Procesanalyse van ultrafiltratiemembranen in waterzuiveringstoepassingen (II)

Kwaliteit van de watervoorziening Aanpassing

【Aanpassing van de watertemperatuur】

De doorlaatbaarheid van UltrafiltratiemembraanDe permeatiesnelheid is rechtstreeks gerelateerd aan de temperatuur. De permeatiesnelheid van ultrafiltratiemembraanmodules wordt doorgaans getest met zuiver water bij 25℃. De permeatiesnelheid van ultrafiltratiemembranen is rechtstreeks evenredig met de temperatuur, met een temperatuurcoëfficiënt van ongeveer 0,02/1℃. Dat wil zeggen dat voor elke 1℃ temperatuurstijging de permeatiesnelheid met ongeveer 2,0% toeneemt. Daarom kunnen, wanneer de watertemperatuur laag is (bijvoorbeeld

【Aanpassing van de pH-waarde van het leidingwater】

Ultrafiltratiemembranen van verschillende materialen hebben verschillende pH-bereiken. Celluloseacetaatmembranen zijn bijvoorbeeld geschikt voor een pH van 4-6, terwijl PAN- en PVDF-membranen gebruikt kunnen worden in het pH-bereik van 2-12. Als de pH van het influent dit bereik overschrijdt, is aanpassing noodzakelijk. Veelgebruikte pH-regelaars zijn zuren (HCl en H₂SO₄) en basen (NaOH). Omdat anorganische zouten in de oplossing door het ultrafiltratiemembraan kunnen diffunderen, zijn er geen problemen met concentratiepolarisatie of kalkaanslag veroorzaakt door anorganische zouten. Daarom wordt hun invloed op het membraan over het algemeen niet meegenomen in het proces van het aanpassen van de waterkwaliteit tijdens de voorbehandeling. De focus ligt op het voorkomen van de vorming van een colloïdale laag, membraanvervuiling en verstopping.

Correcte beheersing en uitvoering van de operationele parameters. Operationele parameters zijn van cruciaal belang voor de langdurige en stabiele werking van de ultra.FiltersysteemDeze parameters omvatten over het algemeen: debiet, druk, drukval, debiet van het concentraat, terugwinningsratio en temperatuur.

A.

Debiet: Het debiet verwijst naar de lineaire snelheid van de voedingsoplossing (toevoerwater) die over het membraanoppervlak stroomt. Het is een cruciale operationele parameter in ultrafiltratiesystemen. Een hoog debiet verspilt niet alleen energie en veroorzaakt een te grote drukval, maar versnelt ook de degradatie van de breekprestaties van het ultrafiltratiemembraan. Omgekeerd verhoogt een laag debiet de dikte van de grenslaag die zich op het membraanoppervlak vormt, wat concentratiepolarisatie veroorzaakt en zowel de permeaatsnelheid als de permeaatkwaliteit beïnvloedt. Het optimale debiet wordt experimenteel bepaald.

Bij ultrafiltratiemembranen met holle vezels, wanneer de waterdruk aan de inlaat onder de 0,2 MPa wordt gehouden, is de stroomsnelheid slechts 0,1 m/s bij interne druk, wat wijst op een volledig laminair stromingspatroon. Membranen met externe druk kunnen hogere stroomsnelheden bereiken. Bij capillaire ultrafiltratiemembranen kan de stroomsnelheid bij een capillaire diameter van 3 mm aanzienlijk worden verhoogd, wat gunstig is voor het verminderen van de concentratiegrenslaag.

Twee punten moeten worden benadrukt: Ten eerste kan de stroomsnelheid niet willekeurig worden bepaald, aangezien deze afhankelijk is van de inlaatdruk en de stroomsnelheid van de toevoervloeistof. Ten tweede is de stroomsnelheid bij hollevezel- of capillaire membranen inconsistent aan de inlaatzijde. Wanneer de stroomsnelheid van het concentraat 10% van de stroomsnelheid van de toevoervloeistof bedraagt, is de uitstroomsnelheid ongeveer 10% van de instroomsnelheid. Bovendien verhoogt een verhoging van de druk de permeaatstroomsnelheid, maar draagt ​​deze slechts in geringe mate bij aan een verhoging van de stroomsnelheid. Daarom kan het vergroten van de capillaire diameter en het op passende wijze verhogen van de concentraatafvoersnelheid (recirculatiestroomsnelheid) de stroomsnelheid verbeteren, met name tijdens ultrafiltratieconcentratieprocessen, zoals het terugwinnen van elektroforetische verf, waardoor de ultrafiltratiesnelheid effectief kan worden verhoogd.

Binnen het toelaatbare drukbereik is het verhogen van de watertoevoer en het kiezen van de hoogste doorstroomsnelheid gunstig voor het waarborgen van de prestaties van hollevezel-ultrafiltratiemembranen.

B.

Druk en drukval: Het werkdrukbereik van hollevezel-ultrafiltratiemembranen ligt tussen 0,1 en 0,6 MPa. Dit verwijst doorgaans naar de werkdruk die doorgaans wordt gebruikt voor de behandeling van oplossingen binnen het gedefinieerde ultrafiltratiegebied. Voor het scheiden van stoffen met verschillende molecuulgewichten is het nodig om ultrafiltratiemembranen met overeenkomstige molecuulgewicht-afsnijdingen te selecteren, waardoor de werkdruk ook zal verschillen. Over het algemeen is voor hollevezelmembranen met interne druk en een kunststof behuizing de drukweerstand van de behuizing minder dan 0,3 MPa, en de drukweerstand van de holle vezel zelf is doorgaans ook minder dan 0,3 MPa. Daarom moet de werkdruk minder dan 0,2 MPa zijn en mag het drukverschil over het membraan niet meer dan 0,1 MPa bedragen. Hollevezel-ultrafiltratiemembranen met externe druk kunnen drukken tot 0,6 MPa weerstaan, maar voor membraanmodules met externe druk en een kunststof behuizing is de werkdruk ook 0,2 MPa. Het moet worden benadrukt dat, omdat het binnendrukmembraan een grotere diameter heeft, het bij gebruik als buitendrukmembraan gemakkelijk platgedrukt en beschadigd raakt op het verbindingspunt. Daarom zijn binnen- en buitendrukmembranen niet onderling verwisselbaar.

Wanneer een bepaalde druk vereist is voor het ultrafiltraat dat in het volgende proces gebruikt moet worden, dient een ultrafiltratiemembraanmodule met een roestvrijstalen behuizing te worden gebruikt. Deze ultrafiltratiemembraanmodule met holle vezels kan werken bij een druk van 0,6 MPa, terwijl het ultrafiltraat wordt aangevoerd bij een druk van 30 m waterkolom, oftewel 0,3 MPa. Het drukverschil tussen de binnen- en buitenkant van het ultrafiltratiemembraan met holle vezels mag echter niet groter zijn dan 0,3 MPa.

Bij het kiezen van de werkdruk moet, naast de drukweerstand van het membraan en de behuizing, ook rekening worden gehouden met de samendrukbaarheid en de weerstand tegen vervuiling van het membraan. Een hogere druk resulteert in een grotere permeaatstroom, maar ook in een grotere ophoping van vastgehouden stoffen op het membraanoppervlak, wat leidt tot een verhoogde weerstand en een lagere permeaatsnelheid. Bovendien is de kans groter dat deeltjes die de microporiën van het membraan binnendringen de kanalen verstoppen. Kortom, het kiezen van een lagere werkdruk is, waar mogelijk, gunstig voor het optimaal benutten van de prestaties van het membraan.

De drukval van een hollevezel-ultrafiltratiemembraanmodule verwijst naar het verschil tussen de druk bij de toevoerinlaat en de druk bij de concentraatuitlaat. De drukval is nauw gerelateerd aan de watertoevoersnelheid, het debiet en de concentraatafvoersnelheid. Vooral bij hollevezel- of capillaire ultrafiltratiemembranen met interne druk veranderen de stroomsnelheid en de druk op het membraanoppervlak geleidelijk in de richting van de waterstroom. Hoe groter het toevoervolume, de stroomsnelheid en de concentraatafvoer, hoe groter de drukval, waardoor de druk op het membraanoppervlak stroomafwaarts de vereiste werkdruk niet bereikt. Dit heeft gevolgen voor de totale waterproductie van de membraanmodule. In de praktijk moet de drukval worden gecontroleerd om overmatige waarden te voorkomen. Naarmate de bedrijfstijd toeneemt, neemt de vervuiling toe, waardoor de stromingsweerstand stijgt en de drukval groter wordt. Wanneer de drukval de initiële waarde met meer dan 0,05 MPa overschrijdt, is reiniging en het ontstoppen van het waterkanaal noodzakelijk.

C.

Terugwinningsratio en concentraatafvoer: In een ultrafiltratiesysteem zijn de terugwinningsratio en de concentraatafvoer factoren die elkaar wederzijds beperken. De terugwinningsratio verwijst naar de verhouding tussen permeaat en toevoerwater, terwijl de concentraatafvoer verwijst naar de hoeveelheid water die wordt afgevoerd vóór permeatie. Omdat het toevoerwatervolume gelijk is aan de som van het concentraat- en permeaatwatervolume, resulteert een grote concentraatafvoer in een lage terugwinningsratio. Om een ​​normale werking van het ultrafiltratiesysteem te garanderen, moeten de minimale concentraatafvoer en de maximale terugwinningsratio van de module worden gespecificeerd.

Bij algemene waterzuiveringsprojecten ligt de terugwinningsratio van hollevezel-ultrafiltratiemembraanmodules doorgaans tussen de 50 en 90%. De keuze hangt af van diverse factoren, waaronder de samenstelling en toestand van de voedingsoplossing, de hoeveelheid stoffen die kunnen worden vastgehouden, de dikte van de vervuilingslaag die zich op het membraanoppervlak vormt en de invloed daarvan op de permeaatstroom. In veel gevallen kan een lagere terugwinningsratio worden toegepast, waarbij het concentraat terug in het voedingssysteem wordt geloosd. Dit verhoogt het circulatievolume, vermindert de dikte van de vervuilingslaag en verbetert zo de permeaatstroom, soms zonder dat het energieverbruik per geproduceerde permeaat toeneemt.

D.

Bedrijfstemperatuur: 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 permeaatsnelheid navenant toeneemt. De werkelijke temperatuur van de toevoeroplossing op de werklocatie moet in het ontwerp worden meegenomen.

Vooral bij seizoenswisselingen moet rekening worden gehouden met temperatuurregulering wanneer de temperatuur te laag is; anders kan de permeaatsnelheid met ongeveer 50% variëren bij temperatuurschommelingen. Bovendien zullen te hoge temperaturen ook de membraanprestaties beïnvloeden. Onder normale omstandigheden moet de werktemperatuur van hollevezel-ultrafiltratiemembranen 25 ± 5 °C bedragen. Indien hogere temperaturen vereist zijn, kunnen hittebestendige membraan- en omhulselmaterialen worden gekozen.