Kā tas darbojas: filtrēšanas principi un keramisko membrānu sistēmas sastāvs eļļas ūdens atdalīšanai

1. Pirmkārt, kliedējiet intuīciju: "Sieta" pārpratums

Daudzi cilvēki, pirmo reizi ieraugot keramikas membrānas eļļas noņemšanai, intuitīvi domā par tām kā par "sietu"-eļļa ir liela, ūdens ir mazs, tāpēc eļļa tiek saglabāta un ūdens iet cauri. Šī analoģija nav nepareiza, taču tai ir garām vissvarīgākā puse: eļļainos notekūdeņos patiešām grūti noturēt nav lielus eļļas pilienus, bet gan submikronu emulģētu eļļu, ko stabilizē virsmaktīvās vielas; Tas, kas patiešām nosaka panākumus vai neveiksmes, ir arī nevis "vai poras ir pietiekami mazas", bet gan "vai eļļa nesasmērēs membrānu un, ja tā ir notraipīta, vai to var notīrīt". Lai skaidri izskaidrotu, kākeramikas membrānas eļļas ūdens atdalīšanaidarbu, jāsāk ar to pamata darbību-šķērsplūsmas-filtrēšanu.

2. Šķērs-plūsmas filtrēšana: nevis "stupšanas-beigas", bet gan "plūsmas mazgāšana"

Šķērsplūsmas-filtrēšana pilnīgi atšķiras no "bezvirziena"{1}}filtrācijas, ko mājās izmanto sojas piena filtrēšanai. Strupceļa filtrācijā padeves šķidrums tiek spiests taisni pret membrānas virsmu, un gan ūdens, gan eļļa ieplūst vienā virzienā; eļļa ātri sakrājas kūkā uz membrānas virsmas, un plūsma nokrītas kā klints{4}}. Šķērsplūsmas -filtrācijā padeves šķidrums lielā ātrumā plūst uz sāniem gar membrānas virsmu; ūdens tiek virzīts ar spiedienu, lai tas vertikāli izietu cauri membrānai un kļūst par dzidru caurlaidību, savukārt eļļas pilieni un piesārņotāji tiek nepārtraukti slaucīti prom ar šo bīdes spēku paralēli membrānas virsmai un izvadīti kopā ar koncentrātu. Citiem vārdiem sakot, membrāna pasīvi "neuztver" piesārņotājus; tas aktīvi "dzen prom piesārņotājus". Tas ir īpaši svarīgi eļļainiem notekūdeņiem: tiklīdz eļļa izplatās pa membrānas virsmu, to ir ārkārtīgi grūti noņemt, un šķērsplūsmas bīde ir tieši pirmā aizsardzības līnija pret eļļas izplatīšanos. Tas ir arī iemesls, kāpēc eļļainu notekūdeņu attīrīšanā gandrīz vienmēr tiek izmantota šķērsplūsma{11}}ne strupceļā

Attēls: tipiska procesa plūsma keramikas membrānas eļļas-ūdens atdalīšanas sistēmā: eļļains neapstrādāts ūdens pēc pirmapstrādes nonāk membrānas modulī; Šķērsplūsmas bīdes rezultātā dzidrs šķidrums izsūcas cauri membrānai un kļūst par produkta ūdeni, savukārt koncentrētā eļļa un piesārņotāji tiek izvadīti no koncentrāta puses, un sistēmu var savienot ar pakārtoto reverso osmozi vai bioloģiskās apstrādes stadiju.

2.1. Koncentrācijas polarizācija un kritiskā plūsma

Šķērsplūsmas{0}}filtrācija ietver arī divus jēdzienus, kas ir jāsaprot; pretējā gadījumā daudzas lauka parādības nevar izskaidrot. Pirmā ir koncentrācijas polarizācija: ūdens iziet cauri membrānai, bet eļļa un suspendētās cietās vielas tiek saglabātas netālu no membrānas virsmas; jo tuvāk membrānas virsmai, jo lielāka koncentrācija, veidojot koncentrācijas gradientu. Šis gradients palielina caurlaidības pretestību un samazina plūsmu, bet pats par sevi ir atgriezenisks; tiklīdz šķērsplūsmas bīde atšķaida robežslāni, plūsma var atjaunoties. Otrais ir kritiskā plūsma: pastāv plūsmas slieksnis, zem kura piesārņojums uzkrājas lēni un sistēma paliek stabila ilgtermiņā; virs tā strauji pastiprinās piesārņojums un tīrīšana kļūst bieža. Inženierzinātnēs ir labāk darboties saudzīgi zem kritiskās plūsmas, nekā tiekties uz īslaicīgu augstu plūsmu. Šie divi jēdzieni ir galvenais, lai izprastu, "kāpēc keramikas membrānām ir nepieciešama šķērsplūsma" un "kāpēc nevar vienkārši palielināt spiedienu", un tie arī izskaidro, kāpēc izmēģinājuma-mēroga izpēte ir īpaši svarīga eļļainām notekūdeņu sistēmām.

3. Mikrofiltrācija un ultrafiltrācija: kādā apjomā tiek saglabāta eļļa?

Tātad, kādā mērogā membrānas faktiski saglabā eļļu? Tas ir saistīts ar darba dalīšanu starp mikrofiltrāciju (MF) un ultrafiltrāciju (UF). MF poras ir salīdzinoši lielākas un galvenokārt saglabā suspendētas cietās vielas, lielus eļļas pilienus un daļu izkliedētas eļļas; UF ir smalkākas poras, kas ietilpst emulģētu eļļas pilienu lieluma diapazonā, un tas ir galvenais spēks submikronu emulģētās eļļas noturēšanai. Mikrofiltrācijas un ultrafiltrācijas diapazoni, ko parasti izmanto keramikas membrānās, ir tieši "vissmalkākās eļļas daļas" ienaidnieks eļļainos notekūdeņos. Tālāk esošajā tabulā ir norādītas kvalitatīvās atšķirības starp abām, lai palīdzētu jums vispirms noteikt, cik lielā mērā eļļa tiek saglabāta atlases laikā.

3.1. Poru izmērs nav jo mazāks, jo labāks

Jāņem vērā, ka poru izmērs nav jo mazāks, jo labāk. Jo blīvāka ir membrāna, jo lielāka ir ūdens caurlaidības pretestība, jo lielāks ir enerģijas patēriņš, un jo vieglāk tā tiek aizsērēta, savienojot smalkos piesārņotājus. Inženierzinātnēs princips ir "tikai pietiekami": vispirms izmantojiet priekšapstrādi, lai noņemtu lielas daļiņas un brīvu eļļu, pēc tam ļaujiet keramikas ultrafiltrācijai koncentrēties uz visgrūtāk emulģēto eļļu, nevis gaidīt, ka viena membrāna paveiks visu. Šī ir arī galvenā "inscenēšanas" koncepcija keramiskās membrānas sistēmas projektēšanā eļļainu notekūdeņu attīrīšanai.

4. No vienas membrānas līdz pilnīgai sistēmai

Vienas membrānas mērogošana līdz pilnīgai sistēmai patiesībā nav noslēpumaina pēc sastāva, taču katrai daļai ir savas īpatnības. Pirmā daļa ir membrānas modulis un membrānas elements. Keramikas membrānas galvenokārt parādās kā daudzkanālu šūnveida cauruļveida elementi; padeves šķidrums plūst pa kanāliem, un ūdens izplūst cauri caurules sieniņai,-šī struktūra ir izturīga pret netīrumiem-un viegli tīrāma, tādēļ tā ir īpaši piemērota netīram ūdenim. Otrā daļa ir padeves sūknis un šķērsplūsmas cilpa, kas nodrošina divas lietas: transmembrānas spiediena starpību, kas nepieciešama, lai izspiestu padeves šķidrumu cauri membrānai, un bīdes ātrumu, kas nepieciešams membrānas virsmā; ja bīdes ātrums ir nepietiekams, eļļa pieķersies pie membrānas. Trešā daļa ir caurspīdīgās šķidruma puses un koncentrāta puses kolekcija; dzidrais šķidrums tiek izmantots atkārtoti vai pakārtotajos procesos, un koncentrētais ūdens tiek novadīts ar eļļu. Ceturtā daļa ir tīrīšanas vienība (CIP), kas ir slepenais ierocis, kas padara keramikas membrānas "izturīgas lietošanā"-var atmazgāt plūsmu ar skābi un sārmu, pirms piesārņojums uzkrājas tiktāl, ka tas ietekmē darbību.

Membrānas moduļa līmenī keramisko membrānu forma parasti ir daudzkanālu cauruļveida vai šūnveida monolīti elementi, nevis plakanas loksnes vai dobas šķiedras. Šīs formas priekšrocības ir nepārprotamas: liels plūsmas ātrums un spēcīga bīde kanālu iekšpusē, padarot to īpaši piemērotu netīram ūdenim; tiklīdz caurules sienas zvīņas vai eļļa pielīp, to var tiešsaistē notīrīt ar mehāniskām sūkļa bumbiņām, ko nevar izdarīt organiskās membrānas; lai gan iepakojuma blīvums nav tik augsts kā dobajām šķiedrām, pretī tiek iegūta noturība pret aizsērēšanu, viegla tīrīšana un ilgs kalpošanas laiks. Izvēloties, jāsver plūsma, nospiedums un tīrīšanas ērtības, nevis jāskatās tikai uz vienu vienumu. “Netīram darbam”, piemēram, eļļainiem notekūdeņiem, cauruļveida vai daudzkanālu keramikas membrānas bieži vien ir reālāka izvēle.

Netīrumu kontrole ir visas sistēmas ikdienas galvenā līnija. Normālas darbības laikā šķērsplūsmas šķēres{1}}nodrošina "tiešsaistes" piesārņojuma novēršanu; periodiski permeātu izmanto pretskalošanai, lai no membrānas virsmas izspiestu seklus piesārņotājus, panākot "īstermiņa atjaunošanos"; kad pretskalošana vairs nevar nomākt plūsmas samazināšanos, tiek aktivizēta ķīmiskā tīrīšana (CIP), izmantojot piemērotu skābes, sārma vai oksidētāja koncentrāciju, lai izšķīdinātu un attīrītu organiskās eļļas nogulsnes, zvīņošanos un mikrobu gļotas. Iemesls, kāpēc keramikas membrānas uzdrošinās izmantot spēcīgu tīrīšanu, ir tas, ka neorganiskie materiāli ir izturīgi; ja organiskās membrānas tīrītu tikpat agresīvi, tās bieži vien tiktu bojātas katrā tīrīšanas reizē. Šī iemesla dēļ keramikas membrānās lēni uzkrājas neatgriezenisks piesārņojums, plūsmas samazināšanās līkne ir maiga, un ilgtermiņa darbības "paredzamība" ir daudz labāka nekā organiskajām membrānām,-tas ir ļoti vērtīgs ražošanas līnijām, kurām nepieciešama stabila atbilstība.

4.1. Tīrīšanas stratēģija: CIP netiek "izskalots, kad tas ir netīrs"

Īpaši attiecībā uz tīrīšanas stratēģiju CIP nav tik ikdienišķa kā "izskalojiet to, kad tas ir netīrs". Sārmainās tīrīšanas mērķis ir organisko eļļu piesārņojums un bioloģiskie gļotas, skābes tīrīšana ir vērsta pret neorganisku zvīņošanos, un oksidētājus izmanto, lai iznīcinātu mikroorganismus un sadalītu dažas organiskās vielas; secība, koncentrācija, temperatūra, laiks un cirkulācijas plūsmas ātrums ietekmē reģenerācijas efektivitāti un arī membrānas kalpošanas laiku. Saprātīga pieeja ir izveidot saistītus ierakstus par "plūsmas-spiediena starpības-tīrīšanu": regulāri uzraugiet normalizētās plūsmas un transmembrānas spiediena starpības tendences; kad samazinājums sasniedz iepriekš iestatīto relatīvo vērtību, ieplānojiet tīrīšanu; un pēc tīrīšanas reģistrējiet reģenerācijas ātrumu, tādējādi optimizējot biežumu un ķīmiskās vielas. Tīrīšanas pārvēršana no “pēc sajūtas” par “pēc datiem” ir atslēga, lai keramikas membrānas būtu izmantojamas ilgtermiņā.

5. Piesārņojumu klasifikācija un attiecīgie "recepti"

Runājot par tīrīšanu, nevar izvairīties no tā, cik daudz piesārņojuma veidu ir, jo dažādiem piesārņojumiem ir vajadzīgas dažādas "receptes". Pēc avota tos var aptuveni iedalīt trīs veidos: organiskie piesārņojumi, galvenokārt eļļas plēves, olbaltumvielas un mikrobu metabolīti, ko parasti noņem ar sārmainu tīrīšanu kopā ar virsmaktīvām vielām; neorganiskā zvīņošanās, no kalcija, magnija, silīcija u.c. ūdenī, izšķīdina ar skābi tīrīšanu; un bioloģiskās gļotas, kas veidojas mikrobu proliferācijas rezultātā, ko kontrolē oksidanti vai biocīdi. Faktiskajā darbībā tie trīs bieži vien pastāv līdzās un savijas, tāpēc tīrīšanas plāns bieži vien ir atkarīgs no "sārmu-skābes-oksidanta" kombinācijas un secības, nevis vienas ķīmiskas vielas. Eļļainiem notekūdeņiem galvenais vaininieks ir organiskie piesārņojumi, un pamats ir sārmaina tīrīšana; bet, ja ieplūstošā cietība ir augsta, neaizvietojama ir arī skābes tīrīšana. Tikai skaidri novērtējot piesārņojuma veidu un pēc tam apspriežot tīrīšanu, var gan rūpīgi notīrīt, gan izvairīties no membrānas bojājumiem-tieši šajā vietā ir keramikas membrānas materiālu ķīmiskās izturības vērtība, un tieši šajā jomā, veidojot tīrīšanas sistēmu, visvairāk nepieciešams lauka datu atbalsts.

Attēls: Keramisko membrānu un polimēru organisko membrānu kvalitatīvais salīdzinājums galvenajos izmēros, piemēram, piesārņojuma izturība, temperatūras izturība, ķīmiskās tīrīšanas izturība, kalpošanas laiks un plūsmas atgūšana (relatīvais attēls, nevis konkrētas vērtības).

6. Tās pozīcija visā ražošanas līnijā: pirmapstrādes vārtsargs

Aplūkojot membrānas sistēmu visā ražošanas līnijā, tās pozīcija parasti ir "pirmsapstrādes uzrauga" pozīcija. Augšpusē ir priekšapstrāde, piemēram, eļļas atdalīšana, gaisa flotācija un izlīdzināšanas tvertnes, kas vispirms ir atbildīgas par lielākās daļas brīvās eļļas un smago suspendēto cietvielu atdalīšanu, aizsargājot keramikas membrānu no lielu daļiņu bojājumiem un no pārmērīgas eļļas tūlītējas aizsprostošanas. pa straumi ir uzlabota apstrāde atkārtotai izmantošanai-reversā osmoze nodrošina atsāļošanu, jonu apmaiņa veic specifisku jonu mīkstināšanu vai noņemšanu, un bioloģiskā stadija apstrādā izšķīdušo organisko vielu noārdīšanos. Tikai tad, kad keramikas membrānas noņem eļļu līdz pietiekami zemam līmenim, šīs pakārtotās daļas var strādāt ar mierīgu sirdi: RO membrānas neaizsērēs eļļa, sveķi netiks saindēti ar eļļu, un bioloģiskajās tvertnēs nebūs aerācijas, kas noslēgta ar eļļas plēvēm. Var teikt, ka, ja šī keramikas membrānas barjera tiek turēta, arī visas pakārtotās atkārtotas izmantošanas ķēdes stabilitāte gūst labumu.

Tālāk esošajā tabulā ir apkopotas keramikas membrānas eļļas -ūdens atdalīšanas sistēmas galvenās vienības, funkcijas un konstrukcijas problēmas, kas atvieglo konfigurācijas pārbaudes uz vietas.

Šajā brīdī darba loģikakeramikas membrānas eļļas ūdens atdalīšanaikļūst skaidrs: tas nav izolēts "filtrs", bet gan miniatūra inženiertehniskā sistēma "šķērsplūsmas- piesārņojuma novēršana + pakāpeniska aizturēšana + atgūstama tīrīšana + augšup/lejpus koordinācijai". To saprast ir daudz svarīgāk, nekā iegaumēt kādu atsevišķu parametru,{5}}jo, kad laukā rodas problēmas, deviņas reizes no desmit tās rodas no "sistēmas koordinācijas", nevis "pašas membrānas".

7. Darbības metodika: vispirms ūdens bilance

Ekspluatācijas līmenī joprojām darbojas atkārtoti pārbaudītā metodika: vispirms veiciet ūdens bilanci, lai noskaidrotu ūdens apjomus un koncentrāta galamērķi; pēc tam klasificē ūdens kvalitāti, lai noteiktu, kura eļļas forma dominē un kāds ūdens kvalitātes slieksnis ir nepieciešams lejtecē; beidzot aprēķiniet atmaksāšanās periodu un kopējās īpašuma izmaksas, lai izlemtu sistēmas mērogu un tīrīšanas stratēģiju. Tikai rūpīgi veicot šīs trīs darbības, keramikas membrānu mehānisms “kā tas darbojas” var patiesi pārvērsties par stabilu tīru ūdeni un reģenerējamu eļļu jūsu ražošanas līnijā.