сырье для получения давления перед фильтром, затем поместив датчик в ретентат за пределами мембраны и отметив давление ретентата. После усреднения двух значений датчик также можно использовать для измерения отфильтрованной жидкости внутри мембраны.

Системы фильтрации

позволяют предприятиям пищевой промышленности контролировать трансмембранное давление в режиме реального времени, что позволяет им оптимизировать давление и регулировать другие параметры. Мониторинг в режиме реального времени позволяет процессорам быстро выявлять проблемы с поляризацией, загрязнением и загрязнением, чтобы они могли быстро решать проблемы и избегать непредвиденных простоев. Отсутствие контроля TMP может привести к производственным потерям, повреждению оборудования и упущенной выгоде.

Компания Membrane Systems Specialists предлагает уникальные системы фильтрации, изготовленные по индивидуальному заказу, которые помогут вам добиться больших объемов высококачественной продукции, необходимой вашему бизнесу. Мы можем спроектировать, настроить и установить модульные системы микрофильтрации, ультрафильтрации, нанофильтрации, обратного осмоса и пастеризации. Мы также можем интегрировать системы очистки на месте (CIP) с вашими существующими системами. Наши системы позволяют вам удаленно контролировать и оптимизировать процессы фильтрации, а также обеспечивать правильную работу вашей системы с помощью пилотного тестирования. Мы будем рады предоставить обширное обучение и поддержку для оборудования, которое мы устанавливаем.

Чтобы узнать, как наши передовые решения для фильтрации могут помочь вашей работе, свяжитесь с нами или запросите предложение сегодня.

Последние сообщения

• Основные аспекты пастеризации HTST
• Как правильно выбрать системы безразборной мойки
• Каковы преимущества мембранной фильтрации?
• Преимущества мембранной фильтрации
• Основные области применения жидкостной нанофильтрации

Архивы:

• Февраль 2023 г.
• Январь 2023
• Октябрь 2022
• март 2022
• июнь 2021

Категории:

• Системы безразборной мойки
• Мембранная фильтрация
• Без категории

мембран | Бесплатный полнотекстовый | Влияние мелких частиц ПАУ на загрязнение полимерных и керамических мембран низкого давления для очистки питьевой воды

1. Введение

Появление более строгих правил питьевой воды для контроля резистентных микроорганизмов, таких как простейшие паразиты, способствовало использованию низконапорных мембран. напорные мембраны (LPM, т. е. ультрафильтрация и микрофильтрация) как альтернатива традиционному процессу водоподготовки (коагуляция-флокуляция-фильтрация). Из-за ограничений LPM в отношении удаления растворенных загрязнителей (например, токсинов водорослей, пестицидов и т. д.) их часто сочетают с предварительной обработкой порошкообразным активированным углем (PAC).

Использование ПАУ перед процессами LPM часто выполняется в сочетании с коагуляцией путем непрерывного дозирования ПАУ перед отстойником или в режиме прямой фильтрации. Для таких конфигураций используется только часть емкости активированного угля из-за короткого времени пребывания [1]. Чтобы снизить эксплуатационные расходы и повысить производительность процесса, была разработана комбинация контактора ПАУ высокой концентрации (несколько граммов на л) с LPM, которая называется гибридным мембранным процессом (HMP). Согласно обзору Stoquart et al. (2012), ГМП можно разделить на две основные конфигурации, в которых мембраны либо погружены, либо отделены от суспензии ПАУ [2]. Хотя большинство исследований на сегодняшний день сосредоточено на первой конфигурации [3, 4, 5, 6], было замечено, что прямой контакт LPM со старым PAC может привести к чрезмерному необратимому загрязнению из-за изменений характеристик PAC внутри контактора после образование биопленки и/или увеличение концентрации микрочастиц ПАУ, вызванное необходимостью постоянной аэрации внутри контактора для предотвращения оседания ПАУ [3,4,6]. Истирание, вызванное аэрацией высококонцентрированной суспензии ПАУ, также является проблемой для долговременной физической целостности погруженных полимерных полых волокон [2]. Следовательно, отделение мембран от раствора ПАУ (т. е. контактор) может ограничить потенциальное неблагоприятное воздействие частиц ПАУ на загрязнение и целостность мембраны. Однако эта конфигурация требует промежуточного шага для отделения и удержания PAC внутри контактора. Микроэкраны потенциально могут быть использованы для такого применения.

Даже если контактор PAC отделить от мембран с помощью процесса разделения, такого как микрофильтр, ожидается, что мелкие частицы углерода будут попадать из контактора на мембрану и способствовать загрязнению мембраны [3,7 ]. Действительно, Хан и др. (2011) заметили, что перемешивание и аэрация привели к уменьшению распределения частиц ПАУ по размерам внутри контактора. Это явление будет способствовать выносу частиц, имеющих размер меньше, чем размер ячейки микросито; явление, которое может вызвать блокировку мембраны [8]. Кроме того, воздействие мелких частиц ПАУ может сильно отличаться от одной мембранной системы к другой из-за различных физических, химических и эксплуатационных характеристик. Керамические мембраны все чаще исследуются как альтернатива полимерным мембранам [9].]. Из-за их механической стойкости их можно промывать обратной промывкой с более высоким противодавлением, что может быть благоприятным вариантом для смягчения последствий загрязнения мелкими частицами ПАУ.

Роль предварительной обработки PAC в отношении загрязнения мембраны сложна. С одной стороны, адсорбция природного органического вещества (НОМ) на ПАУ может уменьшить засорение мембран за счет внутренних механизмов адсорбции [10,11]. С другой стороны, частицы ПАУ могут увеличивать отложение осадка на поверхности мембраны [4]. Связывание NOM-PAC может способствовать загрязнению за счет образования толстого слоя корки [12,13]. Интересно, что в отсутствие загрязняющих веществ, таких как NOM, высокие концентрации первичных ПАУ приводили к незначительному снижению проницаемости [14].

Целью HMP является поддержание PAC внутри контактора в течение периода времени до нескольких недель. Ожидается, что в таких условиях эксплуатации характеристики ПАК будут претерпевать значительные изменения, в том числе из-за образования биопленки на его поверхности. Предыдущие исследования показали, что состаренные суспензии ПАУ имеют разные характеристики осаждения [15] и склонность к загрязнению УФ-мембран [6]. Ясно, что дальнейшие исследования HMP должны учитывать важную роль состарившегося PAC в засорении мембраны.

Общая цель настоящего исследования заключалась в количественной оценке влияния предварительной обработки контактора ПАУ высокой концентрации на загрязнение мембран низкого давления. Анализы проводились параллельно с использованием керамических мембран MF и полимерных мембран UF, чтобы наблюдать влияние типа/конфигурации мембраны. Для этого применения были рассмотрены керамические мембраны из-за их механической прочности, которая позволяет учитывать более высокое давление обратной промывки. Керамические мембраны MF и полимерные мембраны UF были выбраны на основе их коммерческой доступности для данного конкретного применения HMP. Исследование проводилось на четырех параллельных промышленных пилотных мембранных системах (керамические МФ или полимерные УФ мембраны, с предварительной обработкой ПАУ и без нее). Общее количество физически необратимых и химически необратимых загрязнений было измерено для различных рабочих потоков, чтобы лучше различать природу загрязнения PAC. Наконец, химические промывные воды были проанализированы для подтверждения характеристик загрязнения.

2. Материалы и методы

2.1. Исходная вода

Это пилотное исследование проводилось с использованием отстоянной воды с очистных сооружений Сте-Роуз (Лаваль, Квебек, Канада). Отстойная вода производится с использованием речной воды Миль-Иль, обработанной в осветлителе шламового слоя (SUPERPULSATOR ^® ) с использованием квасцов и активированного кремнезема. Характеристики отстоянной воды приведены в табл. 1 и являются достаточно типичными для традиционно очищенных поверхностных вод (мутность < 1 NTU, РОУ < 3 мг С/л).

2.2. Экспериментальная установка мембран

Пилотная система включала две параллельные линии обработки, каждая из которых питала две мембраны под давлением: керамическая микрофильтрация (CeraMem ^TM ) и полимерная ультрафильтрация (Pentair X-Flow, Миннеаполис, Миннесота, США). Одна линия обработки включала предварительную обработку, состоящую из контактора PAC с высокой концентрацией, в то время как вторая линия не имела предварительной обработки перед мембранами и служила контролем. В Таблице 2 представлена ​​информация о конструкции/условиях пилотной установки, а на Рисунке 1 показана конфигурация линии обработки, которая включала предварительную обработку PAC. Сначала отстоявшуюся воду закачивали в смеситель с активированным углем (CC), в котором вода приводилась в контакт с суспензией d 9 с концентрацией 5 г/л.0701 50 = 243 мкм PAC (d ₁₀ = 165 мкм) (Aquasorb5000, PICA). Фракцию PAC очищали ежедневно, чтобы достичь концентрации TOC менее 2,0 мг C/л в стоках контактора PAC. В ходе этого проекта для достижения этой цели требовалась средняя эквивалентная доза ПАУ 18 мг/л. Концентрации TOC измеряли на входе/выходе контактора PAC с использованием онлайн-анализатора TOC (Sievers 900, GE Water, Боулдер, Колорадо, США). PAC поддерживался внутри контактора и отделялся от сточных вод с помощью микрофильтра с размером пор 80 мкм (см. рис. 1). Приблизительно 0,6% частиц ПАУ были ниже этого значения. Затем вытекающая вода подавалась на мембраны. Как обсуждалось ранее, линия обработки, идентичная показанной на рис. 1, работала параллельно без подвески PAC внутри контактора.

2.3. Схема эксперимента

Эксперименты проводились с мая по сентябрь 2013 г. в период, когда характеристики отстойной воды были достаточно стабильными. Мембраны последовательно эксплуатировались при потоках от 20 до 140 лм/ч. Чтобы стандартизировать экспериментальные условия, каждый режим потока работал до тех пор, пока не был отфильтрован определенный объем пермеата 15000 л·м ^-2 . Таким образом, анализ длился от минимум 4,5 дней при 140 LMH до максимум 31 дня при 20 LMH.

Процедуры очистки мембран отличались для обеих мембранных систем (полимерных и керамических), поскольку они были выбраны для имитации полномасштабной работы. Таким образом, экспериментальный план был разработан не для того, чтобы различать воздействие материалов мембраны, а скорее для сравнения воздействия различных мембранных систем. Во-первых, физическая обратная промывка (без добавления химикатов) выполнялась каждые 45 минут, что далее определяется как один рабочий цикл. Во-вторых, после 24 циклов фильтрации (18 часов) была проведена обратная промывка с химическим усилением (ХЭБ). Наконец, мембраны промывали с использованием процедуры очистки на месте (CIP, исчерпывающая химическая промывка) в конце каждого режима флюса, т. е. после достижения 15 000 л/м 9 .0651 2 . В таблице 3 приведены различные процедуры очистки.

2.4. Анализ поведения при обрастании

Для расчета проницаемости мембраны были собраны оперативные данные о потоке и трансмембранном давлении. Данные проницаемости были стандартизированы для температуры воды 20 °C. Анализ загрязнения был проведен с использованием двух подходов, основанных либо на скорости загрязнения, либо на объемных коэффициентах загрязнения.

Коэффициенты загрязнения использовались для стандартизации данных о загрязнении на основе объемных показателей, полученных от мембран, работающих при различных потоках. Уравнение (1) представляет собой уравнение, используемое для расчета коэффициентов загрязнения (µ, выраженное в м ² /м ³ ):

где Lp ₀ и Lp _Vs (при 20 °C) — соответственно начальная проницаемость и проницаемость после отфильтрованного объема, равного Vs, причем последняя определяется как удельный отфильтрованный объем (m = m ³ /м ² ). Таким образом, коэффициент загрязнения (μ) получается путем линейной регрессии нормированной проницаемости в зависимости от удельного объема. Коэффициент загрязнения эквивалентен Унифицированному показателю загрязнения мембраны и предполагает, что фильтрация осадка является основным механизмом загрязнения. Как скорость загрязнения, так и коэффициент могут использоваться для описания четырех типов загрязнения (описанных ниже), исследованных в настоящем исследовании. Результаты в этой статье в основном представлены с использованием коэффициентов загрязнения.

Чтобы проверить значимость наблюдаемых различий, в STATISTICA 12.0 (Statsoft©, Талса, Оклахома, США) был проведен дисперсионный анализ (ANOVA) или парные t-тесты. Различия считали статистически значимыми при р = 0,05 и высокозначимыми при р < 0,01.

2.5. Типы загрязнения

Условия эксплуатации и процедуры очистки были установлены таким образом, чтобы можно было исследовать четыре различных типа загрязнения: полное загрязнение (TF), физически необратимое загрязнение (PIF), необратимое загрязнение в результате химической усиленной обратной промывки (IF-CEB) и необратимое загрязнение. с помощью процедуры безразборной очистки (IF-CIP). Уравнение (1) было адаптировано для каждого типа загрязнения, представленного в уравнениях (2)–(4).

Коэффициент загрязнения для общего загрязнения, который включает как обратимое, так и необратимое загрязнение, основан на загрязнении, происходящем на мембране без эффекта обратной промывки или химической очистки в течение 45-минутного цикла фильтрации, и может быть выражен с помощью уравнения (2):

где Lp _b – проницаемость в начале каждого цикла фильтрации между двумя обратными промывками, b = [0; № BW], Lp _t – значения проницаемости, регистрируемые каждую минуту 45-минутного фильтрационного цикла, t = [1; 45 мин] и против _BW — удельный объем, отфильтрованный между двумя обратными промывками.

Коэффициент загрязнения для физически необратимого загрязнения был основан на потере проницаемости, которая не была восстановлена ​​гидравлическими обратными промывками, проводимыми после каждого из 24 циклов фильтрации. Его можно выразить с помощью уравнения (3)

где Lp _c представляет собой начальную проницаемость после химической очистки (ХЭБ), c = [0; # ЦЭБ], Lp _b – проницаемость в начале каждого цикла фильтрации (т.е. между двумя БВ), b = [1; # BW] и Vs _CEB — это удельный объем, отфильтрованный между двумя процедурами CEB.

Коэффициент загрязнения для необратимого загрязнения CEB был основан на потере проницаемости, которая не была восстановлена ​​после этой процедуры химической очистки, и может быть выражена с помощью уравнения (4).

где Lp ₀ представляет собой начальную проницаемость в начале каждого анализа потока, Lp _C представляет собой проницаемость после каждого CEB, c = [1; # CEB] и Vs _tot – общий удельный объем анализа (ср. примерно 15 000 л/м ² ). Общее количество точек данных, доступных для расчета µ _CEB , варьировалось от 6 (140 LMH) до 34 (20 LMH).

Необратимое загрязнение при CIP (IF-CIP) рассчитывали как процентное восстановление (ρ) начальной проницаемости мембраны (Lp _{начальное} ) с использованием значения проницаемости после каждой процедуры CIP (Lp ₀ ). Поскольку в начале этого исследования мембраны не были новыми (они были предварительно испытаны в течение нескольких месяцев в отстоянной воде без PAC), для определения начальной проницаемости использовалась проницаемость в начале анализа 20 LMH.

2.6. Характеристика загрязняющих веществ

Во время каждой CIP образцы промывных вод отбирали после стадий замачивания при низком и высоком pH. Для количественного определения органических загрязнителей были проведены измерения общего органического углерода (ТОС) как в кислых, так и в гипохлоритных очищающих растворах с помощью анализатора общего органического углерода (DC-190, Rosemount Dohrmann, Санта-Клара, Калифорния, США). Количественное определение металлических/неорганических загрязнений проводилось с использованием ICP-MS (NexION 300x, PerkinElmer, Уолтем, Массачусетс, США) на образцах очищающих растворов, которые сначала были обработаны для растворения осажденных неорганических соединений. Кислые растворы разлагали HNO 9.0701 3 , в то время как ЭДТА использовалась для отбеливающих растворов.

2.7. Измерение мелких частиц ПАУ, выбрасываемых из угольного контактора

Было проведено испытание для оценки высвобождения мелких частиц ПАУ из угольного контактора путем отбора проб в разное время после одной из периодических дозировок ПАУ в CC. Отбирали пробы в двух разных местах (см. рис. 1): (i) после микрофильтра СС (т. е. сток из контактора СС) и (ii) на линии подачи перед мембраной. Количество частиц (DPA4000, Brightwell Technologies, Оттава, Онтарио, Канада) подсчитывали при 400-кратном увеличении в этих образцах, чтобы оценить, эффективно ли перенос PAC из CC в мембраны.

2.8. Сезонные колебания загрязнения

Параллельно с пилотной установкой была проведена серия лабораторных испытаний для оценки возможных сезонных колебаний способности питательной воды загрязняться. Для этой цели был построен один модуль из полых волокон с использованием полимерного мембранного UF-модуля с теми же характеристиками, что и экспериментальные UF-мембраны. Каждую неделю 2-литровая проба отстоянной воды из стока пилотной установки (т. е. отстоянная вода без предварительной обработки ПАУ) фильтровалась при постоянном давлении (0,9бар) на лабораторном мембранном модуле. Было измерено временное снижение потока и рассчитаны коэффициенты загрязнения (μ) с использованием метода UMFI (унифицированный показатель мембранного загрязнения) [16], описанного уравнением (1).

3. Результаты

3.1. Характеристики питательной воды

Общие характеристики питательной воды обеих параллельных линий очистки представлены в Таблице 1. Питательные воды характеризовались низкой жесткостью, щелочностью и pH. Средняя концентрация ООУ в отстоянных водах за время исследования составила 3,03 мг С/л. На одной линии обработки использование контактора ПАУ с высокой концентрацией снизило концентрацию ТОС в среднем до 1,87 мг C/л. Однако было обнаружено, что мутность питательной воды из контактора PAC выше, чем в отстоянной воде. На другие параметры (рН, щелочность, жесткость) предварительная обработка ПАУ не влияла.

3.2. Изменчивость сезонного загрязнения

На рис. 2 представлены коэффициенты загрязнения, полученные в лабораторных условиях с использованием одного модуля с полыми волокнами, а также концентрация ТОС в отстоявшейся питательной воде. В качестве основы для сравнения общие коэффициенты загрязнения, измеренные на полимерной пилотной мембране (без предварительной обработки PAC), также включены в рисунок 2. В течение 19-недельного периода испытаний коэффициенты загрязнения в лабораторных условиях в среднем составляли 0,56, но варьировались от 0,30 до 0,91 м ² /м ³ . Эта изменчивость была связана с временным трендом, который коррелировал с вариациями ОСО в отстоявшихся питающих водах (r ² = 0,59, p = 0,005). Аналогичная корреляция наблюдалась при корреляции TOC с общими коэффициентами загрязнения (μ _TF ) в экспериментальном масштабе для полимерной мембраны без предварительной обработки PAC (r ² = 0,70, p = 0,005).

3.3. Экспорт мелочи ПАУ из угольного контактора

Продувки ПАУ (каждые 10–40 мин) и добавление (каждые 25–95 мин) в CC проводились регулярно, чтобы поддерживать постоянный возраст PAC. Возраст PAC время от времени корректировали в соответствии с TOC отстойной воды, чтобы поддерживать концентрацию TOC в сточных водах ниже 2 мг C/л. Сток из КС проходил через небольшой резервуар (90 л или ≈ 9 мин), который использовался для питания насосов, подающих воду к мембранам. На рис. 3 представлен типичный результат экспорта мелких частиц ПАУ после одного события добавления ПАУ. Мутность стока угольного контактора, подающего насосный резервуар, после добавления ПАУ повысилась с 0,36 до 0,57 NTU (или 7000–22 000 частиц/мл размером более 2 мкм). Этот эффект наблюдался в течение примерно одного часа. Этот пик мутности, вызванный PAC, лишь немного ослаблялся насосной емкостью. Однако на протяжении всего исследования отмечалось накопление мелочи ПАУ на дне этого водоема. Тем не менее, рисунок 3 показывает, что большая часть мелких частиц ПАУ достигла мембран. По распределению частиц по размерам в сточных водах резервуара можно оценить, что каждое добавление ПАУ (около 10,8 г ПАУ) в CC приводило к общему выносу около 210 мг мелких частиц ПАУ (1,9% добавленного ПАУ) на мембранах (95 мг ПАУ/м ² /событие). Этот экспорт PAC также эквивалентен непрерывной дозировке PAC 0,35 мг/л.

3.4. Обрастание

3.4.1. Типичные данные о загрязнении

На рис. 4 представлены типичные данные мониторинга проницаемости для анализов, проведенных при 80 и 140 LMH. Для одной данной мембраны каждый отдельный наклон представляет собой 24 рабочих цикла (или 18 часов), за которыми следует CEB, что приводит к внезапному восстановлению проницаемости. Из этих данных видно, что, хотя керамическая мембранная система имела более низкую начальную проницаемость, ее проницаемость оставалась более стабильной, чем у полимерной мембраны. Кроме того, на полимерную мембранную систему негативно повлияла предварительная обработка ПАУ, скорее всего, из-за выноса мелких фракций. Дальнейший анализ всего набора данных с использованием концепции коэффициента загрязнения представлен в следующих разделах.

3.4.2. Общее загрязнение

Коэффициенты общего загрязнения были рассчитаны для четырех конфигураций, работающих при шести возрастающих потоках, и представлены на рис. 5a,b. Общее загрязнение обеих мембран было незначительным при работе при 20 LMH в отсутствие PAC. Средние коэффициенты загрязнения были даже отрицательными, что означает улучшенную проницаемость по сравнению с потоком чистой воды, что, по нашему мнению, является отражением экспериментальной изменчивости и неточного контроля давления при низком потоке. Три экспериментальных условия (см. звездочки на рис. 5a, c, e) были сочтены выбросами и были исключены из любого последующего статистического анализа. Более высокое загрязнение, наблюдаемое при 60 л/ч для керамических мембран, было связано с неправильной процедурой безразборной мойки перед этим анализом (раствор отбеливателя был слишком разбавлен), а в начале испытания 100 л/ч с предварительной обработкой PAC произошел отказ питающего насоса.

Было оценено влияние трех различных параметров на коэффициенты TF: увеличение потока, мембранная система и предварительная обработка PAC. Поток оказался наиболее важным фактором, влияющим на общий коэффициент загрязнения (p < 0,01). Для трех из четырех испытанных условий μ _TF увеличилось с 0,3 до 0,7 м ^-1 при увеличении потока. Однако на систему керамических мембран, предварительно обработанную ПАУ, увеличение потока не повлияло (p > 0,05). Негативное влияние более высокого потока на TF оставалось стабильным после значения 60 LMH для полимерной мембраны и 80 LMH для керамической мембраны без предварительной обработки PAC. Эффект предварительной обработки ПАУ оказался значимым для полимерной мембранной системы (p = 0,05). Наличие предварительной обработки ПАУ увеличивало TF в среднем на 15%.

3.4.3. Физически необратимое загрязнение

Коэффициент физически необратимого загрязнения (μ _PIF ) представлен на рис. 5c,d. Опять же, анализы, отмеченные звездочками, не учитывались в статистическом анализе из-за упомянутых ранее проблем с очисткой и механических повреждений. Было обнаружено, что коэффициенты PIF различаются между обеими мембранными системами. На полимерных мембранах UF коэффициенты PIF прогрессивно увеличивались от 0,03 до 0,12–0,16 м ^-1 по мере увеличения потока от 20 до 140 лм/ч. Для этой мембраны коэффициенты PIF увеличились в среднем на 21% (p = 0,05) при предварительной обработке PAC. Для системы с керамической мембраной без предварительной обработки PAC увеличение потока не повлияло на коэффициенты PIF, которые колебались между 0,12 и 0,15 м 9 .0651 −1 . В присутствии предварительной обработки PAC наблюдалось даже постепенное снижение коэффициентов PIF с 0,20 до 0,09 м 90 651 -1 90 652 при увеличении потока с 20 до 140 LMH. Это поведение было противоположно тому, что наблюдалось для полимерной мембранной системы.

3.4.4. Необратимое загрязнение в результате CEB (IF-CEB)

Необратимое загрязнение в результате химической усиленной обратной промывки (IF-CEB) показано на рис. 5e,f. Значения μ _IF-CEB варьировались в широких пределах, от низкого <0 (отсутствие загрязнения) до высокого 0,045 м ^-1 в зависимости от условий эксперимента. Увеличение потока, как правило, приводило к увеличению загрязнения, за исключением системы PAC-керамика, для которой IF-CEB подвергался минимальному влиянию высокого потока. Для полимерных мембран влияние предварительной обработки ПАУ было более выраженным, так как оно привело к увеличению μ _IF-CEB на 57% (p = 0,01). Для системы с керамической мембраной не было отмечено значительного повышения IF-CEB (p = 0,25).

3.4.5. Необратимое загрязнение CIP

Необратимое обрастание CIP оценивали путем расчета восстановления проницаемости после процедур CIP (Таблица 4). Исходный уровень (CIP #0) был основан на начальной проницаемости, измеренной до начала исследования. Для керамических мембран неправильная процедура CIP после 40 LMH привела к восстановлению только 66–67% по сравнению с исходной проницаемостью. Проблема CIP (отказ насоса), выявленная после анализа 80 LMH на PAC-керамической мембране, также привела к очень низкому извлечению (50%). Восстановление проницаемости с помощью CIP статистически не отличалось при отсутствии/при наличии предварительной обработки PAC (p = 0,41) или между двумя мембранными системами (p = 0,17). В целом, процедуры очистки CIP давали довольно постоянный выход от 80% до 9%.0%. Заметного временного снижения проницаемости в ходе исследования не наблюдалось.

3.4.6. Относительная значимость каждого типа загрязнения

В таблице 5 представлен обзор вклада трех типов загрязнения в общее загрязнение. Также представлены средние коэффициенты загрязнения неаномальных условий. Необратимое загрязнение CIP было исключено из этого анализа, поскольку в наборе данных не было обнаружено значительной тенденции.

Для каждого экспериментального условия общее загрязнение было в основном (от 74% до 82%) физически обратимым с использованием BW. В отсутствие предварительной обработки PAC общее загрязнение не отличалось статистически (p < 0,01) для обеих мембранных систем, даже несмотря на то, что две мембраны имели в значительной степени разные значения MWCO. Физически обратимое загрязнение было выше для полимерных, чем для керамических мембран (79%–82% против 74%–76%). Более низкое восстановление керамической мембраны во время BW было компенсировано более высоким восстановлением во время CEB (20–21 % для керамической мембраны против 15–16 % для полимерной). Вклад необратимого загрязнения CEB в общее загрязнение был незначительным (3–5%) для всех четырех экспериментальных условий. Однако можно видеть, что мембраны, обработанные водой, предварительно обработанной ПАУ, имели более высокое необратимое загрязнение CEB (4,4–4,7%), чем мембраны без предварительной обработки ПАУ (3,3–3,6%).

3.5. Характеристика необратимых загрязнений в растворах для безразборной мойки

Неорганические и органические необратимые загрязняющие вещества были соответственно измерены в кислотных и щелочных промывочных водах CIP. Результаты представлены в таблице 6 как сумма концентраций в обеих промывных водах. Для органических веществ данные нормированы как г общего органического углерода на м ² мембраны, тогда как для неорганических соединений результаты представлены как сумма Al, Ca, Mg и Mn (в г на м ² мембраны), выраженная в их окисленных (Al(OH) ₃ ) или осажденные формы (Mg(OH) ₂ , CaCO ₃ и MnO ₂ ). Окисленное железо (Fe(OH) ₃ ) также измерялось, но не учитывалось в сумме неорганических загрязнений, поскольку контрольная CIP выявила фоновое загрязнение железом, которое было прослежено до статического смесителя, используемого для смешивания химикатов CIP.

Пренебрежение железом привело к наблюдению, что неорганические загрязнения в основном состоят из алюминия (90%), что и ожидалось, поскольку питательные воды представляли собой отстойные воды, предварительно обработанные квасцами. В целом процедуры CIP удаляют неорганических загрязнителей на 36 % больше, чем органических (если предположить, что загрязнители NOM примерно на 50 % состоят из углерода по весу). Различия в химических характеристиках промывных вод наблюдались среди мембран и конфигураций предварительной обработки. Органические загрязнители были на 45% более распространены (p < 0,01) на полимерных, чем на керамических мембранах. С другой стороны, неорганические загрязнители были в среднем на 53% более распространены (p < 0,01) на керамических мембранах. Более агрессивная процедура CIP для керамических мембран (время замачивания 12 часов по сравнению с 6 часами для полимерных мембран) могла помочь удалить больше неорганических загрязнений. Для обеих мембран присутствие предварительной обработки ПАУ незначительно увеличивало (p < 0,01) поверхностную концентрацию органических загрязнителей. Например, средние концентрации органических загрязнителей выросли с 0,21 до 0,27 и с 0,31 до 0,39.г С/м ² для керамических и полимерных мембран соответственно. Напротив, предварительная обработка ПАУ не оказала существенного влияния на концентрацию неорганических загрязнителей для обеих мембран (p > 0,05). Наконец, влияние потока не было статистически значимым.

4. Обсуждение

В этом исследовании преследовались две основные цели: оценка влияния предварительной обработки ПАУ на загрязнение мембраны и сравнение поведения в идентичных рабочих условиях двух подходящих мембран для ГМП (МФ-керамика и УФ-полимерная). система). Прошлые исследования по оценке воздействия PAC на загрязнение мембраны привели к противоречивым выводам. Некоторые отмечают, что PAC уменьшает загрязнение [10,11,17], в то время как другие делают вывод, что PAC способствует увеличению загрязнения [4,12,18,19].]. В настоящем исследовании наличие предварительной обработки ПАУ повлияло на загрязнение полимерной мембраны УФ, для которой наблюдалось увеличение TF, PIF и IF-CEB на 15, 21 и 57% соответственно. С другой стороны, для керамической мембраны MF не наблюдалось влияния на тип загрязнения предварительной обработки PAC. Цели предварительной обработки PAC заключались в снижении DOC (в основном для контроля побочных продуктов дезинфекции) и других следовых органических микрозагрязнителей. Ясно, что снижение DOC не привело к уменьшению загрязнения мембраны. Обзор, выполненный Stoquart et al. (2012) предполагает, что ПАУ предпочтительно адсорбирует фракции NOM, которые мало влияют на загрязнение мембраны [2]. В нашем исследовании наиболее сильные загрязнители NOM (гуминовые вещества и биоколлоиды), вероятно, уже были удалены предварительной обработкой квасцами/осаждением. Таким образом, предполагается, что наблюдаемое более высокое загрязнение в присутствии ПАУ является результатом (i) выноса мелких частиц ПАУ, которые могут действовать как загрязняющие вещества, и/или (ii) вторичного взаимодействия мелких частиц ПАУ с другими органическими/неорганическими загрязнителями.

В этом исследовании был задокументирован перенос мелких частиц ПАУ на мембраны, явление, которое привело к увеличению общего загрязнения полимерных мембран на 15%. В ходе нашего исследования стойкие керамические мембраны подвергались обратной промывке с повышением давления, что, вероятно, более эффективно контролировало влияние мелких частиц ПАУ. После предварительной обработки PAC необратимое загрязнение CEB увеличивалось в полимерной системе, но не в керамической системе. Количественное определение загрязняющих веществ в чистящих растворах CIP также показало, что больше органических загрязнителей было извлечено из мембран, на которые подавалась вода, предварительно обработанная ПАУ, эффект, который был более выражен на полимерной мембране. Взаимодействие загрязняющих веществ представляет собой сложное явление, которое, как ожидается, будет определяться характеристиками исходной воды. Чжао и др. (2005) сообщили, что взаимодействия Fe-PAC приводят к более высокой стойкости к слеживанию, чем взаимодействия Al-PAC или Ca-PAC [4]. Однако, даже если железо присутствовало в основных концентрациях в водах CIP в этом исследовании, невозможно подтвердить его роль из-за предполагаемого его выделения из внешнего материала во время кислотной промывки. Тем не менее, наши результаты согласуются с работой Лондоньо (2011), который пришел к выводу, что необратимое загрязнение в системах ПАУ/УФ было не результатом закупорки пор частицами ПАУ, а скорее результатом модификации формирования слоя корки [20]. .

Влияние увеличения потока также оценивалось в настоящем исследовании. Предыдущие исследования отмечали влияние на скорость загрязнения, особенно при работе выше критического потока [21,22]. Хотя настоящее исследование не было сосредоточено на определении критического потока мембраны, наши результаты показывают, что работа ниже 60–80 LMH чаще всего была полезной для снижения коэффициентов общего и физически необратимого загрязнения. В присутствии предварительной обработки PAC увеличение потока не было существенным фактором для керамической мембранной системы MF, в отличие от полимерной системы UF. Во всех случаях оценка воздействия флюса на загрязнение необъективна из-за того факта, что характеристики загрязнения питательной воды менялись между экспериментами с флюсом, о чем свидетельствует лабораторный мини-модуль. Это наблюдение подтверждает необходимость включения контроля загрязнения во время исследования мембран, особенно если они не проводятся на параллельных линиях обработки. Лабораторный мини-модуль полимерной мембраны оказался полезным для достижения этой цели, поскольку он вел себя аналогично экспериментальной полимерной мембране.

В качестве последнего замечания, несмотря на то, что было замечено, что ПАУ увеличивает загрязнение полимерной мембраны УФ, важно отметить, что общие коэффициенты загрязнения были разумными и их можно было контролировать с помощью химических обратных промывок. С другой стороны, превосходство керамической мембраны MF в снижении загрязнения PAC подразумевает использование более интенсивной физической обратной промывки и более высокого среднего рабочего давления из-за более низкой проницаемости керамических монолитов MF. Будущие исследования должны рассмотреть альтернативные варианты смягчения воздействия мелких частиц ПАУ на загрязнение мембраны.

5. Выводы

Общая цель данного исследования заключалась в количественной оценке влияния работы контактора PAC с высокой концентрацией на загрязнение мембранных систем низкого давления.

Выбросы мелких частиц ПАУ из угольного контактора были измерены как эквивалентные непрерывной дозировке 0,35 мг/л (или 1,9 % применяемой дозы ПАУ).

Несмотря на то, что предварительная обработка ПАУ снизила ТОС в отстоявшейся питательной воде, наблюдалось увеличение загрязнения из-за выделения мелких частиц ПАУ.

В отличие от полимерной мембраны UF, мелкие частицы PAC не оказали существенного влияния на загрязнение керамической мембраны MF.

Обратная промывка с химическим усилением и безразборная мойка оказались эффективными для восстановления проницаемости мембран обеих мембранных систем.

Химическая промывка кислотой и каустиком/отбеливателем выявила более обильные органические отложения на мембранах, которые подверглись предварительной обработке PAC. Это влияние не было значительным для неорганических загрязнителей.

Дальнейшие исследования должны пролить свет на взаимодействие накопленных частиц ПАУ с другими загрязняющими веществами, а также сравнить возможные варианты смягчения их воздействия на засорение мембраны.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Мирей Блейс за ценную техническую помощь с экспериментальной установкой и Валентина Пфайффера за рецензирование документа. Авторы также хотели бы поблагодарить Тьерри Со и Маджида Хадиуи за анализ металлов в водах CIP, а также Дени Бушара и Жасинта Майли за анализ углерода. Авторы также хотели бы выразить признательность NSERC-Промышленному председателю по очистке питьевой воды и его партнерам за финансирование этой работы, а именно городу Монреаль, John Meunier Inc. и городу Лаваль. Пилотный завод является частью CREDEAU, исследовательской инфраструктуры, финансируемой Канадским фондом инноваций.

Вклад авторов

Это исследование было проведено в рамках магистерской диссертации (Laurent Oligny) под совместным руководством профессоров Бенуа Барбо и Пьера Р. Берубе.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Спонсоры-основатели не участвовали в разработке исследования; при сборе, анализе или интерпретации данных и при написании рукописи.

Ссылки

1. Кук Д.; Ньюкомб, Г.; Штайнбок, П. Применение порошкообразного активированного угля для удаления MIB и геосмина: прогнозирование доз PAC в четырех сырых водах. Вода Res. 2001 , 35, 1325–1333. [Google Scholar] [CrossRef]
2. Стокварт, К.; Серве, П.; Берубе, П.; Барбо, Б. Гибридные мембранные процессы с использованием обработки активированным углем для производства питьевой воды: обзор. Дж. Член. науч. 2012 , 411, 1–12. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Хан, М.М.Т.; Ким, Х.-С.; Катаяма, Х .; Такидзава, С .; Огаки, С. Влияние твердых частиц и бактериальной нагрузки на систему PAC-MF с высокой дозой. Науки о воде. Технол. Водоснабжение 2002 , 2, 359–365. [Google Scholar]
4. Чжао П.; Такидзава, С .; Катаяма, Х .; Огаки, С. Факторы, вызывающие загрязнение кека ПАУ в системах очистки воды ПАУ-МФ (микрофильтрация порошкообразным активированным углем). Науки о воде. Технол. 2005 , 51, 231–240. [Google Scholar] [PubMed]
5. Такидзава, С.; Чжао, П .; Огаки, С .; Катаяма, Х. Кинетический анализ формирования слоя корки ПАУ в гибридных системах ПАУ-МФ. Науки о воде. Технол. Водоснабжение 2008 , 8, 1–7. [Академия Google] [CrossRef]
6. Левей, С.; Карьер, А .; Чарест, С .; Барбо, Б. Мембранный биореактор PAC как альтернатива биологическим фильтрам с активированным углем для очистки питьевой воды. AQUA J. Водоснабжение Res. Технол. 2013 , 62, 23–34. [Google Scholar] [CrossRef]
7. Хан, М.М.Т.; Такидзава, С .; Левандовски, З.; Джонс, WL; Кампер, А.К.; Катаяма, Х .; Курису, Ф .; Огаки, С. Загрязнение мембран из-за динамических изменений размера частиц в аэрируемой гибридной системе PAC-MF. Дж. Член. науч. 2011 , 371, 99–107. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Саравия, Ф.; Нааб, П.; Фриммель, Ф. Х. Влияние размера частиц и распределения частиц по размерам на мембранно-адсорбционные гибридные системы. Опреснение 2006 , 200, 446–448. [Google Scholar] [CrossRef]
9. Lee, S.-J.; Ким, Дж.-Х. Дифференциальное загрязнение природными органическими веществами керамических и полимерных ультрафильтрационных мембран. Вода Res. 2014 , 48, 43–51. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
10. Ким Х.-С.; Такидзава, С .; Огаки, С. Применение систем микрофильтрации в сочетании с порошкообразным активированным углем для очистки речной воды. Опреснение 2007 , 202, 271–277. [Google Scholar] [CrossRef]
11. Кампинас, М.; Роза, М. Дж. Оценка вклада PAC в борьбу с загрязнением NOM в системах PAC/UF. Вода Res. 2010 , 44, 1636–1644. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
12. «> Чжан, М.; Ли, К .; Бенджамин, М.М.; Чанг, Ю. Удаление загрязнений и естественных органических веществ в системах адсорбент/мембрана для очистки питьевой воды. Окружающая среда. науч. Технол. 2003 , 37, 1663–1669. [Академия Google] [CrossRef] [PubMed]
13. Саравия, Ф.; Фриммель, Ф. Х. Роль NOM в работе гибридных систем с адсорбционной мембраной, применяемых для удаления фармацевтических препаратов. Опреснение 2008 , 224, 168–171. [Google Scholar] [CrossRef]
14. Seo, G.T.; Луна, компакт-диск; Чанг, SW; Ли, С.Х. Долгосрочная эксплуатация мембранного биореактора с порошкообразным активированным углем высокой концентрации для усовершенствованной очистки воды. Науки о воде. Технол. 2004 , 50, 81–87. [Google Scholar] [PubMed]
15. Маркарян А.; Карьер, А .; Даллер, П.-О.; Серве, П.; Барбо, Б. Гибридный мембранный процесс: оценка эффективности биологического PAC. AQUA J. Водоснабжение Res. Технол. 2010 , 59, 209–220. [Google Scholar] [CrossRef]
16. Хуанг, Х.; Янг, Т.А.; Джаканджело, Дж.Г. Единый показатель мембранного обрастания для низконапорной мембранной фильтрации природных вод: Принципы и методика. Окружающая среда. науч. Технол. 2008 , 42, 714–720. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
17. Lee, C.W.; Бэ, SD; Хан, SW; Канг, Л.С. Применение ультрафильтрационных гибридных мембранных процессов для повторного использования вторичных стоков. Опреснение 2007 , 202, 239–246. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Seo, G.T.; Джанг, SW; Ли, С.Х.; Юн, Ч.Х. Характеристика загрязнения и контроль в мембранном биореакторе с высокой концентрацией PAC HCPAC-MBR. Науки о воде. Технол. 2005 , 51, 77–84. [Google Scholar] [PubMed]
19. Li, K.; Лян, Х .; Ку, Ф .; Шао, С .; Ю, Х .; Хан, З.-С.; Ду, Х.; Ли, Г. Контроль засорения ультрафильтрационной мембраны природными органическими веществами путем предварительной адсорбционной обработки: сравнение мезопористой адсорбирующей смолы и порошкообразного активированного угля. Дж. Член. науч. 2014 , 471, 94–102. [Google Scholar] [CrossRef]
20. Londono-Montoya, IC Оценка причин необратимого загрязнения в порошкообразных активированных углях/ультрафильтрационных мембранных системах PAC/UF. Гражданское строительство. Магистерская работа, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, 2011 г.; п. 56. [Google Scholar]
21. Bacchin, P.; Аймар, П.; Филд, Р. В. Критические и устойчивые потоки: теория, эксперименты и приложения. Дж. Член. науч. 2006 , 281, 42–69. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
22. Берубе, П.Р.; Лин, Х .; Ватаи, Ю. Загрязнение погруженных в воду половолоконных мембран с барботированием воздуха при докритических и сверхкритических условиях потока. Дж. Член. науч. 2008 , 307, 169–180. [Google Scholar] [CrossRef]

Рис. 1. Схема гибридного мембранного процесса (HMP) с предварительной обработкой порошковым активированным углем (PAC). См. Таблицу 2 для критериев проектирования. Звездочками отмечены точки отбора проб, используемые для оценки выброса PAC из контактора.

Рис. 1. Схема гибридного мембранного процесса (HMP) с предварительной обработкой порошковым активированным углем (PAC). См. Таблицу 2 для критериев проектирования. Звездочками отмечены точки отбора проб, используемые для оценки выброса PAC из контактора.

Рисунок 2. Сравнение коэффициентов общего загрязнения лабораторных (1 волокно) и пилотной полимерной мембраны (без предварительной обработки) вместе с изменениями концентрации общего органического углерода (TOC) в отстойной воде с мая по сентябрь 2013 г.

Рис. 2. Сравнение лабораторных (1 волокно) и пилотной полимерной мембраны (без предварительной обработки) общих коэффициентов загрязнения вместе с изменениями концентрации общего органического углерода (TOC) в отстойной воде с мая по сентябрь 2013 г.

Рисунок 3. Количество частиц и мутность, измеренные во время анализа экспорта PAC. Образцы были собраны до/после перекачивающей емкости, поставляющей мембраны (см. рис. 1).

Рис. 3. Количество частиц и мутность, измеренные во время анализа экспорта PAC. Образцы были собраны до/после перекачивающей емкости, поставляющей мембраны (см. рис. 1).

Рисунок 4. Типичные данные о загрязнении для анализов при ( a ) 80 LMH; и ( б ) 140 пм/ч. Проницаемость нормализована при 20 °C. SW: Отстоянная вода без предварительной обработки PAC.

Рис. 4. Типичные данные о загрязнении для анализов при ( a ) 80 LMH; и ( б ) 140 LMH. Проницаемость нормализована при 20 °C. SW: Отстоянная вода без предварительной обработки PAC.

Рисунок 5. Коэффициенты загрязнения керамических мембран МФ ( a , c , e ) и УФ полимерных мембран ( b , d , f ), питаемых предварительно обработанной водой PAC и без нее (черное и серое распределение соответственно). Маркеры указывают среднее арифметическое, прямоугольники представляют стандартные ошибки, а усы иллюстрируют 95% доверительный интервал. * укажите три исключительных условия из-за неправильной CIP.

Рис. 5. Коэффициенты загрязнения керамических мембран MF ( a , c , e ) и полимерных мембран UF ( b , d , f ) с подачей предварительно обработанной воды PAC и без нее (черное и серое распределения соответственно) . Маркеры указывают средние арифметические значения, прямоугольники представляют стандартные ошибки, а усы иллюстрируют 95% доверительный интервал. * укажите три исключительных условия из-за неправильной CIP.

Таблица 1. Качество питательной воды с предварительной обработкой порошковым активированным углем (PAC) и без нее.

Таблица 1. Качество питательной воды с предварительной обработкой порошковым активированным углем (PAC) и без нее.

Параметры	Единицы	Значения
		Без предварительной обработки PAC	С предварительной обработкой PAC
Гурбатность 1	(NTU)	0,2–0,8	0,2–2,0
TOC 2	15 (MG/L) 2	15151518. 1.19–2.17 (Avg.: 1.87)
pH	–	6.5–7.3	6.5–7.3
Alkalinity	mg CaCO 3 /L	<20	<20
Жесткость	мг CaCO 3 /L	25–40	25–40

¹ Мутность после мембранной фильтрации всегда была ниже 0,07 NTU для обеих мембранных систем; ² Удаление ТОС обеими мембранами было незначительным (≤10%).

Таблица 2. Расчетные параметры и условия эксплуатации гибридного мембранного процесса (HMP).

99181815151518180–80–100–140 л. 1907 Dead-Tond 9000 2.0008 1 6 3,91

Таблица 2. Расчетные параметры и условия эксплуатации гибридного мембранного процесса (HMP).

Параметры	Значения
PAC Contactor
Том	250 L
PAC Connection /л
Эквивалентные дозировки ПАУ	Контактор 1:0 мг/л Контактор 2:18 мг/л
Время гидравлического удержания	17–32 мин в зависимости от потребности в воде
Powdered Activated Carbon
Type	AquaSorb 5000
Material	Mineral
Size	d 10 = 164 µm	d 50 = 243 µm		d 90 = 332 мкм
Мембраны
Исследовал поток	20–40–60–80–100–140 лм
Поры мембраны	Ceramem: Pentair X-Flow:		MF-0,1 мкм UF-0,025 мкм
. 2 ) Полимерная (PES/PVP)
Площадь мембраны	CERAMEM: PENTAIR:		2,2 M 2 3,6 M 2 2 3,6 M 2
2,25 × 2,25 мм 2
–	Pentair:		Диаметр = 1,5 мм

Процедуры очистки мембран.

Таблица 3. Процедуры очистки мембран.

Типы очистки	Значения
Физическая обратная промывка	X-Flow : 100 лм/ч Расход питательной воды в течение 30 с; подача воздуха в течение 10 с; воздух/вода (обратная промывка пермеата 100 л/ч) в течение 20 с; CeraMem : 100 лм/ч Пропускная способность питательной воды в течение 45 с. 350 LMH Обратная промывка пермеата при 45 фунтов на кв. дюйм в течение 30 с.
Химическая обратная промывка	BW при 850 л/ч в течение 45 с; X-Flow : Масса пермеата при 225 л/ч с дозировкой 200 мг Cl 2 /л раствора отбеливателя и 500 мг/л NaOH; 5 мин замачивания и 60 с промывка пермеатом со скоростью 900 л/ч; CeraMem : Масса пермеата при 450 л/ч с дозировкой 500 мг/л лимонной кислоты; 5 мин замачивания и 60 с полоскания пермеатом при 900 л/ч. Та же процедура, что и для X-Flow с начальной BW пермеата при 45 фунтов на кв. дюйм.
Очистка на месте	X-Flow : Рециркуляция раствора лимонной кислоты (10 г/л) при pH ниже 3 при 50–100 л/ч в течение 60 мин; 6 часов замачивания; Рециркуляция того же раствора при 100–120 лм/ч в течение 60 мин; Промывка пермеата и BW до восстановления нормального pH; Рециркуляция 3 г Cl 2 /л отбеливающего раствора (с NaOH при pH выше 12) в течение 60 мин при 100–120 л/ч 3 часа замачивания; Рециркуляция того же раствора при 100–120 лм/ч в течение 60 мин; Промывка пермеата и BW до восстановления нормального pH. CeraMem : Та же процедура, что и для X-Flow, но с более длительным временем замачивания чистящих растворов: 12 часов (лимонная кислота) и 6 часов (раствор отбеливателя).

Таблица 4. Восстановление проницаемости (%) после процедуры очистки на месте (CIP) между каждыми условиями анализа.

г.

Таблица 4. Восстановление проницаемости (%) после процедуры очистки на месте (CIP) между каждыми условиями анализа.

CIP	Assays (LMH)	Ceramic		Polymeric
		w/o PAC	PAC	w/o PAC	PAC
0	N.A.	100%	100%	100%	100%
1	After 20	91%	92%	78%	75%
2	After 40	67%	66%	81%	78%
3	After 60	79%	83%	88%	86%
4	After 80	84%	50%	89%	89%
5	After 100	79%	91%	99%	93%
6	После 140	Н/Д *	Н/Д	Н/Д	Н/Д

* Н/Д: недоступно. Данные, выделенные жирным шрифтом, указывают на CIP, для которых возникли проблемы. См. Раздел 3.4.2 для более подробной информации.

Таблица 5. Вклад (%) типов загрязнения для каждой мембраны.

Таблица 5. Вклад (%) типов загрязнения для каждой мембраны.

Типы загрязнения	Керамика				Полимер
	Без предварительной обработки PAC		с PAC предварительной обработки		без предварительной обработки PAC		с предварительной обработкой PAC
	(%)	μ (M –1807 (%)	μ (M –19155) (%)	. −1 )	(%)	μ (m −1 )	(%)	μ (m −1 )
Total fouling (TF)	100	0,58	100	0.55	100	0.56	100	0.62
Reversible by BW 1	76	0.44	74	0.41	82	0. 46	79	0.49
Reversible by CEB 2	20	0.12	21	0.11	15	0.08	16	0.10
Irreversible by CEB	3.6	0.021	4.4	0.024	3.3	0.018	4.7	0. 030

¹ Reversible by BW = TF–PIF. ² Реверсивный по CEB = PIF–IF-CEB.

Таблица 6. Извлечение органических и неорганических загрязняющих веществ (в г/м ² ) из промывных вод CIP.*

г. 9000 9000 90001815158

Таблица 6. Извлечение органических и неорганических загрязнений (в г/м 90 651 2 90 652 ) из промывных вод CIP.*

Flux (LMH)	Ceramic				Полимерные
	Без PAC		с PAC		без PAC		с PAC
	. г C/м 2		Неорг. г/м 2	Орг. г C/м 2	Неорг. г/м 2	Орг. г C/м 2	Неорг. г/м 2	Орг. г C/м 2	Неорг. г/м 2
20	0.21	0.85	0.34	0.98	0.29	0.45	0.32	0.32
40	0.42	0. 91	0.42	0.25	0.40	0.86	0.43	0.86
60	0.19	0.64	0.27	0.61	0.33	0.05	0.46	0.16
80	0.26	1.01	0.29	0. 94	0.26	0.11	0.33	0.14
100	0.25	0.58	0.18	0.41	0.29	0.12	0.42	0.20
140	0,15	0,31	0,28	0,38	0,27	0,43	0,38	0,39
158	0,39
1515158	0,39
15158	0,39
0,39
158	0,39
. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Comment Your Name * Your Email * Your Website