Hogyan működik: Szűrési alapelvek és kerámia membránok rendszerösszetétele az olajvíz elválasztásához

1. Először is, oszlasson el egy megérzést: A "szita" félreértés

Sokan, amikor először látnak olajeltávolító kerámia membránokat, intuitív módon úgy gondolják őket, mint "szitát"-az olaj nagy, a víz kicsi, ezért az olaj visszatartja, és a víz áthalad rajta. Ez a hasonlat nem téves, de a legkritikusabb felét kihagyja: az olajos szennyvízben nem a nagy olajcseppek, hanem a felületaktív anyagokkal stabilizált szubmikron emulgeált olaj az igazán nehezen visszatartható; ami igazán meghatározza a sikert vagy a kudarcot, szintén nem az, hogy "elég kicsik-e a pórusok", hanem "hogy az olaj beszennyezi-e a membránt, és ha elszennyeződik, le lehet-e tisztítani". Hogy világosan elmagyarázzuk, hogyankerámia membránok olajvíz leválasztáshozmunkájuk során az alapvető -keresztáram-szűréssel kell kezdeni.

2. Kereszt-áramlási szűrés: nem „Hatt-vég”, hanem „Folyó súrolás közben”

A keresztáramú-szűrés teljesen eltér a szójatej szűrésére otthon használt "holt{1}}szűréstől". A zsákutcás-szűrés során a betáplált folyadékot egyenesen a membrán felületéhez nyomják, és a víz és az olaj ugyanabba az irányba csapódik; Az olaj gyorsan felhalmozódik a membrán felületén, és a folyékonyság sziklaszerű -zuhanásszerűen zuhan. Keresztáramú szűrésnél a betáplált folyadék nagy sebességgel "oldalra" áramlik a membrán felületén; A víz nyomás hatására függőlegesen halad át a membránon, és tiszta permeátummá válik, miközben az olajcseppeket és a szennyeződéseket ez a nyíróerő folyamatosan, a membrán felületével párhuzamosan elsodorja, és a koncentrátummal együtt távozik. Más szóval, a membrán nem passzívan "fogja" a szennyeződéseket; aktívan "elűzi a szennyeződéseket". Ez különösen kritikus az olajos szennyvíz esetében: amint az olaj szétterül a membrán felületén, rendkívül nehéz eltávolítani, és a keresztirányú nyírás pontosan az első védelmi vonal az olaj terjedése ellen. Ez az oka annak is, hogy az olajos szennyvízkezelés szinte mindig keresztirányú áramlást{11}}használ a zsákutca helyett.

ábra: A kerámia membránolaj{0}}vízleválasztó rendszer tipikus folyamatárama: olajos nyersvíz az előkezelést követően kerül a membránmodulba; keresztáramú nyírás hatására a tiszta folyadék átszivárog a membránon, és termékvízzé válik, miközben a koncentrált olaj és a szennyeződések a koncentrátum oldaláról távoznak, és a rendszer csatlakoztatható a fordított ozmózishoz vagy egy biológiai kezelési szakaszhoz.

2.1 Koncentráció polarizáció és kritikus fluxus

A keresztáram{0}}szűrés két fogalmat is tartalmaz, amelyeket meg kell érteni; egyébként sok terepjelenség nem magyarázható. Az első a koncentrációs polarizáció: a víz áthalad a membránon, míg az olaj és a lebegő szilárd anyagok a membrán felszíne közelében maradnak; minél közelebb van a membrán felületéhez, annál nagyobb a koncentráció, koncentrációgradiens alakul ki. Ez a gradiens növeli az áteresztési ellenállást és csökkenti a fluxust, de maga reverzibilis; amint a keresztirányú áramlási nyírás elvékonyítja a határréteget, a fluxus helyreállhat. A második a kritikus fluxus: van egy fluxusküszöb, amely alatt a szennyeződés lassan halmozódik fel, és a rendszer hosszú távon stabil marad; felette gyorsan felerősödik a szennyeződés és gyakorivá válik a tisztítás. A mérnöki területen jobb, ha a kritikus fluxus alatt finoman működünk, mint átmenetileg magas fluxusra törekedni. Ez a két fogalom a kulcsa annak megértéséhez, hogy „miért van szükség a kerámia membránoknak kereszt-áramra” és „miért nem lehet egyszerűen folyamatosan növelni a nyomást”, és azt is megmagyarázzák, hogy a kísérleti-léptékű feltárás miért különösen fontos az olajos szennyvízrendszereknél.

3. Mikroszűrés és ultraszűrés: milyen mértékben marad vissza az olaj?

Tehát milyen mértékben tartják vissza a membránok az olajat? Ez a mikroszűrés (MF) és az ultraszűrés (UF) közötti munkamegosztáson alapul. Az MF viszonylag nagyobb pórusokkal rendelkezik, és főként a lebegő szilárd anyagokat, a nagy olajcseppeket és a diszpergált olaj egy részét tartja vissza; Az UF finomabb pórusokkal rendelkezik, amelyek pontosan az emulgeált olajcseppek mérettartományába esnek, és ez a fő erő a szubmikron emulgeált olaj visszatartásában. A kerámia membránoknál általánosan használt mikroszűrési és ultraszűrési tartományok pontosan az olajos szennyvíz "legfinomabb olajrészének" ellenségei. Az alábbi táblázat felsorolja a kettő közötti minőségi különbségeket, hogy segítsen először meghatározni, "milyen mértékben marad vissza az olaj" a kiválasztás során.

3.1 A pórusméret nem annál kisebb, annál jobb

Meg kell jegyezni, hogy a pórusméret nem minél kisebb, annál jobb. Minél sűrűbb a membrán, annál nagyobb a vízáteresztési ellenállása, annál nagyobb az energiafogyasztás, és annál könnyebben eltömődik a finom szennyeződések áthidalásával. A mérnöki gyakorlatban az elv "éppen elég": először használjon előkezelést a nagy részecskék és a szabad olaj eltávolítására, majd hagyja, hogy a kerámia ultraszűrés a legnehezebb emulgeált olaj kezelésére összpontosítson, ahelyett, hogy egyetlen membrántól kellene mindent elvégeznie. Ez egyben az olajos szennyvízkezeléshez használt kerámia membrán rendszertervezésénél is a legfontosabb "staging" koncepció.

4. Egyetlen membrántól egy teljes rendszerig

Egyetlen membrán teljes rendszerré méretezése valójában nem titokzatos összetételben, de minden résznek megvannak a sajátosságai. Az első rész a membránmodul és a membránelem. A kerámia membránok többnyire több-csatornás méhsejt csőszerű elemekként jelennek meg; a tápfolyadék átfolyik a csatornákon, és a víz átszivárog a cső falán,-ez a szerkezet szennyeződésálló-és könnyen tisztítható, így különösen alkalmas szennyezett víz kezelésére. A második rész a tápszivattyú és a keresztáramkör, amely két dolgot biztosít: a transzmembrán nyomáskülönbséget, amely ahhoz szükséges, hogy a betáplált folyadékot átnyomja a membránon, és a membrán felületén szükséges nyírási sebességet; ha a nyírási sebesség nem elegendő, az olaj rátapad a membránra. A harmadik rész a tiszta folyadék oldal és a koncentrátum oldal összegyűjtése; a tiszta folyadék újrafelhasználásra vagy a későbbi folyamatokra kerül, és a koncentrált vizet olajjal ürítik ki. A negyedik rész a tisztítóegység (CIP), amely az a titkos fegyver, amely a kerámia membránokat "használat közben tartóssá" teszi,-savakkal és lúgokkal visszamoshatja a fluxust, mielőtt a szennyeződés felgyülemlik a működést befolyásoló mértékig.

A membránmodul szintjén a kerámia membránok formája általában többcsatornás csőszerű vagy méhsejt alakú monolitikus elemek, nem pedig lapos lapok vagy üreges szálak. Ennek a formának az előnyei egyértelműek: nagy áramlási sebesség és erős nyírás a csatornákon belül, így különösen alkalmas szennyezett vízhez; amint a csőfal lerakódik vagy megtapadt az olaj, online megtisztítható mechanikus szivacsgolyókkal, amit a szerves membránok nem képesek megtenni; bár a tömörítési sűrűség nem olyan magas, mint az üreges szálaké, cserébe az eltömődés ellenállása, a könnyű tisztíthatóság és a hosszú élettartam érhető el. Kiválasztáskor mérlegelni kell a fluxust, a lábnyomot és a tisztítás kényelmét, ahelyett, hogy csak egy elemet nézzünk meg. Az olyan „piszkos munkákhoz”, mint az olajos szennyvíz, gyakran a csőszerű vagy többcsatornás kerámia membránok a reálisabb választás.

A szennyeződés ellenőrzése az egész rendszer napi fő vonala. Normál működés közben a keresztáramú nyíró "online" megakadályozza a szennyeződést; időszakonként a permeátumot visszaöblítésre használják, hogy eltávolítsák a membrán felületéről a sekély szennyeződéseket, ezzel "rövid távú helyreállítást" érve el; amikor a visszaöblítés már nem tudja elnyomni a fluxus csökkenését, aktiválódik a kémiai tisztítás (CIP), megfelelő koncentrációjú sav, lúg vagy oxidálószer segítségével a szerves olajiszap, a lerakódás és a mikrobiális iszap feloldására és eltávolítására. A kerámia membránok azért mernek erős tisztítást alkalmazni, mert a szervetlen anyagok robusztusak; ha a szerves membránokat ugyanolyan agresszívan tisztítanák, gyakran minden tisztításkor megsérülnének. Emiatt a kerámia membránokban lassan halmozódik fel a visszafordíthatatlan szennyeződés, a fluxuscsökkenési görbe enyhe, és a hosszú távú működési "kijósolhatóság" sokkal jobb, mint a szerves membránoké,-ez óriási érték a stabil megfelelőséget igénylő gyártósorok számára.

4.1 Tisztítási stratégia: A CIP nem "öblítés, ha piszkos"

Konkrétan a tisztítási stratégiát illetően a CIP nem olyan hétköznapi, mint a „piszkos öblítés”. A lúgos tisztítás a szerves olajszennyeződést és a biológiai iszapot, a savas tisztítás a szervetlen vízkőképződést célozza meg, az oxidálószereket pedig a mikroorganizmusok elpusztítására és bizonyos szerves anyagok lebontására használják; a sorrend, a koncentráció, a hőmérséklet, az idő és a keringési áramlási sebesség egyaránt befolyásolja a regeneráció hatékonyságát és a membrán élettartamát is. Egy ésszerű megközelítés a "fluxus-nyomáskülönbség-tisztítás" összekapcsolt rekordjainak létrehozása: rutinszerűen figyelje a normalizált fluxus és a transzmembrán nyomáskülönbség tendenciáit; amint a csökkenés elér egy előre beállított relatív értéket, ütemezze be a tisztítást; és tisztítás után rögzítse a visszanyerési arányt, ezáltal optimalizálja a gyakoriságot és a vegyszereket. A kerámia membránok hosszú távú használhatóságának záloga az, hogy a „tapintásos” tisztítást „adatok alapján” tisztítsuk.

5. A szennyeződések besorolása és a megfelelő "előírások"

A tisztítás során nem lehet elkerülni, hogy hányféle szennyeződés létezik, mert a különböző szennyeződésekhez más-más „előírás” szükséges. Forrás szerint nagyjából három típusra oszthatók: szerves szennyeződés, főleg olajfilmek, fehérjék és mikrobiális anyagcseretermékek, amelyeket általában felületaktív anyagokkal kombinált lúgos tisztítással távolítanak el; szervetlen vízkőképződés, kalciumból, magnéziumból, szilíciumból stb. vízben, savas tisztítással oldva; és biológiai iszap, amely mikrobiális proliferációval képződik, oxidálószerek vagy biocidek által szabályozott. A tényleges működés során a három gyakran együtt létezik és összefonódik, így a tisztítási terv gyakran az "alkáli-sav-oxidáns" kombinációján és sorrendjén múlik, nem pedig egyetlen vegyszeren. Az olajos szennyvíz esetében a szerves szennyeződés a fő bűnös, és a lúgos tisztítás az alap; de ha nagy a befolyó keménység, akkor a savas tisztítás is nélkülözhetetlen. Csak a szennyeződés típusának egyértelmű megítélésével, majd a tisztítás megbeszélésével lehet alaposan megtisztítani, és elkerülni a membrán sérülését-pontosan itt rejlik a kerámia membránanyagok vegyszerállóságának értéke, és ez az a terület, ahol a legnagyobb szükség van a helyszíni adatok támogatására a tisztítórendszer tervezésekor.

ábra: Kerámia membránok és polimer szerves membránok minőségi értékelésének összehasonlítása olyan kulcsfontosságú méretekben, mint a szennyeződésállóság, a hőmérsékletállóság, a vegyszeres tisztítással szembeni ellenállás, az élettartam és a fluxus-visszanyerés (relatív illusztráció, nem specifikus értékek).

6. Helye a teljes gyártósoron: Előkezelési kapuőr

A teljes gyártósoron belüli membránrendszert nézve általában az "előkezelési kapuőr" pozíciója. A felfelé irányuló előkezelések, például az olajleválasztás, a levegő flotációja és a kiegyenlítő tartályok felelősek a legtöbb szabad olaj és nehéz lebegő szilárd anyag eltávolításáért, megvédve a kerámia membránt a nagy részecskéktől, és attól, hogy a túlzott olaj azonnal elvakítsa; az áramlási irányban az újrafelhasználáshoz szükséges fejlett kezelések,-fordított ozmózis kezeli a sótalanítást, az ioncsere kezeli a lágyítást vagy bizonyos ionok eltávolítását, a biológiai szakasz pedig az oldott szerves anyagok lebontását. Csak ha a kerámia membránok kellően alacsony szintre távolítják el az olajat, akkor ezek az alsó részek nyugodtan működhetnek: az RO membránokat nem tömíti el az olaj, a gyantákat nem mérgezi az olaj, és a biológiai tartályok levegőztetését nem zárja le olajfilm. Elmondható, hogy ha ezt a kerámia membrán gátat megtartjuk, akkor a teljes későbbi újrahasználati lánc stabilitása is előnyös.

Az alábbi táblázat összefoglalja a kerámia membránolaj--vízleválasztó rendszer fő egységeit, funkcióit és tervezési szempontjait, megkönnyítve a helyszíni konfigurációellenőrzést.

Ezen a ponton a működési logikakerámia membránok olajvíz leválasztáshozvilágossá válik: ez nem egy elszigetelt „szűrő”, hanem egy miniatűr mérnöki rendszer a „kereszt-elszennyeződés megelőzésére + fokozatos visszatartásra + visszanyerhető tisztításra + upstream/downstream koordinációra”. Ennek megértése sokkal fontosabb, mint egyetlen paraméter memorizálása,{5}}mert ha problémák lépnek fel a terepen, tízből kilencszer a „rendszerkoordinációból” adódnak, nem pedig „magából a membránból”.

7. Működési módszertan: Először a vízmérleg

Üzemi szinten továbbra is az ismételten ellenőrzött módszertan érvényes: először végezzen vízmérleget a vízmennyiségek és a koncentrátum rendeltetési helyének tisztázása érdekében; majd osztályozza a vízminőséget, hogy meghatározza, melyik olajforma dominál, és milyen vízminőségi küszöböt követel meg az alsó szakasz; Végül számítsa ki a megtérülési időt és a teljes birtoklási költséget a rendszer méretének és tisztítási stratégiájának eldöntéséhez. Csak ennek a három lépésnek a szilárd végrehajtásával tudja a kerámia membránok „hogyan működik” mechanizmusa valóban stabil tiszta vizet és visszanyerhető olajat eredményezni a gyártósoron.