Погружные мембраны: Погружные мембранные модули Mitsubishi для МБР

Содержание

Керамические мембраны в качестве погружных модулей в мембранных биореакторах

bbk 000000

УДК 628.35:62-278

Губанов Л. Н., Катраева И. В., Розенвинкель Карл-Хайнц, Борхман Аксель, Колпаков М. В., Кузина Ю. С.

Аннотация

Приводятся результаты лабораторных испытаний плоских и трубчатых керамических мембран с целью использования их в качестве погружных модулей в мембранных биореакторах. Исследования проводились с применением плоских керамических мембран немецкой фирмы «ItN Nanovation» и трубчатых мембран РХТУ им. Д. И. Менделеева. Установлено, что для работы в среде с активным илом можно рекомендовать мембраны с размером пор 200 нм, при этом рабочее трансмембранное давление должно быть не менее –0,3 бар.

Ключевые слова

очистка сточных вод , мембранный биореактор , погружной модуль , керамическая мембрана

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Исследования по изучению работы керамических мембран в среде с активным илом с целью использования их в качестве погружных модулей в мембранных биореакторах проводились Институтом водного хозяйства населенных пунктов и переработки отходов (ISAH) Ганноверского университета совместно с Нижегородским государственным архитектурно-строительным университетом в рамках реализации проекта «Подготовка промышленной сточной воды до показателей технической воды с помощью анаэробной и мембранной техники» [1].

Выбор керамических мембран был обусловлен их химической и термической стойкостью, устойчивостью к изменениям давления, рН среды и долговечностью. Для эксперимента использовали плоские керамические мембраны низкого давления немецкой фирмы «ItN Nanovation», характеристика которых представлена в табл. 1 и 2. На рис. 1 показано, как организована работа погружной мембраны фирмы «ItN Nanovation» в лабораторном мембранном биореакторе.

Известно, что работа мембранных модулей в мембранных биореакторах и величина удельного потока фильтрата J, л/(ч·м2) зависят от следующих основных факторов: материала мембран, размера их пор и толщины активного слоя, температуры среды, концентрации активного ила в системе, рН, трансмембранного давления, эффективности удаления загрязнений с поверхности мембран [2].

В ходе исследований изучалась работа мембран «ItN Nanovation» в дистиллированной воде и в среде с активным илом с дозой 6 г/л при различном давлении и постоянной температуре 21°С. Мембраны работали в следующем режиме: продолжительность фильтрации 120 с, продолжительность обратной промывки фильтратом 20 с, площадь поверхности фильтрования 0,1 м2. После проведения каждого эксперимента осуществляли химическую промывку мембран с использованием лимонной кислоты и NaOH.

Первоначально новые мембраны испытывались на дистиллированной воде (рис. 2, а) при различном давлении разрежения. Было установлено, что мембраны с размером пор 80 нм и толщиной активного слоя 15 мкм, 200 нм (40 мкм) и 200 нм (20 мкм) имели близкие значения величины удельного потока J

.


Далее эксперимент проводился в среде с активным илом с дозой 6 г/л, при этом каждая из мембран тестировалась при различных значениях давления в течение 18 часов. Результаты этого эксперимента приведены на рис. 2, б. В среде с активным илом величина удельного потока J для мембран 300 нм (15 мкм) и 800 нм (10–15 мкм) была практически одинаковой, но по сравнению с опытом, проведенным в дистиллированной воде, она уменьшилась в 10–12 раз. Для мембран с меньшими порами величина J снизилась лишь в 1,5 раза. После того, как в среде с активным илом проницаемость мембран снизилась более чем на 10%, проводилась химическая промывка мембран и вновь тестирование на дистиллированной воде (рис. 2, в).

Мембраны 300 нм (15 мкм) и 800 нм (10–15 мкм) после химической промывки не восстановили величину удельного потока. У остальных мембран величина J была практически восстановлена до первоначального значения, а для мембраны 80 нм она стала даже выше исходной величины. Общее сравнение работы мембран при давлении –0,3 бар приведено на рис. 3. Для мембран 200 нм (20 мкм) и 200 нм (40 мкм) влияния толщины активного слоя на величину удельного потока в исследуемых условиях обнаружено не было.

Анализ полученных результатов испытаний показывает, что для работы в среде с активным илом наиболее подходят керамические мембраны с размером пор 200 нм, которые имеют достаточную величину Jи работают более стабильно, чем мембраны с бльшими размерами пор; рекомендуемое рабочее давление при фильтровании составляет не менее –0,3 бар. Для последующих лабораторных и опытно-промышленных испытаний был выбран именно этот тип мембран.

Кроме плоских керамических мембран использовался также модуль с трубчатыми керамическими мембранами РХТУ им. Д. И. Менделеева (рис. 4), имеющими площадь поверхности фильтрования 0,1 м2. Материал данных мембран с размером пор 200 нм аналогичен материалу мембран «ItN Nanovation» [3].

Модуль в лабораторных условиях работал в следующем режиме: фильтрация в течение 20 мин при постоянном трансмембранном давлении 0,45 бар; очистка воздухом изнутри в течение 10 мин при давлении 1 бар; доза ила в системе 6 г/л. При установленных технологических параметрах промывка мембран водой снаружи с целью их очистки требовалась через 7–8 суток работы аппарата после падения величины удельного потока на 25%; после промывки производительность мембран восстанавливалась. Работа исследуемого мембранного модуля представлена на рис. 5. Следует отметить, что исследуемый модуль при выбранных условиях эксплуатации работал стабильно в течение времени проведения эксперимента, которое составило три месяца.

Выводы

В результате проведенной серии экспериментов установлено, что для работы в мембранном биореакторе в качестве погружных модулей можно рекомендовать керамические мембраны с размером пор 200 нм, при этом трансмембранное давление должно быть не менее –0,3 бар.

Список цитируемой литературы

  1. Borchmann A., Rosenwinkel K.-H., Gubanov L. N., Katraeva I. V. Einbindung der Membrantechnik in die Abwasserreinigung mittels Anaerobtechnik // Statusseminar Membrantechnik:10. Hannoversche Industrieabwasser Tagung (HIT). – Hannover, 2007. Heft 139.
  2. Melin T., Rautenbach R. Membranverfahren. Grundlagen der Modul- und Anlagenauslegung. – Springer, 2006.
  3. Губанов Л. Н., Катраева И. В., Колпаков М. В. и др. Очистка сточных вод птицефабрик с применением биомембранных технологий // Приволжский научный журнал. 2010. № 4.

Технология мембранного биореактора MBR на выносных и погружных мембранах в установках Box4Water :: Epuramat Rus

В настоящее время на территории России одной из актуальных задач является реконструкция существующих очистных сооружений канализации, а также строительство новых очистных сооружений с применением методов глубокой биологической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от соединений азота и фосфора, а также снижения концентрации АПАВ в очищенной сточной воде. Однако до настоящего момента на территории России зачастую используются методы очистки и технологическое оборудование, которое не достигают поставленных целей в комплексе показателей, предъявляемых к очищенной сточной воде, отводимой в объекты рыбохозяйственного назначения, особенно по содержанию фосфора (0,2 мг/л) и концентрации АПАВ (0,1 мг/л).

Канализационные водоочистные установки Box4Water®HWWоснованы на технологии мембранного биореактора (MBR) и предназначены для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод от органических и взвешенных веществ, соединений азота, фосфора и ряда других примесей, присутствующих в хозяйственно-бытовой сточной воде объекта водоотведения. Технология мембранного биореактора комбинирует биологическую очистку стоков с помощью активного ила с механическим мембранным разделением иловой смеси на аппаратах ультрафильтрационных погружного или выносного типов, представляющих собой физический барьер с размерами пор от 1 мкм до 10 нм (микро- или ультрафильтрация), который позволяет высокоселективно очистить воду от содержащихся в ней загрязнений (взвешенных веществ, высокомолекулярных соединений, микроорганизмов активного ила, бактерий, вирусов и т. п.), за счет чего достигается высокая степень очистки. Ультрафильтрационные мембраны используются для разделения иловой смеси в качестве альтернативы вторичному отстойнику, в этом случае делается возможным увеличить концентрацию биомассы, ее возраст, снизить нагрузку на активный ил и т. д. Пермеат отводится от мембран в накопительные емкости, может подвергаться дополнительной очистке на напорных фильтрах или мембранах, обеззараживается УФ-облучением, отводится в водоем рыбохозяйственного назначения или используется для технических нужд заказчика.

Выпускаемые на предприятии канализационные водоочистные установки Box4Water®HWW (далее в тексте — установки) основаны на технологии мембранного биореактора (МБР) и могут использоваться отдельно или в составе очистных сооружений промышленного назначения. В зависимости от вида исполнения установки подразделяются на стационарные в зданиях и локальные в контейнерах. Установки отличаются видом исполнения, массогабаритными характеристиками, степенью автоматизации и суточной производительностью.

Установки оснащаются модулями, в которых используются сепараторы ExSep® для разделения твердых и жидких компонентов, экранные, механические, осадительные и сорбционные фильтры, биореакторы с выносными или погружными микро- или ультрафильтрационными мембранными элементами, установки для приготовления и дозирования жидких биодобавок и химических реагентов, обеззараживания очищенной сточной воды, установки для обезвоживания смеси осадка с избыточным илом и прочее технологическое оборудование. Состав технологического оборудования установок зависит от параметров исходных сточных вод и требований, предъявляемых к очищенным сточным водам. Модули установок связаны между собой трубопроводами, кабелями электрическими и коммутационными, направление потоков жидкости определяется положением запорно-регулирующей арматуры. Управление модулями осуществляться как контроллером в автоматическом режиме, так и оператором в ручном режиме по сигналам контрольно-измерительной аппаратуры и датчиков с экрана монитора или удаленно с экрана планшетного компьютера.

Установки могут быть оснащены резервуарами для сбора, усреднения состава и подачи исходных сточных вод, а также накопительными емкостями с насосными станциями для сбора и отведения очищенных сточных вод с объекта водоотведения, в т. ч. для подачи в контуры технического водоснабжения заказчика с целью повторного использования (градирни, теплообменники и т.д.) или полива. В случае особых требований к составу очищенной сточной воды в комплект установки может быть включено дополнительное оборудование, например, мембраны обратноосмотические, установки электродеонизации и прочее оборудование для достижения качества очищенной сточной воды по требованиям Заказчика.

Основные параметры и характеристики выпускаемых установок соответствуют данным таблицы 1.

Таблица 1

№ п/п Параметры, характеристики Значение параметра Примечание
1

Производительность, при температуре 18±20С, м3/сутки

100-50000

Box4Water®HWW- 10- Box4Water®HWW- 50000

12-150

Box4Water®HWW-2-С- Box4Water®HWW-150-С

2 Рабочее давление, МПа* 0,05 — 1  
3

Рабочая температура , 0С

От 2 до 25  
4 Габаритные размеры модуля, не более*:

— длина, мм

— ширина, мм

— высота, мм

6000

2400

3000

 
5 Габаритные размеры контейнера (исполнение -С):

— длина, мм

— ширина, мм

— высота, мм

6058 (12192)

2438

2896

20 или (40)-футовые НС морские контейнеры
6 Потребляемая электрическая мощность, кВт, не более 450 В зависимости от типораз-мера и исполнения
7

Параметры электрической сети:

— номинальное напряжение, В

— номинальная частота, Гц

380

50

 
8 Масса в транспортном состоянии, т, не более 80  
9 Содержание ингредиентов в исходной сточной воде не должно превышать:

— взвешенные вещества, мг/дм3

100-350  

— БПКполн, мг/дм3

200 –400  

— ХПК, мг/дм3

400 –800  

— азот общий, мг/дм3

15 – 60  

— фосфор обший, мг/дм3

3 – 12 Требуется дополнительное химическое осаждение
— мутность Не лимитируется  
— рН
— общие колиформные бактерии
— степень удержания вирусов

*Установки могут быть изготовлены по отдельному техническому заданию Заказчика.

Установки максимальной комплектации состоят из модулей, размещенных в одном или нескольких соединенных трубопроводами и кабелями контейнерах или модульных зданиях. В состав технологических модулей могут быть включены в любой композиции следующее оборудование:

— решетки механические;

— сепараторы ExSep®S;

— емкости накопительные, резервуары усреднения и гомогенизации;

— станции насосные ExSep®РS/B;

— биореакторы;

— емкости приготовления водных растворов химических реагентов и биодобавок;

— насосы-дозаторы;

— фильтры напорные;

— мембранные элементы;

— установки УФ-обеззараживания;

— установки обезвоживания минерализованного ила и осадка;

— станции управления и защиты ExSep®CP и шкафы автоматики.

Модульная схема и общий вид контейнерной установки приведены на рис.1 и 2, соответственно.

Рис.1. Модульная схема Box4Water®HWW/С на основе мембранного биореактора (МБР):

1-решетка сетчатая; 2-резервуар-усреднитель; 3,9,12-станции насосные ExSep®РS/B; 4-решетка механическая; 5-сепаратор ExSep®S; 6-станции приготовления и дозирования водных растворов химреагентов и биодобавок; 7-биореактор; 8-воздуходувки; 10-мембранный модуль; 11-емкость накопительная технологическая; 13-модуль доочистки; 14-модуль УФ-обеззараживания; 15-модуль химпромывки мембран; 16-резервуар-накопитель избыточного ила; 17-модуль обезвоживания смеси осадка и избыточного ила.

Рис.2. Общий вид контейнерной установкиBox4Water®HWW/C:

1-контейнер с модулями; 2-сепаратор ExSep®S; 3-шкаф управленияExSep®CP; 4-шкаф автоматики; 5-модуль приготовления водных растворов химреагентов; 6-модуль обеззараживания

В качестве материалов, загружаемых в корпуса напорных фильтров модуля доочистки, используются:

— гравий кварцевый;

— материалы алюмосиликатные;

— кварцевый песок, дроблёный антрацит, цеолит различных фракций;

— уголь активированный и прочие загрузки.

Ресурс фильтрующих материалов фильтров доочистки:

— осадительного не более 5 лет и сорбционного не более 1 года.

В качестве мембранных элементов для модуля доочистки используются микрофильтрационные, ультрафильтрационные мембраны для биореактора и нанофильтрационные, обратноосмотические мембраны.

Ресурс мембранных элементов не более 5 лет.

Условия работы мембран в биомембранных процессах определяются режимами и параметрами работы биореактора, в частности, степенью образования в нем коллоидных соединений, отрицательно сказывающихся на проницаемости и сопротивлении мембран. Поэтому для работы мембранных биореакторов в условиях очистки реальных сточных вод необходимо подобрать оптимальные условия работы мембранных блоков, способов поддержания и восстановления их производительности. Важно обеспечить высокую степень предварительной очистки исходных стоков от твердых механических частиц и взвешенных веществ, например, посредством использования сепаратора ExSep.

Оборудование установок в процессе эксплуатации работает в режиме оптимального энергопотребления, не загрязняет окружающую природную среду выбросами вредных веществ и микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных государственными стандартами и санитарными нормами.Это достигается за счетдвухступенчатой безреагентной системы обеззараживания, осуществляемой ультрафильтрационными мембранами и ультрафиолетовым облучением очищенной сточной воды.

Преимущества установок Box4Water®HWW/С на основе мембранного биореактора (МБР) по сравнению с традиционной технологией следующие:

— существенно повышаются показатели качества очистки сточных вод;

— процесс биологической очистки протекает интенсивно;

— объем избыточного ила снижается;

— значительно сокращаются площади, занимаемые очистными сооружениями;

— технологическое оборудование работает с максимальным к.п.д.;

— обеспечивается высокое стабильное качество очищенных сточных вод, возвращаемой в оборотный цикл объекта;

— процесс очистки сточных вод происходит стабильно и качественно при получении очищенной сточной воды гарантированно высокого уровня.

С целью возврата очищенных сточных вод в рецикл ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, прочих предприятий рекомендуется уникальная современная комбинация технологий — MBR-RO-EDI (мембранный биореактор-обратный осмос-электродеионизация).

Анализ рынка современных очистных сооружений показал, что для российских условий как с экономических, так и с экологических позиций оптимальной является технология биологической очистки сточных вод в мембранном биореакторе, на выходе которого возможно гарантировано и стабильно получать биологически очищенную сточных вод с параметрами, соответствующими объектам рыбохозяйственного назначения, а также производить восстановленную сточную воду для вторичного использования в производственном цикле предприятия в качестве технической воды.

Ультрафильтрация

Установки ультрафильтрации применяются для осветления и очистки воды из любого источника: скважина, поверхностный источник, доочистка питьевой воды, сточные воды. Ультрафильтрация является наиболее эффективным технологическим процессом подготовки питательной воды для нанофильтрации, обратного осмоса, ионного обмена. Ультрафильтрация как процесс предварительной очистки представляет собой надежный барьер для микроорганизмов и частиц.

Технология ультрафильтрации позволяет удалять взвешенные вещества, снижать мутность, содержание органических веществ (снижение окисляемости, ХПК, БПК и т.д.)

Достигаются показатели качества очищенной воды:

  • мутность менее 0.1 NTU;
  • индекс плотности осадка SDI15 менее 3.0;
  • снижение содержания вирусов и бактерий на 4 и более порядка;
  • снижение окисляемости на 65% и более.

Указанные преимущества в конечном итоге сказываются на существенном увеличении работоспособности обратноосмотических мембранных элементов.

Ультрафильтрация — это одна из лучших технологий подготовки питьевой воды. Доказательством этого является тот факт, что ежегодный прирост объемов воды, обработанной методом ультрафильтрации, составляет примерно 25%.

Ультрафильтрация постепенно заменяет традиционные системы осветления в производстве питьевой или технической воды из природной или оборотной воды, а также в предварительной обработке воды для осмотических систем.

Ультрафильтрационные мембраны 

Ультрафильтрационные мембраны — это модули, содержащие несколько тысяч капилляров с внутренним диаметром 0,7–1,0 мм. Материал капилляров — полиэфирсульфон со специальными добавками (PES). Это гидрофильный материал, устойчивый к наслоению органического осадка. Площадь фильтрации одного модуля от 30 до 70 кв. м. Поток движется изнутри наружу, то есть подаваемая вода протекает внутри капилляров, а фильтрат выходит наружу сквозь их стенки. Возможно и обратное направление фильтрации.

Ультрафильтрационные мембраны разработаны специально для удаления взвешенных частиц. Вода под давлением протекает сквозь мембрану и частицы остаются на ее поверхности. Из-за небольшого размера пор мембраны все взвешенные твердые частицы, включая микроорганизмы, эффективно удаляются из воды. Поскольку такие частицы создают осадочный слой на поверхности мембраны, направление потока воды периодически изменяется (обратная промывка), чтобы удалить этот слой.

Даже рассматривая только одну из областей применения мембран — обработку вод, можно сделать вывод, что применение мембран постоянно и быстро растет. Вне зависимости от решаемой проблемы мембранные установки способны извлечь чистую воду из любого водного потока. Тем не менее энергозатраты, риск забивания мембран (заиливания), а также стоимость самих мембран остаются препятствиями для их более широкого распространения. Однако эти причины начинают терять свою актуальность. Быстрое развитие рынка мембран осветления, наблюдаемое с 1995 г., объясняется повышением эффективности их работы, а также снижением их стоимости.

 

Применение 

  • Производство питьевой воды
    Ультрафильтрация может быть использована как для одноуровневой обработки относительно чистых вод, так и в комбинации со стадиями коагуляции, отстаивания, осветления или флотации.
  • Обессоливание или повторное использование вод
    Учитывая высококачественные физические характеристики получаемого пермеата, установки ультрафильтрации можно рекомендовать как предпочтительное техническое решение для удаления забивающих мембраны частиц перед подачей на установку обратного осмоса. Первое широкое применение в обработке сточных вод ультрафильтрационные мембраны нашли в области повторного использования городских сточных вод в промышленном секторе, для полива и т.д.
  • Сточные воды — мембранный биореактор
    В мембранных биологических реакторах (МБР) используются как мембраны с внутренней поверхностью фильтрации, так и погружные мембраны. МБР являются эффективным техническим решением для обработки городских сточных вод, промышленных сточных вод пищевой или целлюлозно-бумажной промышленности.

Погружные мембранные насосы

Новости

05.10.2017

Наша компания совместно с нашими партнерами KROOSH TEСHNOLOGIES (Израиль) приняла участие в ежегодной выставке MINING WORLD Алматы.На данном мероприятии наши сотрудники провели ряд встреч с потенциальными и давними клиентами ,было пописано ряд соглашений.

 

19.03.2017

Наша компания приняла участие в работе MINE expo 2016 Лас Вегас

MINExpo 2016: Ведущая Международная выставка и конгресс горнодобывающей промышленности MINExpo INTERNATIONAL 2016 – самое ожидаемое событие, раз в 4 года демонстрирующее последние достижения в области инновационно технологического развития горнодобывающей отрасли. Экспонентами MINExpo традиционно являются ведущие производители техники и оборудования. MINExpo – традиционное место встречи ведущих представителей горнодобывающей отрасли. В 2016 году свою технику, оборудование и технологии для разведки, добычи и переработки полезных ископаемых в рамках MINExpo представят более 2000 компаний-производителей со всего мира. В 2016 году ожидается участие порядка 100 000 специалистов из 92 стран. MINExpo 2016 разместится в 16 залах, 5 павильонах и на открытых площадках общей площадью более 100 000 кв. м

17.08.2015

Наша компания посетила ряд заводов и шахт в ЮАР.

11.12.2014

Наша компания приняла участие в поездке на мероприятие Бизнес-форум  «Содружество-2014»

 

 

29.12.2013


   Наша компания является эксклюзивным представителем завода  JINING ANTAI MINE EQUIPMENT (КИТАЙ) ,который является крупнейшим заводом по производству взрывозащищенных  погружных насосов в Китае.

 

Взрывозащищенный погружной электрический насос серии BQ, состоит из электродвигателя, насоса и контрольной системы. Электродвигатель водонаполненный взрывобезопасный сочетается с погруженным насосом высокого давления. Используемое напряжение — 6000V или 10000V, электромагнитный кабель – водостойкий. В данном  насосе используются две группы по 4 крыльчатки в каждой, противоположно расположенные на одном валу водяного насоса. В отличии от насосов с одной группой крыльчаток, расположенных в одном направлении как в обычном многоступенчатом насосе, насос серии BQ является специальным многоступенчатым насосом, выполненным путем сочетания двух обычных многоступенчатых насосов работающих в противоположных направлениях, при этом не создавая завихрения жидкости вокруг насоса, понижающего его эффективность. Один многоступенчатый насос последовательно соединен с другим многоступенчатым насосом, то есть вода из одного многоступенчатого насоса входит во вход последующего многоступенчатого насоса, и выходит из насоса, тем самым создавая более высокий напор, такая компоновка называется насосом одностороннего входа. Насос одностороннего всасывания имеет одну горловину всасывания воды и одну горловину выхода воды, его напор равен сумме напора двух насосов, а его поток равен потоку одностороннего многоступенчатого насоса. При необходимости использовании насоса с высоким напором, можно выбрать насос одностороннего входа.   Насос двухстороннего всасывания предоставляет собой два многоступенчатых насоса с параллельной работой, и имеет две горловины всасывания воды, а именно два многоступенчатых насоса отдельно выпускают воду из своего водоприемника, затем вода собирается у одного выхода воды и подается из водяного насоса. Его производительность равна сумме подачи двух насосов, а напор равен напору одного многоступенчатого насоса. Когда требуется  насос с большой  подачей используется насос двухстороннего всасывания.   Система управления состоит из измерительного элемента, встроенного в электродвигателе; измерительного элемента уровня воды для водяного насоса,  сигнального контрольного кабеля ведущего на поверхность;наземного дистанционного автоматического шкафа управления, и может быть  связан в единую сеть с контрольными сетями шахты для дистанционного автоматического контроля.

 

Ниже фото насосов отгруженных в адрес ОАО БЕЛОН в июне 2015 года

 

 

 

 

Применение погружных керамических модулей для биомембранных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.35:62-278

Катраева И.В. — кандидат технических наук, доцент

E-mail: [email protected]

Колпаков М.В. — ассистент

E-mail: [email protected]

Кузина Ю.С. — соискатель

E-mail: [email protected]

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

Адрес организации: 603950, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, д. 65 Мынин В.Н. — кандидат технических наук E-mail: [email protected]

Научно-производственная компания «ГЕНОС»

Адрес организации: 125047, Россия, г. Москва, ул. 1-я Миусская, д. 3 Айнетдинов Р.М. — кандидат технических наук E-mail: [email protected]

ООО «ТЭКО»

Адрес организации: 603000, Россия, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, д. 38

Применение погружных керамических модулей для биомембранных аппаратов Аннотация

В статье приведены результаты исследования работы трубчатого керамического мембранного модуля производства российской компании НПК «ГЕНОС» (г. Москва) в лабораторном мембранном биореакторе, дается обоснование преимуществ и перспектив использования керамических мембран для биомембранной технологии в качестве погружных модулей при очистке промышленных сточных вод.

Эксперименты проводились на сточных водах предприятий пищевой и фармацевтической промышленности.

Была доказана высокая эффективность регенерации мембран обратной продувкой воздухом.

Ключевые слова: мембранный биореактор (МБР), очистка сточных вод,

погружной модуль, трубчатые керамические мембраны, биомембранная технология.

Опыт эксплуатации биомембранной технологии в мировой практике в последние годы подтверждает ее высокую эффективность и перспективность применения для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Благодаря постоянному развитию и совершенствованию технологии изготовления мембранных модулей для биореакторов снижаются энергозатраты на очистку сточных вод и повышается надежность работы биомембранных аппаратов.

На сегодняшний день для биомембранной технологии с погружными мембранными модулями чаще всего используются модули с половолоконными мембранами, их преимуществом является дешевизна и большая удельная поверхность.

Керамические мембраны, несмотря на их высокую стоимость, которая в настоящее время составляет 200^300 Евро/м2, имеют преимущества с точки зрения надежности, долговечности и удобства в эксплуатации (таблица) [1, 2].

Таблица

Сравнение половолоконных и керамических мембран______________________

Параметр Полимерные мембраны Керамические мембраны

Стойкость к воздействию:

Абразив «-» «+»

Гидролиз «-» «+»

Радиолиз «-» «+»

Высокая температура (выше 80оС) «-» «+»

Биологическое разрушение «-» «+»

Химическая стойкость:

Хлор «-» «+»

Кислоты «-» «+»

Щёлочи «-» «+»

Органические растворители «-» «+»

Эксплуатационные параметры:

Срок службы без замены, лет 0,5-4 до 20

Возможность обратной продувки «-» «+»

Потребность воды на промывку, % до 10 до 2

Разработка керамических мембран является приоритетным направлением развития многих компаний, которые являются лидерами производства мембранных модулей для МБР, данное производство высокотехнологично и требует большого научного потенциала. Например, немецкая компания ItN Nanovation на практике доказывает превосходство своих керамических модулей по приведённым затратам над полимерными мембранами.

Из российских компаний, которые успешно развиваются в последнее десятилетие и достигли больших успехов в производстве и внедрении в практику трубчатых керамических модулей, можно назвать НПК «ГЕНОС» (г. Москва). Модули, произведенные компанией, используются как для водоподготовки, так и для очистки сточных вод.

В ННГАСУ в течение четырех лет проводились лабораторные исследования, в которых мембранные модули НПК «ГЕНОС» использовались в качестве погружных модулей для биомембранного аппарата. Для экспериментов были использованы модули с трубчатыми керамическими мембранами с внешним рабочим слоем, имеющие площадь поверхности фильтрования 0,1 м и средний размер пор активной поверхности 200 нм (рис. 1). Исследования проводились на сточных водах предприятий пищевой

(птицефабрики, предприятия рыбо и мясопереработки) и фармацевтической промышленности, которые отличались высоким содержанием органических загрязнений, концентрация по ХПК составляла от 800 до 5000 мг/л.

Рис. 1. Внешний вид лабораторного МБР аппарата с погружным керамическим модулем НПК «ГЕНОС»

Лабораторный аппарат работал круглосуточно в автоматическом режиме под управлением контроллера, с его принципиальной схемой и результатами работы можно ознакомиться в ряде предыдущих публикаций [3, 4]. Длительность эксперимента по очистке сточных вод для каждого из исследуемых предприятий составляла около трех месяцев, для сточных вод фармацевтического предприятия исследования продолжались в течение полугода.

В ходе эксперимента изучались особенности работы МБР аппарата в среде с активным илом с целью определения оптимальных технологических режимов, а также повышения надежности и эффективности его работы.

Работа мембранного модуля оценивалась по величине удельного потока фильтрата J (л/ч м2) и величине нормализованного потока фильтрата ^ (л/ч м2 бар), доза активного ила в системе составляла 2,5-9,5 г/л, регулирование работой установки осуществляли по давлению, давление разрежения при фильтровании изменяли от 0,1 до 0,3 бара, объёмная нагрузка на МБР аппарат составляла 1 -2 кг ХПК/м3сут.

Лабораторный аппарат работал в циклическом режиме, каждый цикл состоял из следующих фаз: подача исходной сточной воды, окисление сточной воды с регенерацией мембран за счет обратной продувки воздухом, сброс давления-разрежения, фильтрование, сброс избыточного давления, откачка избыточного активного ила (рис. 2).

V, ед. объёма

———————————и————-1————-► £ ед. времени

1 2 3 4 56 1

Рис. 2. Циклическая работа лабораторного МБР:

1 — подача исходной сточной воды, 2 — фаза окисления сточной воды с одновременной регенерацией мембранного модуля обратной продувкой воздухом,

3 — сброс давления воздуха, 4 — фаза фильтрования при давлении разрежения,

5 — сброс давления разрежения, 6 — откачка избыточного ила

При существующем режиме эксплуатации механическая очистка мембранного модуля снаружи за счет промывки водой под давлением требовалась через каждые 1,5-2 недели, так как J за это время снижался на 25 %, после промывки величина удельного потока восстанавливалась и имела исходное значение.

В ходе проведенных экспериментов было доказано, что эффективность обратной продувки воздухом керамических мембран выше, чем обратной промывки фильтратом (рис. 3, 4), в ходе проведения данного эксперимента давление при регенерации обратной продувкой и промывкой было одинаковым и составляло 1 бар. Исследования показали, что достаточно одной минуты, чтобы за счет регенерации обратной продувкой восстановить способность мембранных модулей к фильтрованию и получить первоначальную величину удельного потока. Увеличение продолжительности регенерации обратной продувкой не сказывалось на величине удельного потока (рис. 5).

Было установлено, что величина удельного потока зависит от трансмембранного давления (ТМД) и дозы активного ила, что представлено на рис. 6.

и, Л/ЧМ2 □ДИСТИЛ. вода

□ Продувка воздухом, активный ил аі=6,5 г/л

40

28.56

14,27 14,27

7 ЦР 9,6 П п

6,67 ■

ТМД=0,1 бар

7МД=0,2 бар

ТМД=0,3 бар

Рис. 3. Величина удельного потока фильтрата через 20 циклов работы установки при работе в дистиллированной воде, в реакторе с активным илом после обратной продувки воздухом и обратной промывки фильтратом

Рис. 4. Изменение нормализованного потока фильтрата во времени при обратной продувке модуля воздухом и промывке фильтратом

Рис. 5. Влияние продолжительности обратной продувки на величину удельного потока фильтрата

Было определено, что величина удельного потока зависит от ТМД и дозы активного ила, что представлено на рис. 6.

J, л/ч М2 —О— ai=2,5 г/л —♦— ai=4,9 г/л —ùl— ai=9,4 г/л

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

ТМД. бар

Рис. 6. Зависимость величины удельного потока от трансмембранного давления и дозы активного ила в МБР аппарате

Выводы: На примере трубчатого керамического мембранного модуля российской компании НПК «ГЕНОС» доказана перспективность использования погружных керамических модулей в МБР аппаратах для очистки промышленных сточных вод, а также их высокая надежность при длительной эксплуатации в среде с активным илом. Также была доказана высокая эффективность регенерации мембран обратной продувкой воздухом, по сравнению с обратной промывкой фильтратом.

Список литературы

1. http://www.genos.ru (дата обращения: 15.06.2012).

2. Розенвинкель К.-Х., Борхман А., Губанов Л.Н., Катраева И.В., Колпаков М.В., Кузина Ю.С. Керамические мембраны в качестве погружных модулей в мембранных биореакторах // Водоснабжение и сан. техника, 2011, № 12. — C. 44-49.

3. Губанов Л.Н., Розенвинкель К.-Х., Катраева И.В., Борхман А., Кулемина С.В. Глубокая очистка сточных вод с применением биохимических и мембранных методов // Приволжский научный журнал, 2008, № 4. — С. 37-44.

4. Губанов Л.Н., Катраева И.В., Колпаков М.В., Кулемина С.В., Кузина Ю.С. Очистка сточных вод птицефабрик с применением биомембранных технологий // Приволжский научный журнал, 2010, № 4. — С. 194-201.

Katraeva I.V. — candidate of technical sciences

E-mail: [email protected]

Kolpakov M.V. — assistant

E-mail: [email protected]

Kuzina Y.S. — post-graduate student

E-mail: [email protected]

Nizhny Novgorod StateUniversityofArchitectureandCivilEngineering

The organization address: 603950, Russia, Nizhny Novgorod, Ilyinskaya st., 65 Mynin V.N. — candidate of technical sciences, technical director E-mail: [email protected] JSC «GENOS»

The organization address: 125047, Russia, Moskow, 1-ya Miusskaya st., 3 Ainetdinov R.M. — candidate of technical sciences E-mail: [email protected] JSC «TECO»

The organization address: 603000, Russia, Nizhny Novgorod, Belinskogo st., 38

Submerged ceramic modules in biomembrane installation

Resume

The article presents the results of a study of a tubular ceramic membrane installation produced by the Russian company JSC «Genos» (Moscow) as a submerged module for a laboratory membrane bioreactor; benefits and prospects of ceramic membranes application for the MBR technology as a submersible modules for industrial wastewater treatment are substantiated.

The experiments were performed on waste waters of food and pharmaceutical industries characterized by a high content of organic impurities and COD ranging from 800 to 5 000 mg/l.

The membrane module performance was assessed by the flux J(l/h m2) and permeability Jn (l/h m2 bar) values, MLSS in the installation constituted 2,5 to 9,5 g/l; the installation operation was controlled by the pressure, which was changed from 0,1 to 0,3 bar, organic loading rate was kept within the limits of 1 to 2 kg COD/m3 day.

The laboratory apparatus was working in a cycle mode; each cycle consisted of the following phases: feeding of waste water, waste water oxidation with membrane regeneration by air purging, pressure release, filtration, pressure release, excess sludge removal.

The experiments proved high efficiency of air purging as compared with back-washing for the membrane regeneration.

Keywords: membrane bioreactor (MBR), wastewater treatment, submerged module, tubular ceramic membrane, biomembrane technology.

References

1. http://www.genos.ru (reference date: 15.06.2012).

2. RosenwinkelК.-H., BorchmannA., Gubanov L.N., Katraeva I.V., Kolpakov M.V., Kuzina Yu.S. The use of ceramic membrane sassubmersible modules in membrane bioreactors // Vodosnabzheniye i sanitarnaya tekhnika, 2011, № 12. — P. 44-49.

3. Gubanov L.N., Rosenwinkel K-H., Katraeva I.V., Borchmann A., Kulemina S.V. Integrated waste water treatment by biochemical and membrane technologies // Privolzhskiy nauchny zhurnal, 2008, № 4. — P. 37-44.

4. Gubanov L.N., Katraeva I.V., Kolpakov M.V., Kulemina S.V., Kuzina Yu.S. Treatment of waste water of poultry plants with the use of biomembrane technologies // Privolzhskiy nauchny zhurnal, 2010, № 4. — P. 194-201.

Мембранный Биологический Реактор (МБР) — Завод и производство в России

Мембранные биореакторы для очистки сточных вод

Мембранные биореакторы для очистки сточных вод представляют собой комбинацию метода биологической очистки с суспендированным ростом, обычно с активированным илом, с мембранным фильтрующим оборудованием, обычно с мембранами для микрофильтрации низкого давления или ультрафильтрации.

Применение мембранных биологических реакторов

Мембранные биореакторы для очистки сточных вод используются для выполнения критической функции разделения твердого вещества и жидкости. В установках с активным илом это традиционно выполняется с использованием вторичных и третичных отстойников наряду с третичной фильтрацией. Двумя основными типами систем мембранных реакторов являются вакуумные (или гравитационные) и управляемые давлением системы. Вакуумные или гравитационные системы погружены и обычно используют мембраны из полых волокон или плоских листов, установленные либо в биореакторах, либо в последующем мембранном резервуаре. Системы, работающие под давлением, представляют собой патронные системы в трубе, расположенные снаружи биореактора.

«Система» считается законченным и интегрированным мембранным блоком (подсистемами) со связанными компонентами, необходимыми для того, чтобы процесс мог функционировать как требуется. Система MBR часто состоит из десяти или одиннадцати подсистем и включает точный скрининг (головные работы), мембранную зону и, в большинстве случаев, некоторый тип процесса последующей дезинфекции.

Завод производитель мембранных биореакторов для очистки сточных вод

Мембранные биореакторы для очистки сточных вод имеет некоторые отличительные преимущества по сравнению с обычными системами обработки:

  • стабильный процесс

Обычная биологическая система чувствительна к составу сточных вод. Из-за различий в составе сточных вод и / или наличия сложных или токсичных веществ, высоких концентраций солей или низких концентраций кислорода образование хлопьев биомассы является плохим, и процесс осаждения не будет работать хорошо. Это приводит к сбросу микроорганизмов и снижению качества сточных вод.

Однако мембраны будут удерживать всю биомассу и другие взвешенные вещества, обеспечивая высокое качество сточных вод.

  • компактная конструкция.

Благодаря мембранному разделению популяция активных микроорганизмов в биореакторе может поддерживаться в концентрации в 4-5 раз выше, чем в обычных системах. Это приводит к тому, что объемы резервуаров для биореакторов составляют всего 20-25% от размера обычных систем. Осветлитель, занимающий много места, не требуется.

  • Высокое качество сточных вод

Ультрафильтрационные мембраны задерживают все микроорганизмы и большинство взвешенных твердых частиц, в результате чего образуются чистые и высокоочищенные стоки. Сточные воды могут быть повторно использованы в качестве низкокачественной технической воды или для ирригационных целей.

  • Низкое образование осадка

Мембранные биореакторы для очистки сточных вод может работать при низком соотношении F / M, являясь подачей органического вещества на количество микроорганизмов в единицу времени. Это приводит к высокой минерализации осадка. В обычных системах 1 кг ХПК приведет к примерно 0,3 -0,4 кг биомассы. В системах MBR 1 кг ХПК преобразуется в 0 — 0,2 кг биомассы (нулевая выработка биомассы может быть получена при работе при высоких температурах). Сброс биомассы может оказать существенное влияние на эксплуатационные расходы системы.

  • Возможна очистка сточных вод до 60 ° C.
  • Очистка сточных вод с концентрацией хлора до 120 г / л.
  • Невосприимчивость к ударам и вибрации (на борту судов).

Область применения:

  • плохо разлагаемая вода (слегка чувствительная к осадку)
  • в ограниченном пространстве
  • строгие правила сброса
  • повторное использование

Toray — Мембраны

Компания TORAY MEMBRANE одна из очень немногих компаний, производящих весь спектр мембран для очистки воды, в том числе: мембраны обратного осмоса (RO), ультрафильтрации (UF)  и мембранные биореакторы (MBR). 

Мембраны Торай отличаются высочайшей селективностью при низких давлениях, что позволяет достигать низких эксплуктационных расходов при получении чистой воды.

TORAY является безусловным мировым лидеров производстве обратноосмотических мембран для очистки морской воды.

http://www.toraywater.com/ 

 

Мембрана обратного осмоса Toray (Romembra)- это высокое качество, долговечность  и безотказная работа в самых сложных условиях.

 

Ведущий мировоой производитель мебранных элементов концерн «Toray» начал производство ацетат целлюлозных мембран обратного осмоса в 1967 году. Сегодня его ассортимент включает весь спект современных нанофильтрационных и ультрафильтрационных мембран. Компания использует собственные инновационные разработки в сфере химических технологий. Полностью автоматизированные производственные мощности расположены в Японии и США. Они сертифицированы согласно ISO-9001 и ISO-14001.

 Основная продукция Toray (Romembra):

  • нанофильтрационные мембраны;
  • мембраны обратного осмоса для солоноватых и морских вод;
  • погружные мембранные микрофильтрационные модули плоскорамного типа для мембранного биореактора;
  • ультра- и микрофильтрационные мембранные модули, изготовленные из половолоконных мембран,
  •  атискаланты ROPUR-RPI для систем обратного осмоса,
  • дополнительное оборудование и компоненты для установок обратного осмоса, в том числе химические средства для очистки мембранных элементов.

Компания Toray производит мембранные элементы двух серий: SU и ТМ. Все элементы серии ТМ обеспечивают наилучшее размещение элементов в корпусе, а значит, гидравлическая нагрузка распределяется более равномерно. Для производства мембран используют сшитый аромтический полиамид, полипеперазин амид и ацетат целлюлозы.

Для очистки солоноватых вод:

Серия ТМ — обратноосмотическая мембрана различного диаметра с высокой селективностью разделения для промышленой и коммерческой очистки воды, в том числе с повышенной соленостью: стандартные BWRO — ТМ700, высокоселективные с повышенной химической устойчивостью BWRO — ТМ700D, низконапорные BWRO — ТМ700С — TM700L, сверхнизконапортные BWRO-ТМG и BWRO-ТМX.

Серия SU — нанофильтрационные мембранные элементы для удаления высокомолекулярных соединений (стандартные, высокоселективные,  низконапортные и сверхнапортные).

 

Для очистки морской воды:

 

Серия SWRO — ТМ 800 — мембраны обратного осмоса различного диаметра для  морской воды и воды с высоким уровнем солености; мембранные элементы небольшого диаметра могут быть использованы для опреснения морской воды в бытовых условиях и на небольших судах, в том числе мембраны высокопроизводительные, энергосберегающие и с высокой селективностью — 99,86%.

 

Специального назначения:

  • устойчивы к загрязнениям,
  • промышленный осмос для использования в пищевой и фармацевтической промышленности, мембранные элементы соответствующие высоким санитарным требованиям, устойчивые к обработке горячей водой,
  • устойчивы к воздействию активного хлора,
  • для обработки особо чистой воды.

 

Компания Toray единственный производитель всех типов мембран, широко известный по всему миру. Популярность обратноосмотических мембран торей объясняется очень просто: отличная репутация и устойчивое функционирование продукции.

 

Мембранные элементы Toray Romembra:

TM720L-400; TM720L-430; TM720-370; TM720-400; TM720-430; TM710; TML720-400; TML720-400; TML10; TM720C-430 борселектив; TM820F-400; TM810F; TM820E-400; TM820C-370; TM820C-400; TM820A-370; TM820A-400; TML20-370; TML20-400; TML10; TM710, TM720-400, TM720-440, TM720L-400, TM720L-440, TM720C-440, TM710D, TM720D-400, TM720D-440, TML10D, TML20D-400, TML20D-440; TMG10, TMG20-400, TMG20D-440, TMh20A, TMh30A-400, TMh30A-440; TMh30A-400; TMh30A-430; TMh30A-440; TMG20-400; TMG20-430; TMG20-440; TM720L-400; TM720L-430; TM720L-440; TM720-370; TM720-400; TM720-430; TM720-440;

TM720C-430; TML20-370; TML20N-400; TM720N-400; TM820C-370; TM820C-400; TM820E-400; TM820M-400; TM820M-440; TM820R-400; TM820R-440; TM820V-400; TM820V-440; TM810F;
TM810S; TM820F-400; TM820E-400; TM820C-400; TM820C-370; TM820A-400; TM820A-370; TMh30А-400; TMh30А-370; TM720L-430; TM720-430; TM720С-430; TM720D-400; TM720D-440; TM810С; TM810E; TM810S; TM810V; TM810R; TM820А-370; TM820А-400; TM820С-370; TM820С-400; TM820E-400; TM820F-370; TM820F-400; TM820K-400; TM820K-440; TM820L-400;
TM820L-440; TM820M-400; TM820M-440; TM820R-400; TM820K-440; TM820S-400; TM820S-440; TM820V-400; TM820V-440; TM720C-430; TM720C-440; TM720L-400; TM720L-430;
TM720L-440;
TM710; TM720-370; TM720-400; TM720-430; TM720-440; TM720D-400; TM720D-440; TMG20-400C; TMG20-430C; TMG20-440C; TMG10; TMG20-370; TMG20-400; TMG20-430; TMG20-440;
TMG20N-400; TMh20A; TMh30A-370; TMh30A-400; TMh30A-430; TMh30A-440; TML20D-370; TML20D(A)-400; TML20D-440; TML20N-400; TM710; TML10F; TML20-370; TML20-400;
TML20-440

TM720-370; TMG20-370 C style; TM720-400; TM720N-400; SU-710L; SU-710R; TM710; TML10; TML10F; TM720-430; TML20-370; TML20-400; TML20-430; TML20N-400; TMG20-370; TMG20-400; TMG20-400C-Style; TMh30A-370; SUL-G10; TMG10; TMG20-430; TMG20-430C-Style; SU-620; TM-810L; TM820H-370; TM820-370; TM820-400; TM820H-400; TM820E-400; SU-810; TM810; TM820L-400; TM820A-370; TM820A-400; TM820B-370; TM820C-370; TM820C-400; TM820F-400; TM820L-370; TM820S-400; TM820V-400; TMh20; TMh20A; TMh30-400; TMh30A-400; TMh30A-430;

 

Погружение в мембрану позволяет ромбовидным протеазам достигать специфичности за счет считывания динамики трансмембранных сегментов

Погружение гидролитической реакции в гидрофобную мембрану уже давно изучается как биохимическая головоломка (Erez et al., 2009), однако возможные преимущества такого расположения не исследовались. Мы объединили различные аналитические подходы, включая спектроскопию, определенные системы восстановления и картирование сайтов расщепления в живых клетках, чтобы исследовать роль мембраны.Эти новые подходы в конечном итоге сошлись, чтобы показать, что основным свойством, придаваемым погружением в мембрану, является способность идентифицировать субстраты с помощью механизма, основанного на выявлении внутренней динамики ТМ вместо стратегии связывания белок-белок, используемой другими специфическими протеазами (рис. 7).

Модель ромбовидного протеолиза, обусловленная динамикой внутримембранного белка.

Мембрана накладывает два ограничения на динамику белка, чтобы обеспечить высокую протеолитическую специфичность; он вызывает образование спирали сегментов TM (левые красные стрелки) и ограничивает открытие ромбовидных ворот (светло-голубой) (правая красная стрелка). Субстраты образуют стабильную спираль только в мембране; частичное воздействие водной среды внутри ромбоида запускает конформационный переключатель, управляемый энтропией, чему способствуют остатки, дестабилизирующие спираль, что позволяет субстратам достигать каталитических остатков (выделены оранжевым цветом).Нижняя панель изображает несубстратный: ромбовидный комплекс, в котором сегмент ТМ сохраняет стабильную спираль и, следовательно, не может достигать каталитических остатков. Несубстратный сегмент ТМ в конечном итоге диссоциирует без расщепления (крайний справа). Индукция эффективного расщепления без субстрата предполагает, что начальное стыковочное взаимодействие между ромбоидом и ТМ неспецифично. Точный порядок событий и то, что запускает каждый шаг, остаются спекулятивными. Проиллюстрировано истончение мембран вокруг GlpG, наблюдаемое при моделировании молекулярной динамики (Bondar et al., 2009; Zhou et al., 2012), хотя его функциональные последствия остаются неясными. Для построения схемы модели использовали структуры 2IC8 (закрытый GlpG), 2NRF (открытый GlpG), 1MOX (Spitz-EGF) и 2TGF (TGFα-EGF).

https://doi.org/10.7554/eLife.00173.016

Применение КД-спектроскопии предоставило первую возможность измерить структурные свойства ромбовидных ТМ на подложке по сравнению с не-подложками и в различных средах. Сочетание этой информации с изучением протеолиза в живых клетках позволяет предположить, что основным фактором, удерживающим многие сегменты TM I типа от превращения в ромбовидные субстраты, является их способность поддерживать стабильную спираль TM.Различия между субстратными и несубстратными спиралями ТМ минимальны, пока они находятся в мембране. Однако определяющим свойством ромбовидных субстратов является метастабильная спираль ТМ, которая на самом деле опирается на мембрану для стабильности и распутывается без нее. Мутации, которые стабилизируют спирали TM, нарушают протеолиз, в то время как простое введение спиральной нестабильности в несубстратные TM, как измерено непосредственно CD, превращает три из трех неродственных мембранных белков типа I в субстраты для семи различных ромбовидных протеаз, несмотря на разнообразие расщепленных последовательностей.

Стоит подчеркнуть, что мутационный анализ сыграл важную роль в нашем изучении ромбовидного протеолиза, и хотя это проверенная стратегия для выяснения механизмов ферментов, все наши мутанты, которые изменяют спиральность, также обязательно изменяют последовательность. Чтобы ограничить этот неотъемлемый недостаток, мы старались, когда это возможно, делать консервативные мутации, измерять влияние на спиральность непосредственно с помощью CD и, в конечном итоге, основывать наш анализ на> 30 мутациях. Тем не менее, мы дополнительно оценили, какое основное физическое свойство вызывает сдвиг сайта расщепления, и в конечном итоге обнаружили самую сильную корреляцию со шкалой «склонности к повороту».Информативной особенностью этой новой шкалы является то, что она объединяет как спиральную склонность остатка, так и его предпочтение находиться внутри мембраны, а не искать более гидрофильную среду (Monné et al., 1999a, 1999b). Таким образом, внутренняя динамика ромбовидных субстратных ТМ, вероятно, возникает из-за комбинации остатков, которые напрямую дестабилизируют структуру спирали ТМ, а также остатков с ограниченной гидрофобностью, которые увеличивают вероятность того, что этот полипептидный участок ускользнет из среды мембраны, индуцирующей спираль. (в пользу гидрофильного активного центра ромбоида см. ниже).Это наблюдение независимо предполагает, что ключевые различия в динамике ТМ оцениваются в другой, немембранной среде. Это может объяснить, почему известно, что аланины важны для ромбовидного протеолиза, хотя сами по себе не дестабилизируют спираль напрямую и требуют мутации в большие гидрофобные остатки, чтобы поставить под угрозу протеолиз.

Сильная корреляция со шкалой склонности к поворотам может также иметь прогностическое значение для обнаружения новых ромбовидных субстратов с помощью анализа последовательности.Тем не менее, следует отметить, что наш анализ имел преимущество количественной оценки «изменений» в склонности к повороту («∆ склонности к повороту» на рисунке 5E) между двумя последовательностями, которые различаются только одним или двумя остатками. На практике было показано, что склонность остатка к повороту изменяется нелинейным образом за счет различий в длине сегмента TM, локальном контексте последовательности и точном положении остатка в сегменте TM (Monné et al., 1999b). ). Если эти смешанные параметры также применимы к ромбовидному протеолизу, то точное предсказание абсолютных предрасположенностей естественных TM-сегментов только по последовательности может представлять трудности.Тем не менее, осторожный оптимизм оправдан, поскольку эти проблемы могут быть преодолены за счет дополнительного уточнения масштаба непосредственно с ромбовидными протеазами.

Хотя наши анализы постоянно указывают на то, что динамическое состояние TM является определяющей чертой ромбовидных субстратов, они не игнорируют, что последовательность также играет второстепенную роль. Сдвиги, которые мы наблюдали, показывают требования последовательности для протеолиза с положительными данными, потому что они отмечают положение субстрата в активном центре в то время, когда катализ протекал эффективно.Предпочтение расщепления между небольшими остатками подтверждается предыдущими исследованиями (Urban and Freeman, 2003; Akiyama and Maegawa, 2007). Однако мало что, по-видимому, существенно для расщепления за пределами небольших остатков P1/P1′, поскольку мы обнаружили большое разнообразие остатков в других положениях, позволяющее эффективному протеолизу проходить под действием множества ромбовидных протеаз. Это особенно информативно, потому что предшествующие анализы обязательно были сосредоточены на мутациях, которые блокируют расщепление, но не могли исключить возможность того, что они косвенно мешают протеолизу, например, способствуя олигомеризации TM (что необходимо для функции TatA).

Путем включения одного пролина в различные положения мы смогли превратить три неродственных белка в ромбовидные субстраты. Тем не менее важно отметить, что это также не означает, что любая последовательность ТМ может стать ромбовидным субстратом. Скорее, это подчеркивает, что природное разнообразие последовательностей во многих сегментах TM обеспечивает широкие возможности для нахождения приемлемых сайтов расщепления. Тем не менее, можно ожидать, что истинные субстраты будут иметь дополнительную оптимизацию последовательности, которая будет специфичной для конкретной ромбовидной протеазы, потому что будет благоприятствовать более высокая протеолитическая эффективность, поскольку субстрат и протеаза коэволюционируют.Одним из современных примеров может быть протеолиз TatA, т.к. считается, что расщепление TatA происходит быстро и автоматически для работы чувства кворума (Stevenson et al., 2007). Однако вряд ли это будет репрезентативным для большинства ромбовидных функций. Тем не менее, пептид, состоящий из всех остатков P4-P2′, требует миллимолярных концентраций, чтобы влиять на протеолиз TatA с помощью AarA, что указывает на то, что даже в этом контексте связывание последовательности распознавания не является основным фактором, определяющим специфичность.

В совокупности наши наблюдения предполагают новую рабочую модель, в которой канонические ромбовидные протеазы патрулируют мембрану в поисках метастабильных спиралей ТМ для расщепления.Ромбовидных ворот с открытыми воротами может быть достаточно для создания микроокружения, в котором «внутренние» различия сегментов ТМ могут быть разоблачены, а недавние симуляции молекулярной динамики и биофизические измерения показывают, что это стабильная ромбовидная конформация в мембране (Baker and Urban, 2012; Чжоу и др., 2012). Из-за остатков, дестабилизирующих спираль, и ограниченной гидрофобности субстраты готовы выйти из мембраны и разделить гидрофильный ромбовидный активный центр. Затем следует протеолиз, потому что такие протяженные ТМ восприимчивы к протеолизу и/или способны «достигать» внутреннего каталитического аппарата.Такое «разделение» субстрата согласуется с сильной корреляцией со «шкалой предрасположенности к повороту» и может дополнительно объяснить неожиданное наблюдение, что сканирование одного пролина вдоль сегмента TM перемещает сайт расщепления глубже, время от времени позиционируя его на неприемлемых остатках. Важно отметить, что центральным, но упускаемым из виду компонентом этой системы специфичности является сама мембрана, которая ограничивает протеолиз как за счет индукции TMs для образования спиралей, так и за счет ограничения открытия ворот (Fig. 7).

В конечном итоге наш анализ объединился в общую структуру того, как функционирует ромбовидный внутримембранный протеолиз, и подчеркнул, что требуется дальнейшая работа для определения конкретных деталей того, как работает эта сложная система.Возможны различия между субстратами и не-субстратами в мембране, выходящие за пределы разрешения наших экспериментальных подходов, хотя прямые данные свидетельствуют о том, что наиболее резкое различие возникает, когда ТМ выходят из-под влияния мембраны. Более того, структурный анализ комплекса ромбоид-субстрат необходим для определения взаимодействий мелких деталей, которые опосредуют протеолиз, хотя это может оказаться особенно сложным, если истинные субстраты действительно динамичны по своей природе. Наконец, точный порядок событий и то, что запускает каждый этап реакции расщепления, также остаются неясными.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Часть I. Модель для описания массопереноса при иммерсионном осаждении. Исследовательская информация Университета Твенте. иммерсионное осаждение

AU — Reuvers, AJ

AU — Ван ден Берг, J.W.A.

AU — Смольдерс, Калифорния

PY — 1987

Y1 — 1987

N2 — Выведены уравнения и граничные условия для процессов изотермической диффузии в коагуляционной ванне и в растворе полимера после погружения отлитого (тройного) раствора полимера в (бинарную) коагуляционную ванна.Массоперенос выражается через термодинамические движущие силы и коэффициенты трения. Предполагается, что коэффициенты трения в тройной системе связаны между собой соотношениями взаимности Онзагера и связаны с измеряемыми коэффициентами трения, определенными в трех предельных диапазонах бинарного состава. В сочетании со знаниями о процессах расслоения, которые могут происходить в растворе полимера (разделение фаз жидкость-жидкость или образование твердоподобных агрегатов), эта модель позволяет рассчитать профиль концентрации полимера в иммерсированной пленке в момент расслоения. раствора полимера в зависимости от нескольких параметров процесса.Рассчитанный профиль концентрации и его связь с асимметричной структурой конечной мембраны представлены в Части II1.

AB — Выведены уравнения и граничные условия для процессов изотермической диффузии в коагуляционной ванне и в растворе полимера после погружения отлитого (тройного) раствора полимера в (бинарную) коагуляционную ванну. Массоперенос выражается через термодинамические движущие силы и коэффициенты трения. Предполагается, что коэффициенты трения в тройной системе связаны между собой соотношениями взаимности Онзагера и связаны с измеряемыми коэффициентами трения, определенными в трех предельных диапазонах бинарного состава.В сочетании со знаниями о процессах расслоения, которые могут происходить в растворе полимера (разделение фаз жидкость-жидкость или образование твердоподобных агрегатов), эта модель позволяет рассчитать профиль концентрации полимера в иммерсированной пленке в момент расслоения. раствора полимера в зависимости от нескольких параметров процесса. Рассчитанный профиль концентрации и его связь с асимметричной структурой конечной мембраны представлены в Части II1.

У2 — 10.1016 / S0376-7388 (00) 80020-4

DO — 10.1016 / S0376-7388 (00) 80020-7388 (00) 80020-4

м3 — артикул

VL — 34

SP — 45

EP — 65

Jo — Журнал науки о мембранах

JF — Журнал науки о мембранах

SN — 0376-7388

IS — 1

ER —

Полиморфизм в пористых поливинилиденфторидных мембранах, образованных методом иммерсионного осаждения | Интернет-исследования в области здравоохранения и окружающей среды (HERO)

ID ГЕРОЯ

6990964

Тип ссылки

Журнальная статья

Заголовок

Полиморфизм пористых поливинилиденфторидных мембран, полученных методом иммерсионного осаждения

Авторы)

Чжан, Мэй; Чжан, АйКью; Чжу, БаоКу; Ду, Чуй; Сюй, Юи; ,

Год

2008 г.

Рецензируется ли эксперт?

да

Журнал

Journal of Membrane Science
ISSN: 0376-7388

Издатель

ЭЛЬСЕВИЕР НАУКА Б.В.

Место расположения

АМСТЕРДАМ

Номера страниц

169-175

DOI

10.1016/j.memsci.2008.03.029

Идентификатор Web of Science

WOS:000256991200021

Абстрактный

Мембраны из пористого поли(винилиденфторида) (ПВДФ) получали методом иммерсионного осаждения из системы ПВДФ/диметилсульфоксид (ДМСО)/вода. Изменяя температуру осаждения и концентрацию ПВДФ в литейном растворе, изучали полиморфизм в сформированных пористых мембранах.Морфологию мембран наблюдали с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FESEM), а тепловое поведение мембран исследовали с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Для анализа кристаллических структур мембран в целом и поверхностных слоев применяли широкоугольную рентгеновскую дифракцию (WAXD) и инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье с ослабленным полным отражением (FTIR-ATR). Было обнаружено, что во всех исследованных случаях ПВДФ в основном кристаллизовался в альфа-форму кристаллической структуры во всей мембране, в то время как альфа- и бета-фазы сосуществовали в поверхностных слоях.Общая кристалличность мембраны и соотношение бета/альфа-фаз в поверхностных слоях увеличивались одновременно с увеличением концентрации ПВДФ в литейном растворе или снижением температуры осаждения. (C) 2008 Elsevier B.V. Все права защищены.

Понимание механизма молекулярного импринтинга путем инверсии фазы иммерсионного осаждения полимерных смесей посредством детального морфологического анализа пористых мембран

Пористые мембраны получены методом иммерсионного преципитации смесей ацетилцеллюлозы и сульфированного полисульфона (CA-SPS) с составами 85 : 15, 95 : 5 и 100 : 0 (мас.%), а также полимерных материалов с молекулярными отпечатками (MIP). , приготовленные с флуоресцентным красителем родамином B (RhB), и холостые пробы, приготовленные без матрицы RhB, были проанализированы с помощью сканирующей силовой микроскопии (SFM), сканирующей электронной микроскопии (SEM) и метода изотермы газовой адсорбции (BET).Данные связывания RhB, полученные в ходе экспериментов по твердофазной экстракции, позволили оценить эффективность импринтинга в зависимости от состава смеси: 95 : 5 > 85 : 15 > 100 : 0. СЭМ выявила асимметричную морфологию поперечного сечения с узелками в верхнем слое и макропустотами в опорный слой, который указывал на мгновенное расслоение как на общий механизм затвердевания полимера. СЭМ с высоким разрешением и ССМ позволили провести подробный анализ морфологии верхнего слоя, в частности, оценить размер конкреций.В целом были обнаружены значительные различия в структуре пор между MIP и Blank в зависимости от состава полимерной смеси; величина этих различий, измеренная с помощью SEM, SFM и BET, четко коррелировала с эффективностью импринтинга. Для смеси CA-SPS 95:5 характерный размер конкреций был намного меньше для MIP, чем для бланка. Следовательно, фиксация импринтированных участков происходила в основном в мелких полимерных частицах, которые образовывались при очень быстром расслоении при контакте с нерастворителем.Кроме того, добавление темплата к раствору смеси СА-СПС, по-видимому, облегчало расслоение после контакта с водой осаждающей ванны, предположительно , посредством комплексообразования RhB с сульфокислотными группами СФС.

Центр перспективных исследований в области изучения языка (CARLA): Обучение с погружением

Совместная программа по погружению в китайский язык штата Миннесота (MMIC)

The Minnesota Mandarin Immersion Collaborative (MMIC)*, партнерство K-12 и университетов, при финансовой поддержке через U.S. Программа помощи иностранным языкам Департамента образования Местные агентства образования с высшими учебными заведениями (FLAP-LEA/IHE) рады предоставить «Designing Model Membranes», выпуск Gr. 3 Блок естественных наук, технологий, инженерии и математики (STEM), специально разработанный для класса погружения в китайский язык. С разрешения Музея науки в Бостоне учебная программа Engineering is Elementary ® (EiE®) Just Passing Through: Designing Model Membranes послужила основой для этой модельной единицы.

Модуль MMIC «Проектирование модельных мембран» — это междисциплинарный модуль, предназначенный для объединения обучения по нескольким предметам, включая китайский язык, науку и технику, а также изучение социальных наук и культуры. Следовательно, при внедрении этой учебной программы мы рекомендуем программам временно приостановить преподавание этих учебных областей и продолжить преподавание только математической учебной программы. В каждом разделе используется основное повествование как средство контекстуализации содержания предмета на протяжении уроков.Единицы завершаются адаптацией интегрированной оценки успеваемости (IPA) ACTFL (Американского совета по преподаванию иностранных языков). MMIC Designing Model Membranes IPA целенаправленно сочетает определенные предметные области с различными способами общения в качестве средства для интеграции оценки языка и предмета.

Блок MMIC  Проектирование модельных мембран включает обзорные материалы блока, Хуан Даниэль ???? (Juan Daniel’s Fútbol Frog) сборник рассказов, планы уроков и вспомогательные материалы, а также итоговая интегрированная оценка эффективности.Некоторые уроки также включают руководство для учителя и критерии оценки. Многие материалы модуля MMIC доступны на китайском и английском языках. Блок MMIC не предназначен как автономный блок, но для него потребуется приобрести исходный набор учебных материалов и материалов Engineering is Elementary ® (EiE®) Just Passing Through: Designing Model Membranes . Части учебной программы остались без изменений, и учителям необходимо время от времени обращаться к Руководству для учителей EiE®.

 Команда MMIC, занимающаяся учебными планами , работала над созданием лучших практик в учебных программах, инструкциях и оценках для двуязычной/погруженной среды с учетом того, что мы узнали за десятилетия исследований.Каждый урок включает в себя сильный акцент на развитии языка и грамотности в контексте изучения предмета. Мы надеемся, что программы погружения в китайский язык по всей стране будут использовать и адаптировать эти блоки по мере необходимости, чтобы наилучшим образом соответствовать их соответствующим контекстам. Наслаждаться!

 

Доступные единицы

Название раздела:   Просто проход: проектирование модельных мембран

Научная тема: Организмы (Жук Бесс, Раки), основные потребности
Инженерная область: Биоинженерия
Сборник рассказов (культурный контекст): Футбольная лягушка Хуана Даниэля (Сальвадор)
9 0 Gr0093 Уровень 93:

 

————————————————— ——

*MMIC является ассоциацией четырех ранних программ полного погружения в китайский язык в Миннесоте и Университета Миннесоты (UofM).

Руководящая группа MMIC состоит из:
Молли Виланд, директор проекта, Государственные школы Хопкинса
Тара Форчун, координатор проектов погружения, CARLA, Университет Миннесты
Джоан Бжезински, директор Института Конфуция Миннесотского университета

Партнерские программы погружения в китайский язык:
Начальная академия Синьсин Эйзенхауэра, Государственные школы Хопкинса
Scenic Heights Elementary и Начальные программы погружения в китайский язык Excelsior, Государственные школы Миннетонки
Мэдисонская начальная академия Гуан Мин, ул.Облачные государственные школы

Непрерывное улучшение коэффициента дефектности в иммерсионной фотолитографии с помощью функционализированных мембран в фотохимической фильтрации в месте использования

Аннотация

Конкретные «дефекты-убийцы», такие как перемычки микролиний, являются одной из ключевых проблем в передовых приложениях фотолитографии, таких как мультишаблон. Эти дефекты возникают из нескольких источников, и их очень трудно устранить.Фильтрация в месте использования (POU) играет решающую роль в уменьшении или устранении таких дефектов. Предыдущие исследования показали, что вклад фильтрации POU нельзя изучать независимо от дизайна фоторезистов и настроек оборудования для отслеживания. В частности, мы исследовали, как эффективное сочетание оптимизированного фоторезиста, скорости фильтрации, давления фильтрации, очистки мембраны и устройства, а также однослойных и многослойных фильтрующих мембран с оптимизированным размером пор может модулировать возникновение таких дефектов [1, 2, 3 и 4]. .Однако конечным желаемым поведением для фильтрации POU является селективное удержание молекул-предшественников дефектов, содержащихся в коммерчески доступном фоторезисте. Это оптимальное поведение может быть достигнуто за счет индивидуальной функционализации мембраны. Мембранная функционализация обеспечивает дополнительные взаимодействия без просеивания, которые в сочетании с эффективным исключением размера могут избирательно захватывать определенные предшественники дефектов. Целью данного исследования является всесторонняя оценка функционализации мембраны, нанесенной на асимметричную мембрану из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы (UPE) с различным размером пор.Дефектность, переносимая в виде 45-нм линейного 55-нм пространственного рисунка (45L/55S), созданного с помощью 193-нм иммерсионной (193i) литографии с химически усиленным резистом положительного тона (PT-CAR), оценивалась на пластинах с органическим покрытием под слоем. Также оцениваются характеристики литографии, такие как критические размеры (CD), шероховатость ширины линии (LWR) и матрица энергии фокуса (FEM).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *