Како то функционише: принципи филтрирања и састав система керамичких мембрана за одвајање уљане воде

1. Прво, распршите интуицију: неспоразум „сито“.

Многи људи, када први пут виде керамичке мембране за уклањање уља, интуитивно мисле о њима као о „ситу“-уље је велико, вода је мала, па се уље задржава и вода пролази кроз њега. Ова аналогија није погрешна, али пропушта најкритичнију половину: у зауљеним отпадним водама, оно што је заиста тешко задржати нису велике капљице уља, већ субмикронско емулговано уље стабилизовано сурфактантима; оно што заиста одређује успех или неуспех такође није „да ли су поре довољно мале“, већ „да ли ће уље запрљати мембрану и, када се запрља, да ли се може очистити“. Да јасно објасним какокерамичке мембране за одвајање уља од водепосао, мора се почети са њиховом основном радњом-унакрсним-филтрацијом.

2.Унакрсна-филтрација тока: не „слепа-угаона,“ већ „тече док се чисти“

Унакрсна{0}филтрација је потпуно другачија од „филтрације-слепе тачке“ која се користи код куће за филтрирање сојиног млека. У-филтрацији у мртвом крају, течност за напајање се гура право на површину мембране, а вода и уље ударају у истом смеру; уље се брзо нагомилава у колач на површини мембране, а флукс се спушта на литицу-као. У унакрсној-филтрацији, течност за напајање тече "бочно" дуж површине мембране великом брзином; Вода се под притиском покреће да прође вертикално кроз мембрану и постане бистри пермеат, док се капљице уља и загађивачи континуирано уклањају овом силом смицања паралелно са површином мембране и испуштају са концентратом. Другим речима, мембрана не "хвата" пасивно загађиваче; активно „одгони загађиваче“. Ово је посебно критично за зауљену отпадну воду: када се уље прошири преко површине мембране, изузетно га је тешко уклонити, а смицање попречног тока- је управо прва линија одбране од ширења уља. Ово је такође разлог зашто третман зауљених отпадних вода скоро увек користи унакрсни-ток уместо ћорсокака-.

Слика: Типичан ток процеса у систему за одвајање воде са керамичком мембраном-: зауљена сирова вода улази у мембрански модул након претходног третмана; под унакрсним -смицањем, бистра течност продире кроз мембрану и постаје производна вода, док се концентровано уље и загађивачи испуштају са стране концентрата, а систем се може повезати са низводном реверзном осмозом или фазом биолошког третмана.

2.1 Поларизација концентрације и критични флукс

Унакрсна{0}филтрација такође доноси два концепта која се морају разумети; иначе се многе теренске појаве не могу објаснити. Прва је концентрациона поларизација: вода пролази кроз мембрану, док се уље и суспендоване материје задржавају близу површине мембране; што је ближе површини мембране, то је већа концентрација, формирајући градијент концентрације. Овај градијент повећава отпорност на пермеацију и смањује флукс, али је сам по себи реверзибилан; када попречно{3}}смицање попречног тока истањи гранични слој, флукс се може опоравити. Други је критични флукс: постоји праг протока испод којег се загађивање полако акумулира и систем остаје стабилан на дужи рок; изнад ње, прљање се брзо појачава и чишћење постаје учестало. У инжењерингу је боље радити нежно испод критичног флукса него тежити привременом великом флуксу. Ова два концепта су кључ за разумевање „зашто је керамичким мембранама потребан унакрсни-проток“ и „зашто се не може једноставно наставити повећавати притисак“, а такође објашњавају зашто је пилот{8}} истраживање посебно важно за системе за зауљене отпадне воде.

3.Микрофилтрација и ултрафилтрација: У којој мери се задржава уље?

Дакле, у којој мери мембране заправо задржавају уље? Ово се своди на поделу рада између микрофилтрације (МФ) и ултрафилтрације (УФ). МФ има релативно веће поре и углавном задржава суспендоване чврсте материје, велике капљице уља и део диспергованог уља; УФ има финије поре, које спадају у опсег величине капљица емулгованог уља, и главна је сила за задржавање субмикронског емулгованог уља. Опсези микрофилтрације и ултрафилтрације који се обично користе у керамичким мембранама су управо непријатељ "најфинијег дела уља" у зауљеним отпадним водама. Табела у наставку наводи квалитативне разлике између ова два да би вам помогла да прво одредите „у којој мери се уље задржава“ током одабира.

3.1 Величина пора није што мања то боља

Треба напоменути да величина пора није што мања то боље. Што је мембрана гушћа, то је већа отпорност на продирање воде, већа је потрошња енергије и лакше се зачепљује премошћавањем финих загађивача. У инжењерингу је принцип „довољан”: прво користите претходну обраду да бисте уклонили велике честице и слободно уље, а затим пустите керамичку ултрафилтрацију да се фокусира на рад са најтежим емулгованим уљем, уместо да очекујете да једна мембрана уради све. Ово је уједно и најосновнији концепт „сцене“ у дизајну система керамичке мембране за третман зауљених отпадних вода.

4. Од једне мембране до комплетног система

Скалирање једне мембране до комплетног система заправо није мистериозно у саставу, али сваки део има своје специфичности. Први део је мембрански модул и мембрански елемент. Керамичке мембране се углавном појављују као више-канални саћасти цевасти елементи; течност за напајање тече кроз канале, а вода продире кроз зид цеви-ова структура је отпорна на загађивање-и лако се чисти, што је чини посебно погодном за прљаву воду. Други део је доводна пумпа и унакрсна -петља, која обезбеђује две ствари: разлику трансмембранског притиска потребну да се течност за напајање прогура кроз мембрану, и брзина смицања потребна на површини мембране; ако је брзина смицања недовољна, уље ће се залепити за мембрану. Трећи део је сакупљање бистре течне стране и стране концентрата; бистра течност иде на поновну употребу или у низводне процесе, а концентрована вода се испушта са уљем. Четврти део је јединица за чишћење (ЦИП), која је тајно оружје које чини керамичке мембране „издржљивим у употреби“-може да опере флукс назад киселином и алкалијом пре него што се прљавштина накупи до тачке која утиче на рад.

На нивоу мембранског модула, облик керамичких мембрана је обично вишеканални цевасти или саћасти монолитни елементи, а не равни листови или шупља влакна. Предности овог облика су једноставне: велика брзина протока и снажно смицање унутар канала, што га чини посебно погодним за прљаву воду; када се љуска на зиду цеви или уље залепи, може се очистити на мрежи помоћу механичких сунђерастих куглица, што органске мембране не могу да ураде; иако густина паковања није тако висока као код шупљих влакана, оно што се добија заузврат је отпорност на зачепљење, лакоћа чишћења и дуг радни век. Приликом одабира, морате одмерити флукс, отисак и погодност чишћења, уместо да гледате само једну ставку. За „прљав посао“ као што је зауљена отпадна вода, цевасте или вишеканалне керамичке мембране су често реалнији избор.

Контрола прљања је дневна главна линија целог система. Током нормалног рада, смицање попречног тока-обезбеђује „онлине“ превенцију загађивања; периодично, пермеат се користи за повратно испирање да би се одгурнули плитки загађивачи на површини мембране, постижући „краткорочни-опоравак“; када повратно испирање више не може да сузбије опадање флукса, активира се хемијско чишћење (ЦИП), коришћењем одговарајућих концентрација киселине, алкалија или оксиданса за растварање и уклањање органског уљног муља, каменца и микробне слузи. Разлог зашто се керамичке мембране усуђују да користе снажно чишћење је тај што су неоргански материјали робусни; ако би се органске мембране чистиле тако агресивно, често би се оштетиле при сваком чишћењу. Из тог разлога, неповратно запрљање се акумулира полако у керамичким мембранама, крива опадања флукса је нежна, а дугорочна оперативна „предвидљивост“ је далеко боља од оне код органских мембрана-ово је од огромне вредности за производне линије које захтевају стабилну усклађеност.

4.1 Стратегија чишћења: ЦИП није „испирање када је прљаво“

Конкретно у вези са стратегијом чишћења, ЦИП није тако лежеран колико „исперите када је прљав“. Алкално чишћење циља на обраштање органског уља и биолошку слуз, кисело чишћење циља на неоргански каменац, а оксиданти се користе за убијање микроорганизама и разлагање неке органске материје; редослед, концентрација, температура, време и брзина протока циркулације утичу на ефикасност опоравка и такође утичу на животни век мембране. Разуман приступ је успостављање повезаних записа о „разлици у флуксу-разлику притиска-чишћењу“: рутински пратити трендове нормализованог флукса и разлике трансмембранског притиска; када пад достигне унапред подешену релативну вредност, закажите чишћење; а након чишћења забележите стопу опоравка, чиме се оптимизује учесталост и хемикалије. Претварање чишћења из „по осећају“ у „према подацима“ је кључ за дугорочну употребу керамичких мембрана.

5. Класификација нечистоћа и одговарајући "рецепти"

Када је реч о чишћењу, не може се избећи колико врста прљања има, јер различита прљања захтевају различите „рецепте“. Према извору, могу се грубо поделити у три типа: органска запрљања, углавном уљни филмови, протеини и микробни метаболити, који се обично уклањају алкалним чишћењем у комбинацији са сурфактантима; неоргански каменац, од калцијума, магнезијума, силицијума, итд. у води, растворен киселим чишћењем; и биолошки слуз, формиран пролиферацијом микроба, контролисан оксидантима или биоцидима. У стварном раду, ова три често коегзистирају и преплићу се, тако да је план чишћења често ствар комбинације и редоследа „алкалне-киселине-оксиданса“, а не једне хемикалије. За зауљене отпадне воде, органско загађивање је главни кривац, а алкално чишћење је темељ; али ако је инфлуентна тврдоћа велика, чишћење киселином је такође неопходно. Само јасним процењивањем врсте запрљања и затим дискусијом о чишћењу може се и темељно очистити и избећи оштећење мембране-управо у томе лежи вредност хемијске отпорности материјала керамичких мембрана, а то је и област којој је најпотребнија подршка података на терену када се дизајнира систем за чишћење.

Слика: Поређење квалитативног рејтинга између керамичких мембрана и полимерних органских мембрана у кључним димензијама као што су отпорност на зарастање, отпорност на температуру, отпорност на хемијско чишћење, век трајања и обнављање флукса (релативна илустрација, не специфичне вредности).

6. Његова позиција у целој производној линији: чувар капије за предтретман

Посматрајући мембрански систем унутар целе производне линије, његова позиција је обично позиција „чувара предтретмана“. Узводно су предтретмани као што су одвајање уља, ваздушна флотација и резервоари за изједначавање, одговорни за прво уклањање већине слободних уља и тешких суспендованих чврстих материја, заштиту керамичке мембране од оштећења великим честицама и од тренутног заслепљивања прекомерним уљем; низводно су напредни третман за поновну употребу-реверзна осмоза управља десалинизацијом, јонска размена омекшава или уклања специфичне јоне, а биолошка фаза се бави деградацијом растворених органских материја. Само када керамичке мембране уклоне уље на довољно низак ниво, ови делови низводно могу да раде безбрижно: РО мембране неће бити зачепљене уљем, смоле неће бити отровне уљем, а биолошки резервоари неће имати аерацију затворену уљним филмовима. Може се рећи да ако се ова баријера од керамичке мембране држи, стабилност читавог низводног ланца поновне употребе такође има користи.

Табела у наставку резимира кључне јединице, функције и недоумице у вези са дизајном система за одвајање воде са керамичком мембраном за уље-, олакшавајући-провере конфигурације на лицу места.

У овом тренутку, радна логика одкерамичке мембране за одвајање уља од водепостаје јасно: то није изоловани „филтер“, већ минијатурни инжењерски систем „превенције унакрсног-запрљавања + постепеног задржавања + повратног чишћења + координације узводно/низводно.“ Разумевање овога је важније од памћења било ког појединачног параметра-јер када се проблеми јаве на терену, девет од десет пута настају због „координације система“, а не од „саме мембране“.

7. Оперативна методологија: Прво биланс воде

На оперативном нивоу и даље се примењује више пута верификована методологија: прво урадите водни биланс да би се разјасниле количине воде и одредиште концентрата; затим класификовати квалитет воде да би се утврдило који облик нафте преовлађује и који праг квалитета воде низводно захтева; коначно израчунајте период отплате и укупне трошкове власништва да бисте одредили обим система и стратегију чишћења. Само чврстим спровођењем ова три корака механизам керамичких мембрана „како функционише“ може се заиста претворити у стабилну чисту воду и уље које се може повратити на вашој производној линији.