Procesanalyse van ultrafiltratiemembranen in waterzuiveringstoepassingen (I)

De permeabiliteit van ultrafiltratiemembranen neemt toe met stijgende temperatuur. Over het algemeen neemt de viscositeit van waterige oplossingen af ​​met de temperatuur, waardoor de stromingsweerstand afneemt en de permeabiliteit navenant toeneemt. De werkelijke temperatuur van de toevoeroplossing op de werklocatie moet in het ontwerp worden meegenomen. Ultrafiltratie werd voorheen gebruikt in waterzuivering en andere industriële zuiverings-, concentratie- en scheidingsprocessen als voorbehandeling of geavanceerde behandelingsmethode. WaterzuiveringsprocesJa, het wordt vaak gebruikt als een middel voor geavanceerde zuivering. Vanwege de eigenschappen van hollevezel-ultrafiltratiemembranen gelden er bepaalde voorbehandelingseisen voor de watervoorziening. Zwevende deeltjes, colloïden, micro-organismen en andere onzuiverheden in het water kunnen zich aan het membraanoppervlak hechten en vervuiling veroorzaken.

Omdat ultrafiltratiemembranen een relatief hoge waterflux hebben, neemt de concentratie van onzuiverheden die op het membraanoppervlak achterblijven snel toe, wat leidt tot concentratiepolarisatie. Erger nog, sommige zeer fijne deeltjes kunnen de membraanporiën binnendringen en de waterkanalen verstoppen. Bovendien hechten de viskeuze stoffen die door micro-organismen en hun metabolische producten in het water worden geproduceerd zich ook aan het membraanoppervlak. Al deze factoren leiden tot een afname van de permeabiliteit van het ultrafiltratiemembraan en veranderingen in de scheidingsprestaties. Tegelijkertijd zijn er bepaalde beperkingen met betrekking tot de temperatuur, pH-waarde en concentratie van ultrafiltratie.Gefilterd water levering.

Daarom zijn een geschikte voorbehandeling en aanpassing van de waterkwaliteit noodzakelijk voor de watervoorziening via ultrafiltratie, om aan de leveringseisen te voldoen, de levensduur van het ultrafiltratiemembraan te verlengen en de waterzuiveringskosten te verlagen.

Microbiële (bacteriën, algen) eliminatie

Wanneer water micro-organismen bevat, kunnen sommige van de opgevangen micro-organismen zich hechten aan het voorbehandelingssysteem, zoals het filteroppervlak van meerlaagse filters, nadat ze het systeem zijn binnengekomen. Wanneer deze micro-organismen zich hechten aan het oppervlak van het ultrafiltratiemembraan, groeien en vermenigvuldigen ze zich, waardoor de microporiën en zelfs de holle vezels mogelijk volledig verstopt raken.

De aanwezigheid van micro-organismen is zeer schadelijk voor hollevezel-ultrafiltratiemembranen. Het verwijderen van bacteriën en algen uit het ruwe water is cruciaal. In waterzuiveringsprojecten worden doorgaans oxidanten zoals NaClO en O3 toegevoegd in concentraties van 1–5 mg/L. Ultraviolette sterilisatie kan ook worden toegepast. In het laboratorium kunnen hollevezel-ultrafiltratiemembraanmodules worden gesteriliseerd door gedurende 30–60 minuten een waterige oplossing van waterstofperoxide (H2O2) of kaliumpermanganaat te laten circuleren.

Microbiële behandeling kan micro-organismen doden, maar ze niet uit het water verwijderen; het voorkomt alleen hun groei.

Vermindering van de troebelheid van het influent

Wanneer water zwevende deeltjes, colloïden, micro-organismen en andere onzuiverheden bevat, ontstaat er een zekere mate van troebelheid. Deze troebelheid belemmert de lichtdoorlaatbaarheid, en dit optische effect is gerelateerd aan de hoeveelheid, grootte en vorm van de onzuiverheden. Troebelheid wordt over het algemeen gemeten in graden, waarbij 1 mg/L SiO2 1 graad troebelheid veroorzaakt. Een hogere graad duidt op een hoger gehalte aan onzuiverheden.

Verschillende sectoren hanteren verschillende eisen voor de troebelheid van leidingwater. Zo mag de troebelheid voor huishoudelijk water bijvoorbeeld niet hoger zijn dan 5 graden. Omdat bij het meten van de troebelheid licht door ruw water wordt geleid en de hoeveelheid, kleur en transparantie van het gereflecteerde licht door de deeltjes in het water wordt gemeten, beïnvloeden de grootte, het aantal en de vorm van de deeltjes de meting. De relatie tussen troebelheid en zwevende deeltjes is willekeurig. Troebelheid kan geen deeltjes kleiner dan een paar micrometer reflecteren.

Bij membraanfiltratie houdt de precieze microstructuur van waterfilters deeltjes vast op moleculair en zelfs ionisch niveau, waardoor troebelheid een onnauwkeurige indicator is voor de waterkwaliteit. Om de neiging tot vervuiling van ruw water te voorspellen, is de SDI-test (Self-Containing Dissolved Intake) ontwikkeld.

De SDI-waarde wordt voornamelijk gebruikt om de hoeveelheid colloïden en zwevende deeltjes in water te detecteren en is een belangrijke indicator voor de kwaliteit van het influent van het systeem. De SDI-waarde wordt over het algemeen bepaald met behulp van een microporeus membraan van 0,45 μm onder een constante waterdruk van 0,21 MPa. Eerst wordt de tijd t0 geregistreerd die nodig is om 500 ml watermonster te filteren. Vervolgens wordt onder dezelfde omstandigheden nog 15 minuten water door het systeem geleid en wordt de tijd t15 geregistreerd die nodig is om nog eens 500 ml watermonster te filteren. De waarde wordt vervolgens berekend met de volgende formule: SDI = (1 - t0/t15) × 100/15. De grootte van de SDI-waarde in water geeft ruwweg de mate van colloïdale vervuiling weer. Bronwater heeft een SDI

Ultrafiltratietechnologie is het meest effectief in het verlagen van de SDI (Solid Density Index). Water dat behandeld is met hollevezel-ultrafiltratiemembranen bereikt een SDI van 0. Wanneer de SDI echter te hoog is, met name wanneer grotere deeltjes het hollevezel-ultrafiltratiemembraan ernstig vervuilen, is voorbehandeling noodzakelijk in het ultrafiltratieproces. Deze voorbehandeling kan worden uitgevoerd met kwartszand, actieve kool of filters gevuld met meerdere filtermedia. Er bestaat geen vaste formule voor de specifieke voorbehandelingsmethode, aangezien verschillende waterbronnen verschillende benaderingen vereisen.

Bijvoorbeeld, voor leidingwater of grondwater met een lage troebelheid kan het gebruik van een precisiefilter van 5–10 μm (zoals een honingraatfilter, een smeltgeblazen filter of een PE-filter) de troebelheid doorgaans verlagen tot ongeveer 5. Vóór het precisiefilter moeten flocculanten worden toegevoegd en moeten dubbel- of meerlaagse filters worden gebruikt. Over het algemeen mag de filtratiesnelheid niet hoger zijn dan 10 m/u, waarbij 7–8 m/u ideaal is. Hoe lager de filtratiesnelheid, hoe beter de kwaliteit van het gefilterde water.

Verwijdering van zwevende deeltjes en colloïdale stoffen

Voor onzuiverheden met een deeltjesgrootte groter dan 5 μm kunnen filters met een filtratieprecisie van 5 μm worden gebruikt. Voor fijne deeltjes en colloïden tussen 0,3 en 5 μm zijn conventionele filtratietechnieken echter moeilijk toepasbaar. Hoewel ultrafiltratie deze deeltjes en colloïden volledig verwijdert, is het uiterst schadelijk voor hollevezel-ultrafiltratiemembranen. Colloïdale deeltjes dragen namelijk een elektrische lading en zijn aggregaten van moleculen en ionen. De stabiliteit van colloïden in water is voornamelijk te danken aan de onderlinge afstoting tussen colloïdale deeltjes met dezelfde lading.

Door een geladen stof (flocculator) met een tegengestelde lading ten opzichte van de colloïdale deeltjes aan het ruwe water toe te voegen, wordt de stabiliteit van de colloïdale deeltjes verbroken. Hierdoor worden ze geneutraliseerd en klonteren de verspreide colloïdale deeltjes samen tot grote klonten, die vervolgens gemakkelijk kunnen worden verwijderd door filtratie of sedimentatie. Veelgebruikte flocculanten zijn anorganische elektrolyten zoals aluminiumsulfaat, polyaluminiumchloride, ijzersulfaat en ijzer(III)chloride. Organische flocculanten zijn onder andere polyacrylamide, natriumpolyacrylaat en polyimide. Omdat deze polymeren met een hoog moleculair gewicht de oppervlaktelading van colloïdale deeltjes kunnen neutraliseren, waterstofbruggen kunnen vormen en "bruggen" kunnen creëren, verlopen coagulatie en sedimentatie snel, wat resulteert in een aanzienlijke verbetering van de waterkwaliteit. Daarom is er de laatste jaren een trend zichtbaar waarbij polymere flocculanten anorganische flocculanten vervangen.

Bij het toevoegen van flocculanten kunnen coagulatiehulpmiddelen worden toegevoegd, zoals pH-regelaars (kalk en natriumcarbonaat), oxidatiemiddelen (chloor en bleekpoeder), stabilisatoren (wateroplosbare vezels) en adsorbenten (polyacrylamide), om het coagulatie-effect te versterken.

Vlokmiddelen worden vaak bereid als waterige oplossingen en toegevoegd met behulp van doseerpompen, of ze kunnen rechtstreeks in het waterzuiveringssysteem worden gebracht met behulp van injectoren die op de waterleiding zijn geïnstalleerd.

Verwijdering van oplosbare organische stoffen

Oplosbare organische stoffen kunnen niet volledig worden verwijderd door middel van flocculatie, sedimentatie, meervoudige filterfiltratie of ultrafiltratie. Momenteel worden oxidatie- of adsorptiemethoden veelvuldig gebruikt.

(1) Oxidatiemethode: Oxidatie met chloor of natriumhypochloriet (NaClO) is effectief voor het verwijderen van oplosbare organische stoffen. Ozon (O3) en kaliumpermanganaat (KMnO4) zijn ook goede oxidatiemiddelen, maar de kosten daarvan liggen iets hoger.

(2) Adsorptiemethode: Geactiveerde koolstof of macroporeuze adsorptieharsen kunnen oplosbare organische stoffen effectief verwijderen. Voor alcoholen en fenolen die moeilijk te adsorberen zijn, is oxidatie echter nog steeds noodzakelijk.