Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор технологий очистки обратноосмотических мембран от загрязнений 10
1.1. Методы очистки обратноосмотических мембран от загрязнений 10
1.2. Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации 24
1.3. Методы расчета кавитационного порога при ультразвуковой очистке поверхности мембран Выводы по главе 1 37
Глава 2. Результаты разработки экспериментального стенда и исследования технология ультразвуковой очистки обратноосмотических мембран 38
2.1. Описание конструкции стенда для исследования технология ультразвуковой очистки обратноосмотических мембранных элементов 38
2.2. Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО 42
2.3. Описание схемы и аппаратуры для исследования ультразвукового воздействия на загрязненную поверхность обратноосмотических мембран 47
2.4. Исследование влияния амплитудно-частотных ультразвуковых воздействий на загрязнения обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО 51
Глава 3 Расчетно-теоретические исследования способов удаления загрязнений на обратноосмотической мембране 56
3.1.Обобщение результатов экспериментальных исследований 56
3.2. Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93] 63
Выводы по главе 3 73
Глава 4. Результаты опытно-промышленной апробации технологии финишной ультразвуковой очистки обратноосмотических мембран при обезвреживании зимнего фильтрата полигонов твердых бытовых отходов 74
4.1. Описание технологической схемы промышленной установки обезвреживания фильтрата полигонов твердых бытовых отходов (на примере полигона «Дмитровский» ГУП Экотехпром) 4.2. Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны 82
4.3. Опытно-промышленное устройство для ультразвуковой очистки обратноосмотической
мембраны 88
Выводы по диссертации 93
Список литературы 94
- Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации
- Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО
- Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93]
- Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны
Введение к работе
Актуальность темы
Ни одна из известных на сегодня технологий очистки фильтрата полигонов ТБО, используемых в развитых странах, не может быть применена там, где не организован селективный сбор ТБО: в России, в странах Юго-Восточной Европы, Южной Америки, Азии и др. странах. В России фильтрат полигонов ТБО представляет собой многокомпонентную токсичную жидкость, у которых ХПК и БПК5 превышают 40000. Для увеличения степени очистки фильтрата до экологического норматива, позволяющего его сброс на ландшафт, необходимы дополнительные стадии очистки. В качестве такой финишной стадии наиболее эффективно применение фильтрации с использованием мембран обратного осмоса. Как правило, для продления срока службы обратноосмотических мембран, фильтрат подвергают предварительной многостадийной физико-химической очистке, но и после этого период эффективной работы мембраны не превышает 2-4 месяцев в теплое время года и 1 месяца - зимой. Так как, важным экологическим требованием к технологическому процессу и оборудованию, работающему на полигоне захоронения ТБО, является ресурс безостановочной работы не менее 1 года, то весьма актуальной является задача исследования и разработки эффективных методов очистки обратноосмотических мембран в установках круглогодичной очистки фильтрата полигонов захоронения несортированных ТБО, с целью снижения их негативного влияния н окружающую среду. Также важным аспектом является сокращение использование реагентов при функционировании обратно-осмотических систем и тем самым снижение воздействия на окружающую среду, на всех этапах подготовки реагентов, их транспортировки, хранения, аварий и тд.
Цель работы
Изучить влияние ультразвукового воздействия (УЗВ) на обратноосмотические мембраны в установках очистки фильтрата полигонов ТБО;
Определить параметры УЗВ, при которых эффективность очистки мембраны максимальна;
Разработать технологический процесс, подобрать аппаратуру и создать Установку эффективной очистки фильтрата полигонов ТБО для снижения негативного влияния на окружающую среду.
Научная новизна
1.Экспериментально установлена наиболее эффективная технология ультразвукового воздействия и физико-химических методов предварительной очистки фильтрата полигона захоронения несортированных ТБО. Определены режимы удаления загрязнений рулонных обратноосмотических мембран после длительной непрерывной работы при ультразвуковом воздействии на частоте 12-24 кГц, с амплитудой колебаний от 1,0 до 5,0 мкм,
2. Разработана опытно-промышленная аппаратура и технологический процесс финишной очистки фильтрата полигонов ТБО, снижающий их негативное влияние на окружающую среду.
Практическая значимость
-
Разработана и защищена патентом РФ новая конструкция установки для очистки обратноосмотической мембран ультразвуковым воздействием, позволяющая исключить потребность использования серной кислоты, щелочных моющих средств, других химических добавок.
-
Результаты работы апробированы на опытно-промышленной установке очистки фильтрата полигона твердых бытовых отходов «Дмитровский», в Дмитровском районе Московской области, на полигоне ТБО в Адлерском районе г. Сочи (Краснодарский край), на полигоне ТПБО (твердых промышленных и бытовых отходов «Саларьево» (Московская область, д. Саларьево) на Астраханском полигоне ТБО.
На защиту выносятся:
- Результаты экспериментального исследования воздействия ультразвука на
физико-химические процессы очистки обратноосмотических мембран при обез-4
вреживании фильтрата полигонов несортированных ТБО;
- Новая технологическая схема финишной доочистки фильтрата, включающая блоки обратного осмоса и ультразвуковой очистки мембран;
- Инженерная методика расчета и проектирования технологического процесса
очистки мембран ультразвуковым воздействием, учитывающая начальную кон
центрацию загрязнений и время обработки;
Достоверность полученных результатов: подтверждается применением в исследованиях научно-обоснованных методов экспериментальных исследований, использованием поверенных приборов и результатами внедрения.
Результаты данной работы получены при выполнении государственного контракта № 16.525.11.5003 от 25 мая 2011 г. по теме: «Разработка новой комплексной опытно-промышленной технологии для обеспечения нормативной экологической безопасности высоконагруженного полигона захоронения органосодер-жащих отходов производства и потребления и его санитарно-защитной зоны» в рамках ФЦП Минобрнауки РФ «Разработки и исследования по перспективным направлениям развития технологического комплекса РФ на 2007-2013 годы». По результатам выполнения государственного контракта № 16.525.11.5003 от 25 мая 2011 г. получено положительное заключение заказчика - Минобрнауки РФ. Личный вклад: состоит в проведении экспериментальных исследований, обработке, разработке теоретической модели и проведении расчетов, интерпретации и обобщении полученных результатов, а также в формулировке выводов.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались на:
V Международной конференции «Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток» (ROOGD-2014), 29 октября 2014 г. Московская область, п. Развилка, ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;
Всероссийском Форуме «Новейшие технические решения в газовой отрасли: перспективы внедрения», 17-18 апреля 2014 года, Москва;
- Сетевом совещании ОАО «РЖД» «Инновационные решения в области очистки сточных вод, 24-25 сентября , г. Сочи.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 работы - в изданиях, рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций.
Структура и объем диссертации
Анализ общих характеристик ультразвуковых колебаний и источников их генерации
Промывная система включает в себя емкость, в которой готовится промывочный раствор, насос низкого давления для прокачивания промывочного раствора через мембранный аппарат. Патронный фильтр, служащий для очистки промывочного раствора от взвешенных частиц, и трубопроводы с вентилями. Емкость обеспечивается мешалкой для быстрого растворения химических реагентов, системой охлаждения (обычно змеевиком) для охлаждения циркулирующего раствора, если его температура может превысить уровень, допускаемый для обратноосмотической мембраны. Приготовление некоторых растворов сопряжено с выделением ядовитых газов. Тогда емкость обеспечивается выхлопной системой. Промывочный раствор обычно готовится с использованием водопроводной воды или пермеата. В случае водопроводной воды следует обратить внимание, чтобы концентрация свободного хлора в ней не превышала допустимой для обратноосмотической мембраны. Промывка выполняется в следующей последовательности. После остановки аппарата сначала рекомендуется промыть его гидродинамически сильной струей исходной воды, сбрасывая выходящий поток через линию концентрата в канализацию. Затем следует перекрыть вентили на линиях исходной воды, концентрата и пермеата. Эти линии показаны на схеме (рис. 1.1) пунктиром. Далее открываются все вентили на линии циркулирующего раствора, и включается насос низкого давления. С помощью вентиля перед фильтром и вентиля на байпасной линии устанавливается необходимый расход циркулирующего раствора. Как правило, этот расход в 2-4 раза меньше, чем расход разделяемого раствора при нормальной работе мембранного аппарата. Промывной раствор проходит обратноосмотический аппарат и возвращается в емкость. Сюда же направляется и пермеат, который обычно образуется на стадии промывки из-за перепада давления через мембрану, вызванного гидравлическим сопротивлением. Циркуляция проводится от 30 минут до 1 часа, затем аппарат оставляется под заливом промывочным раствором на несколько часов, чтобы воздействовать на некоторые очень медленно растворяющиеся отложения. Затем снова проводится циркуляция, после которой аппарат вновь оставляется под заливом. Иногда, в тяжелых случаях, подобные процедуры приходится повторять и в третий, и в четвертый раз, хотя бывает и так, что аппарат вообще не требуется оставлять под заливом.[11].
Промывку заканчивают, когда концентрация промывочного раствора перестает изменяться. Одновременно должны стать постоянными показания дифманометра, фиксирующего гидравлическое сопротивление мембранного аппарата. После этого закрывают вентили на линии промывки и открывают вентили на линиях подачи исходной воды, концентрата и пермеата, включают основной насос (на схеме не показан) и промывают аппарат сильным потоком питающей воды при низком давлении, т.е. гидродинамически. При этом выходящие из линии концентрата и пермеата растворы сливают в канализацию или линию сточных вод предприятия. Затем с помощью вентиля на линии концентрата создают нормальное рабочее давление, и когда концентрации пермеата и концентрата становятся стабильными, переводят установку в нормальный режим эксплуатации, направляя пермеат и концентрат по назначению. Если промывка была выполнена качественно, удельная производительность и селективность восстанавливаются практически до первоначальной величины [12, 13].
Первый период работы мембраны сопровождается довольно значительным снижением удельной производительности, связанным не только с загрязнением мембран, но и их уплотнением [14]. При этом часто наблюдается небольшое увеличение селективности [15]. Затем, после промывки, удельная производительность поднимается до некоторого уровня и после последующих промывок восстанавливается почти до этого же уровня. Селективность по мере загрязнения мембран несколько снижается и после промывки восстанавливается, если не происходит химической деградации мембран под действием промывочного раствора. Если же химическая деградация имеет место, то после каждой промывки селективность необратимо снижается на некоторую величину. К сожалению, далеко не всегда удается подобрать промывочный раствор, который бы растворял все загрязнения и одновременно был бы полностью нейтрален по отношению к мембране. Если промывочный раствор не обладает комплексным действием, т.е. не воздействует одновременно на все отложения на мембране, то приходится последовательно промывать мембрану несколькими растворами разного состава. Очевидно, что для выбора промывочного раствора необходимо знать химический состав осадков на мембране. Наиболее правильный подход – это непосредственный анализ осадков, снятых с мембраны. Если такой возможности нет, то о природе загрязнений судят косвенно по содержанию компонентов, способных загрязнять мембрану, в растворе, подаваемом в аппарат обратного осмоса. В нашем случае этот раствор – пермеат предварительной очистки фильтрата, из которого на различных стадиях очистки частично выпадают в осадки продукты химических реакций [16]. Другая часть продуктов тех же реакций проходит на стадию финишной обратноосмотической очистки. Карбонаты кальция, магния эффективно растворяются кислотой, органические загрязнения, соединения железа, коллоиды смывают щелочными растворами. Кислотные растворы представляют собой смесь органических и неорганических кислот. Во время проведения регенерации необходимо следить за водородным показателем регенерирующего раствора. Расход кислоты на растворение осадка приводит к постепенному повышению водородного показателя и уменьшению скорости растворения отложений.
Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО
Лабораторный экспериментальный стенд создан в рамках диссертационной работы на кафедре «Техника переработки отходов и техносферная безопасность» для исследования механизмов загрязнения поверхности мембран и разработки способов, как противодействия образованию загрязнений, так и ликвидации загрязнения мембран.
Стенд оснащен электронными приборами контроля и измерений, данные от которых получает программируемый логический контроллер (ПЛК). ПЛК имеет интерфейс обмена информацией с персональным компьютером, что позволяет записывать и обрабатывать все данные от приборов КИП.
Как показано на рис.2.1 и 2.2, стенд состоит из основания, на котором закреплены три емкости объемом 60 л, два насоса N=2,2 кВт, три мембранных блока, стоящих из корпуса и мембраны, блок контроля расхода, состоящий из шести ротаметров, блок управления и блок питания.
В состав стенда входят емкости, насосы, мембранные блоки (корпус+мембрана), шесть ротаметров, для контроля расхода фильтрата, пермеата и концентрата, соединенных между собой трубопроводом D-0.5”. Контуры также соединены между собой трубопроводом D-0.5”. Стенд может работать в нескольких режимах: -три контура соединены последовательно, -три контура соединены параллельно, -два контура (любых)соединены параллельно, а третий последовательно также имеется возможность работать отдельно на любом контуре. Производительность стенда по входящему потоку зависит от типа мембранных блоков и изменяется от 0,16м3/час до 2м3/час, соответственно заменяются ротаметры (марки 0,25 ЭМ210-025 БЖ). Стенд включает в себя: приемный резервуар для очищаемого стока, трубопроводы, герметичный корпус, содержащий мембранный блок, штуцера для ввода очищаемого стока и вывода очищенного стока. Трубопровод, соединяющий приемный резервуар и штуцер в герметичном корпусе мембранного блока для ввода очищаемого стока содержит входной трехпозиционный быстродействующий клапан, соединенный одним дополнительным трубопроводом с отстойником а другим трубопроводом со штуцером в герметичном корпусе мембранного блока, штуцер для вывода очищенного стока соединен трубопроводом с выходным трехпозиционным быстродействующим клапаном, дополнительным нагнетающим насосом и дополнительным трубопроводом с резервуаром очищенного стока. Соотношение концентрат-пермеат может устанавливаться приводной арматурой CV01 как вручную, с пульта, так и может быть заданно для управления в автоматическом режиме. В автоматическом режиме контроллер управляет арматурой CV01 так, чтобы обеспечить заданный расход концентрата. Расход исходного раствора фиксирует расходомер FT01, расход концентрата – FT02, расход пермеата – FT07. Манометр РТ01 фиксирует исходное давление на нагнетании насоса Р01. Манометры РТ04 и РТ08 перепад давления концентрата на первой мембране RO01, манометры РТ05 и РТ09 перепад давления концентрата на второй мембране RO02, манометры РТ06 и РТ10 перепад давления концентрата на третьей мембране RO03. Манометры РТ06, РТ07 и РТ08 фиксируют давление пермеата.
Лабораторный экспериментальный стенд для исследования технологии ультразвуковой очистки обратноосмотических мембранных элементов (обозначения в тексте) Рис. 2.2. Фотография лабораторного экспериментального стенда для исследования технологии ультразвуковой очистки обратноосмотических мембранных элементов. 2.2. Исследование влияния степени предварительной очистки фильтрата на расходные характеристики блоков обратноосмотических мембран при очистке фильтрата полигона ТБО
Так как диссертационное исследование проводилось в рамках государственного контракта № 16.525.11.5003 от 25 мая 2011 г. по теме: «Разработка новой комплексной опытно-промышленной технологии для обеспечения нормативной экологической безопасности высоконагруженного полигона захоронения органосодержащих отходов производства и потребления и его санитарно-защитной зоны», то его значение для этой работы состояло в обеспечении финишной степени очистки зимнего фильтрата. Общая схема установки для глубокой круглогодичной очистки фильтрата полигона несортированных ТБО представлена на рис. 2.3. Как было показано в [84], на полученном в зимнее время фильтрате, концентрация загрязнителей, стабильность их химических соединений и агрегатных состояний не позволяют в приведенной схеме добиться очистки до норматива стока культурно-бытового назначения. При этом фильтрат других сезонов может быть очищен до заданного уровня [85]. Для обеспечения работы созданного в рамках контракта опытно-промышленного оборудования в зимнее время было предложено установить качестве финишной ступени очистки блок мембран обратного осмоса. Однако, стоимость такого блока рассчитанного на полную пропускную способность оборудования, представленного на схеме рис.2.3, в 8м3/час, по данным всех без исключения фирм-поставщиков [25-27, 29-33 ] слишком велика для всего проекта, а очистка фильтрата до рыбо-хозяйственного норматива стока в проекте не требовалась. Поэтому была принята схема с разделением потоков пермеата после электрофлотокоагулятора на прямой сброс в смеситель и на сброс через блок мембран обратного осмоса. С отношение расходов определялось достижением после смесителя норматива стока культурно-бытового назначения.
Построение математической модели разрушения плоского слоя загрязнений мембраны в потоке жидкости, под влиянием ультразвуковых пульсаций давления[93]
Такие решения называют нормальными. В рассматриваемом случае в соответствии с [96] общее решение (18) представляет собой сумму нормальных решений, которые в свою очередь могут быть записаны, как произведения экспоненциальной функции и периодической функции с периодом [96] Z = СіЄ фіх) + с2є мх р{х) (19) где (х)- периодическая функция; ц - характеристический показатель, зависящий от параметров «а» и «Ь», и определяющий характер решения.
При исследовании устойчивости колебаний частицы загрязнения на поверхности мембраны обратимся к диаграмме устойчивости решений уравнения Матье [97,98]. Как известно, область устойчивости на этой диаграмме соприкасаются между собой в точках а=Ь/4; =0 (b-0,1,2 п). Эти точки При Z=0 все остальные периодические решения (20) стремятся к выражениям, отличающимся от (20) лишь постоянным множителем. Из (20) следует, что соответствуют линейно независимым периодическим решениям типа
Этому значению x, как показано в [96], соответствует соотношение, которое справедливо для точек на границах областей устойчивости решений уравнений Матье. Для этих точек значение характеристического показателя соответствует Ь+т "-Ъ (22) Естественно, что разрушение частиц слоя у мембраны возникает при резонансных колебаниях среды и самих частиц, а эти последние имеют собственную круговую частоту в соответствии с [97] (23) Оценить время распада частицы можно, зная скорость нарастания колебаний ее поверхности Z. При этом нас интересует Z, соответствующее условиям резонанса. Так как радиальное смещение поверхности частицы можно записать в виде е = es , тоZ = /Jto (24)
Откуда следует, что тс = шр шы Следовательно, как было отмечено в [98] в условиях резонанса собственных колебаний и внешнего потока, чем выше форма колебаний, т.е. чем больше п, тем быстрее распадается слой осажденных на мембране частиц. В соответствии с (24), используя (16), выражение для оценки времени распада слоя можно записать как (25) где 0- отклонение поверхности частицы до начала колебаний. В безразмерном виде выражение (25) можно представить, как Выражения (25) и (26) позволяют определить отношение времени распада слоя к периоду колебаний внешнего потока на резонансной частоте (27) Отметим, что 0 =0max, только для твердой сферической частицы. Что же касается жидкой частицы в воде, то по мере того, как происходит ее осаждение, жидкая частица приобретает характерную плоскую форму. При этом 0max может рассматриваться, как функция разности скоростей фаз, лобового сопротивления частицы, ее начального радиуса и теплофизических свойств.
В работах [99,100] показано, что для капельных маловязких жидкостей, к которым можно отнести и фильтрат полигона ТБО, изменение формы частицы, т.е. 0max хорошо аппроксимируется экспериментальным соотношением
Число Вебера определено, как соотношение инерционных сил и поверхностного натяжения. Где - это скорость, - плотность и s -поверхностное натяжение для фильтрата, Н/м. Для больших чисел Вебера инерционные силы играют главенствующую роль, в то время как для маленьких чисел Вебера силы, из-за поверхностного натяжения, значительны. Число Вебера имеет значение при формировании волн на свободных поверхностях, для потоков жидкости в капиллярах и каналах, а также в формировании капелек. Число Вебера связывает силу поверхностного натяжения с объёмными силами. При небольших размерах силы, связанные с поверхностью, доминируют. Рассмотрим в качестве иллюстрации к изложенному, результаты расчета зависимости tрасп от We при условии, что жидкие осажденные на мембрану частицы распадаются по крайней мере на две части, т.е. n=2
Результаты расчета, для частиц на финишной стадии очистки фильтрата на поверхность обратноосмотической мембраны высокого давления, приведены на рис. 3.2. Если учесть, что для выпускаемых промышленностью мембранных картриджей в их объеме находится одномоментное количество фильтрата около 10дм3, то tпреб. можно оценить в 10-2с. Размеры осажденных частиц по результатам экспериментальных исследований вязкости фильтрата полигона «Дмитровский» будем полагать равными размерам R10-3 - 10-4 м., следовательно, при We 2,5 для условий рис.3.2, а для условий рис.3.3 при We 20, все частицы гарантированно подвергнутся однократному срыву с осажденного слоя.
Оценим теперь размеры частиц, подвергающихся УЗ - воздействию при разрушении осажденного слоя. Так, как при фильтрации стока на обратноосмотических мембранах температура должна быть близка к комнатной, свойства пермеата близки к свойствам воды (=1 000 кг/м3, =1,5 104н/м2), то при скорости потока вдоль поверхности обратноосмотической мембраны V0= 0,1-0,5 м/c, для частиц имеющих характерный размер порядка R10-3 - 10-4 м, частоты обеспечивающие разрушение частицы (а следовательно и слоя) находятся в интервале 13 – 25 кГц. Это подтверждается результатами экспериментов, приведенных в главе 2 (рис.2.9-2.12) 15 20 25 30
Зависимость времени дробления t частиц, осажденных на поверхности обратноосмотической мембраны от числа Вебера в пульсирующем потоке воды. 1- радиус частицы R=10-3 м, 2 – радиус частицы R=- 10-4 м. при скорости потока вдоль поверхности обратноосмотической мембраны V0= 0,5 м/c
Отметим, что дробление слоя частиц, возникающее в том случае, если инерционные силы превосходят поверхностное натяжение, весьма существенно влияет на процесс очистки мембраны. Косвенно это подтверждается экспериментальными данными по очистке поверхности мембраны после 10-и часов работы (рис. 2.10-2.12), тем, что восстановление расхода через мембрану проходит не с момента включения УЗГ, а через несколько минут. Как показали эксперименты, во всем диапазоне параметров после начала УЗО (=0) существует некоторый период «индукции», величина которого зависит от общего солесодержания и АЧХ. Однако, из общих соображений следует, что величина периода «индукции» зависит и от импеданса среды, и от размера пор мембраны, и от периода предварительной работы картриджа.
Методика выбора характеристик ультразвукового генератора для очистки обратноосмотической мембраны
Результаты проведенных экспериментальных исследований были использованы при разработке опытно-промышленного устройства для ультразвуковой очистки картриджа с рулонной обратноосмотической мембраной. При разработке устройства был проанализирован ряд патентов на изобретения аналогичного назначения.
Так, например, известно изобретение по патенту РФ №2088537 «Способ рекуперационной обратноосмотической очистки сточных вод» [109]. Способ состоит в том, что сточную воду, со стадии промывки гальванопроизводств, подвергают механической фильтрации, затем подвергают обратноосмотическому разделению с получением фильтрата и концентрата и последующим возвращением фильтрата на стадию промывки и направлением концентрата на стадию извлечения металлов электрохимическим методом. Недостатком способа является снижение производительности установки за счет постоянного рекуперационного потока.
Известно изобретение [28]. В изобретении обеспечивается увеличение эффективности очистки фильтрующего элемента путем исключения постепенного, сколько-нибудь заметного, его забивания, с помощью постоянной или периодической очистки последнего без нарушения режима основной очистки данным элементом какой-либо среды (газа или жидкости). Способ автоматической очистки фильтрующего элемента заключается в прочистке фильтрующего элемента, по меньшей мере, средой повышенного давления. В качестве прочищающей среды используют как минимум одну сконцентрированную среду, имеющую большее давление и/или скорость, чем у среды, прочищаемой фильтрующим элементом. При этом применяют отдельно или совместно с очищающей средой как минимум одну другую среду, отличную по составу и/или по состоянию от первой. Способ реализуется устройством, которое содержит, по меньшей мере один трубопровод подвода очищающей среды, по меньшей мере одну опору для закрепления фильтрующего элемента. Применительно к аппаратам для инженерной защиты окружающей среды, использующим фильтрующие обратноосмотические мембраны для очистки стоков, недостатком способа является необходимость в применении столь высокого перепада давления на мембране для ее очистки, что существует реальная опасности повреждения полимерного материала мембраны. Объясняется это весьма малыми размерами ячеек мембран для обратного осмоса и их низкой механической прочностью.
Созданное при участии автора устройство[110] позволяет устранить указанные недостатки. Указанная цель в устройстве, использующем фильтрующие обратноосмотические мембраны для очистки стоков, и включающем в себя: приемный резервуар для очищаемого стока, резервуар очищенного стока, трубопроводы, герметичный корпус, содержащий мембранный блок, основной нагнетающий насос, штуцера для ввода очищаемого стока и вывода очищенного стока из корпуса, достигается путем: - установки на трубопроводе, соединяющем приемный резервуар, основной нагнетающий насос и штуцер для ввода очищаемого стока, входного трехпозиционного быстродействующего клапана, соединенного дополнительным трубопроводом с отстойником; - установки на штуцере для вывода очищенного стока трубопровода с выходным трехпозиционным быстродействующим клапаном, дополнительным нагнетающим насосом и дополнительным трубопроводом, соединенным с резервуаром очищенного стока. При этом мембранный блок соединен с волноводом ультразвукового генератора, который создает колебания на мембране с частотой от 3,0 до 22,0 кГц; - установки блок управления трехпозиционными быстродействующими клапанами, дополнительным нагнетающим насосом и ультразвуковым генератором, таким образом, что при включении дополнительного нагнетающего насоса, входной трехпозиционный быстродействующий клапан перекрывает трубопровод ввода очищаемого стока из приемного резервуара, открывает дополнительный трубопровод, соединенный с отстойником, выходной трехпозиционный быстродействующий клапан открывает дополнительный трубопровод, соединенный через дополнительный нагнетающий насос с резервуаром очищенного стока и включает ультразвуковой генератор. При этом блок управления срабатывает по сигналу от датчика давления из-за изменений перепада давлений на устройстве 10% от номинального значения. Предлагаемое устройство работает следующим образом (см. схему на рис.1). Очищаемый сток 1, например, фильтрат полигона захоронения твердых бытовых отходов, из приемного резервуара 2 по трубопроводу 3 с помощью основного нагнетающего насоса 4 подают во входной трехпозиционный быстродействующий клапан 5, который при перепаде давления на мембранном блоке 6 меньшем 110% номинального значения, соединен со штуцером 7 для ввода очищаемого стока 1 в мембранный блок 6, а при перепаде давления на мембранном блоке большем 110% номинального значения по сигналу от блока управления 15 перекрывает ввод очищаемого стока 1 в мембранный блок 6 и соединен дополнительным трубопроводом 8 с резервуаром очищенного стока 9. Штуцер 10 для вывода очищенного стока при перепаде давления на мембранном блоке 6 меньшем 110% номинального значения, соединен с резервуаром очищенного стока 9, а при перепаде давления на мембранном блоке большем 110% номинального выходной трехпозиционный быстродействующий клапан 12 перекрывает вывод очищенного стока 9 из мембранного блока 6 через и трубопровод 13 соединяется с дополнительным нагнетающим насосом 14, подающим очищенный сток 9, через штуцер 10, в мембранный блок 6. Т.е. происходит периодическая промывка мембранного блока 6 реверсивным потоком очищенного стока 9 со сбросом продуктов промывки в отстойник 11. С целью снижения давления, создаваемого дополнительным нагнетающим насосом 14 для промывки мембранного блока 6 и во избежание повреждения мембранного блока 6, на мембранном блоке 6 соединенным с ультразвуковым генератором 16, создают колебания с частотой от 3,0 до 22,0 кГц. В соответствие с теорией нелинейных колебаний [1,2], наложенные колебания с длиной волны соответствующей характерному размеру тела, к которому они приложены, вызывают колебательные процессы на его поверхности в слое соответствующем по толщине амплитуде колебаний Как показали наши эксперименты по очистке фильтрата полигона твердых бытовых отходов, толщина слоя осадка, при котором прекращается фильтрация, составляет 22-26 мкм. Зависимость толщины слоя от времени работы мембранного блока носит линейный характер. При этом уменьшение расхода фильтрата через мембранный блок составляло 20%-25% от номинального значения. Наложение ультразвуковых колебаний в течение 30-50 секунд один раз за 10 суток работы позволило поддерживать постоянство расхода очищаемого стока с точностью 1,5%.