Kuidas see töötab: õlivee eraldamiseks mõeldud keraamiliste membraanide filtreerimise põhimõtted ja süsteemi koostis

1. Esmalt hajutage intuitsioon: "Sõela" arusaamatus

Paljud inimesed, nähes esmakordselt õli eemaldamiseks mõeldud keraamilisi membraane, peavad neid intuitiivselt "sõelaks"-, õli on suur, vesi on väike, nii et õli säilib ja vesi läheb läbi. See analoogia pole vale, kuid jätab vahele kõige kriitilisema poole: õlises reovees on tõeliselt raske kinni hoida mitte suured õlipiisad, vaid submikroniline emulgeeritud õli, mida stabiliseerivad pindaktiivsed ained; See, mis tegelikult määrab edu või ebaõnnestumise, ei ole ka "kas poorid on piisavalt väikesed", vaid "kas õli määrdub membraaniga ja kas õli saab membraani määrdunud ja kas seda saab puhastada". Et selgitada selgelt, kuidaskeraamilised membraanid õlivee eraldamisekstööd, tuleb alustada nende põhitegevusest -ristvoolu-filtreerimine.

2. Rist-voo filtreerimine: mitte "tupik-ots", vaid "voolamine pesemise ajal"

Ristvoolu -filtreerimine erineb täiesti kodusest sojapiima filtreerimisest{1}}. Tupikfiltreerimisel surutakse toitevedelik otse vastu membraani pinda ja nii vesi kui õli löövad samas suunas; õli kuhjub kiiresti membraani pinnale koogiks ja voog langeb kalju{4}}sarnaselt. Rist-filtreerimisel voolab toitevedelik suure kiirusega mööda membraani pinda "külgsuunas"; vesi liigub rõhu toimel vertikaalselt läbi membraani ja muutub selgeks permeaadiks, samal ajal kui õlipiisad ja saasteained pühitakse selle nihkejõu toimel pidevalt paralleelselt membraani pinnaga minema ja väljutatakse koos kontsentraadiga. Teisisõnu, membraan ei "püüda" passiivselt saasteaineid; see aktiivselt "ajab saasteained minema". See on eriti oluline õlise reovee puhul: kui õli levib üle membraanipinna, on seda äärmiselt raske eemaldada ja rist-voolunihke on täpselt esimene kaitseliin õli levimise vastu. See on ka põhjus, miks õlise reovee puhastamisel kasutatakse peaaegu alati ristvoolu, mitte ummikut{12}}.

Joonis: keraamilise membraaniõli-veeeraldussüsteemi tüüpiline protsessivoog: õline toorvesi siseneb pärast eeltöötlust membraanimoodulisse; rist-voolunihke mõjul tungib selge vedelik läbi membraani, muutudes tooteveeks, samal ajal kui kontsentreeritud õli ja saasteained väljuvad kontsentraadi poolelt ning süsteemi saab ühendada allavoolu pöördosmoosi või bioloogilise töötlemise etapiga.

2.1 Kontsentratsiooni polarisatsioon ja kriitiline voog

Rist-voo filtreerimine toob kaasa ka kaks mõistet, mida tuleb mõista; muidu ei saa paljusid väljanähtusi seletada. Esimene on kontsentratsiooni polarisatsioon: vesi läbib membraani, samal ajal kui õli ja heljumid jäävad membraani pinna lähedale; mida lähemal membraani pinnale, seda suurem on kontsentratsioon, moodustades kontsentratsioonigradiendi. See gradient suurendab läbitungimiskindlust ja vähendab voogu, kuid see ise on pöörduv; kui ristvoolunihke-õhendab piirkihti, võib voog taastuda. Teine on kriitiline voog: on olemas voo lävi, millest allapoole koguneb saastumine aeglaselt ja süsteem püsib pika aja jooksul stabiilsena; sellest kõrgemal intensiivistub saastumine kiiresti ja puhastamine muutub sagedaseks. Inseneritöös on parem töötada õrnalt allpool kriitilist voogu kui taotleda ajutist kõrget voogu. Need kaks kontseptsiooni on võti, et mõista, „miks vajavad keraamilised membraanid rist-voolu” ja „miks ei saa lihtsalt pidevalt suurendada survet”, ning selgitavad ka, miks on piloot{8}}skaalaline uurimine õlise reoveesüsteemide puhul eriti oluline.

3. Mikrofiltreerimine ja ultrafiltreerimine: millises ulatuses õli säilib?

Millises mahus membraanid tegelikult õli hoiavad? See taandub tööjaotusele mikrofiltreerimise (MF) ja ultrafiltratsiooni (UF) vahel. MF-il on suhteliselt suuremad poorid ja see säilitab peamiselt hõljuvaid aineid, suuri õlipiisku ja osa dispergeeritud õlist; UF-il on peenemad poorid, mis jäävad täpselt emulgeeritud õlipiiskade suurusvahemikku ja on peamine jõud submikronilise emulgeeritud õli säilitamisel. Keraamilistes membraanides tavaliselt kasutatavad mikrofiltrimise ja ultrafiltreerimise vahemikud on just õlise reovee "kõige peenema õliosa" vaenlased. Allolev tabel loetleb nende kahe kvalitatiivsed erinevused, et aidata teil esmalt kindlaks teha, mil määral õli valimisel säilib.

3.1 Poori suurus ei ole seda väiksem, seda parem

Tuleb märkida, et pooride suurus ei ole seda väiksem, seda parem. Mida tihedam on membraan, seda suurem on vee läbilaskvustakistus, seda suurem on energiatarve ja seda kergemini ummistatakse see peente saasteainete silla abil. Inseneritöös kehtib põhimõte "lihtsalt piisavalt": esmalt kasutage suurte osakeste ja vaba õli eemaldamiseks eeltöötlust, seejärel laske keraamilisel ultrafiltrimisel keskenduda kõige keerulisema emulgeeritud õliga toimetulemisele, selle asemel, et eeldada, et üks membraan teeb kõike. See on ka õlise reovee puhastamise keraamilise membraani süsteemi disaini kõige põhilisem "lavastuse" kontseptsioon.

4. Ühest membraanist terviklikuks süsteemiks

Ühe membraani skaleerimine terviklikuks süsteemiks ei ole tegelikult koostiselt salapärane, kuid igal osal on oma eripärad. Esimene osa on membraanimoodul ja membraanielement. Keraamilised membraanid esinevad enamasti mitme-kanaliga kärgstruktuuriga torukujuliste elementidena; toitevedelik voolab läbi kanalite ja vesi imbub läbi toru seina-see struktuur on määrdumiskindel-ja kergesti puhastatav, mistõttu on see eriti sobilik määrdunud vee jaoks. Teine osa on etteandepump ja rist{6}}vooluahel, mis tagab kaks asja: transmembraani rõhuerinevus, mis on vajalik toitevedeliku läbi membraani surumiseks, ja membraani pinnal vajalik nihkekiirus; kui nihkekiirus on ebapiisav, kleepub õli membraani külge. Kolmas osa on läbipaistva vedeliku poole ja kontsentraadi külje kogumine; selge vedelik läheb korduskasutusse või järgnevatesse protsessidesse ning kontsentreeritud vesi juhitakse välja koos õliga. Neljas osa on puhastusseade (CIP), mis on salarelv, mis muudab keraamilised membraanid "kasutuses vastupidavaks"-saab räbusti happe ja leelisega tagasi pesta, enne kui saaste koguneb nii, et see mõjutab tööd.

Membraanimooduli tasemel on keraamiliste membraanide kuju tavaliselt mitme kanaliga toru- või kärgstruktuuriga monoliitsed elemendid, mitte lamedad lehed või õõneskiud. Selle vormi eelised on selged: suur voolukiirus ja tugev nihkejõud kanalite sees, mistõttu see sobib eriti hästi musta vee jaoks; kui toruseina soomused või õli kleepuvad, saab seda võrgus puhastada mehaaniliste käsnpallidega, mida orgaanilised membraanid ei suuda; kuigi pakkimistihedus ei ole nii suur kui õõneskiududel, on vastutasuks ummistuskindlus, puhastamise lihtsus ja pikk kasutusiga. Valides tuleb kaaluda voolu, jalajälge ja puhastamise mugavust, mitte vaadata ainult ühte eset. "Musta töö" jaoks, nagu õline reovesi, on torukujulised või mitme kanaliga{4}}keraamilised membraanid sageli realistlikum valik.

Saastumise kontroll on kogu süsteemi igapäevane põhiliin. Tavalise töö käigus väldib rist-voolunihke "võrgus" saastumist; perioodiliselt kasutatakse permeaati tagasivooluks, et tõrjuda membraani pinnale madalaid saasteaineid, saavutades "lühiajalise taastumise"; kui tagasiloputus ei suuda enam voolu vähenemist pärssida, aktiveeritakse keemiline puhastus (CIP), kasutades sobivas kontsentratsioonis hapet, leelist või oksüdeerijat orgaanilise õlimuda, katlakivi ja mikroobse lima lahustamiseks ja eemaldamiseks. Põhjus, miks keraamilised membraanid julgevad tugevat puhastust kasutada, on see, et anorgaanilised materjalid on vastupidavad; kui orgaanilisi membraane puhastada sama agressiivselt, kahjustatakse neid sageli iga puhastusega. Sel põhjusel koguneb pöördumatu määrdumine keraamilistesse membraanidesse aeglaselt, voo languse kõver on õrn ja pikaajaline töö "ennustatavus" on palju parem kui orgaaniliste membraanide puhul,-sellel on stabiilset vastavust nõudvate tootmisliinide jaoks tohutu väärtus.

4.1 Puhastusstrateegia: CIP ei ole määrdunud

Täpsemalt, mis puudutab puhastusstrateegiat, ei ole CIP nii juhuslik kui "loputage seda, kui see on määrdunud". Leeliseline puhastus sihib orgaanilise õli saastumist ja bioloogilist lima, happeline puhastamine anorgaanilist katlakivi ning oksüdante kasutatakse mikroorganismide hävitamiseks ja orgaanilise aine lagundamiseks; järjestus, kontsentratsioon, temperatuur, aeg ja tsirkulatsiooni voolukiirus mõjutavad taastamise efektiivsust ja mõjutavad ka membraani eluiga. Mõistlik lähenemine on luua seotud kirjed "voolu -rõhu erinevuse- puhastamise" kohta: jälgida regulaarselt normaliseeritud voolu ja transmembraanse rõhu erinevuse suundumusi; kui langus jõuab eelseadistatud suhtelise väärtuseni, ajastage puhastamine; ja pärast puhastamist registreerige taastumismäär, optimeerides seeläbi sagedust ja kemikaale. Keraamiliste membraanide pikaajalise kasutuskõlblikuna hoidmise võti on keraamiliste membraanide pikaajalise kasutuskõlblikuna hoidmise võti "tunde järgi" puhastamise muutmine "andmete järgi".

5. Saastumise klassifikatsioon ja vastavad "ettekirjutused"

Puhastamise puhul ei saa vältida seda, kui palju mustuse liike on, sest erinevad saastused nõuavad erinevaid "retsepte". Allika järgi võib need jämedalt jagada kolme tüüpi: orgaaniline saastumine, peamiselt õlikiled, valgud ja mikroobsed metaboliidid, mis tavaliselt eemaldatakse leeliselise puhastamise teel koos pindaktiivsete ainetega; anorgaaniline katlakivi, kaltsiumist, magneesiumist, ränist jne vees, lahustatakse happepuhastusega; ja bioloogiline lima, mis moodustub mikroobide proliferatsiooni teel ja mida kontrollivad oksüdeerijad või biotsiidid. Tegelikkuses eksisteerivad need kolm sageli koos ja põimuvad, nii et puhastusplaan on sageli "leelise -happe- oksüdeerija" kombinatsiooni ja järjestuse küsimus, mitte ühest kemikaalist. Õlise reovee puhul on peamine süüdlane orgaaniline saastumine ja aluseks on leeliseline puhastamine; kuid kui sissevoolu kõvadus on kõrge, on happega puhastamine samuti hädavajalik. Ainult saastumise tüübi selgelt otsustades ja seejärel puhastamist arutades saab nii põhjalikult puhastada kui ka vältida membraani kahjustamist-just siin on keraamiliste membraanide materjalide keemilise vastupidavuse väärtus ning see on ka valdkond, mis vajab puhastussüsteemi kavandamisel kõige enam väliandmete tuge.

Joonis: keraamiliste membraanide ja polümeersete orgaaniliste membraanide kvalitatiivne hinnang võrdlus sellistes võtmemõõtmetes nagu saastumiskindlus, temperatuurikindlus, keemilise puhastuse vastupidavus, kasutusiga ja voo taastumine (suhteline illustratsioon, mitte konkreetsed väärtused).

6. Selle positsioon kogu tootmisliinil: eeltöötluse väravavaht

Vaadates kogu tootmisliini membraanisüsteemi, on selle positsioon tavaliselt "eeltöötluse väravavaht". Ülesvoolu on eeltöötlused, nagu õli eraldamine, õhuflotatsioon ja tasanduspaagid, mis vastutavad enamiku vaba õli ja raskete hõljuvate ainete eemaldamise eest, kaitstes keraamilist membraani suurte osakeste poolt kahjustamise ja liigse õli poolt kohese pimestamise eest; allavoolu on korduvkasutamise täiustatud töötlemine-pöördosmoos tegeleb magestamise, ioonivahetusega pehmendab või spetsiifiliste ioonide eemaldamine ning bioloogiline etapp tegeleb lahustunud orgaanilise aine lagunemisega. Alles siis, kui keraamilised membraanid eemaldavad õli piisavalt madalale tasemele, saavad need allavoolu osad südamerahuga töötada: RO membraane ei ummista õli, vaigud ei mürgita õliga ja bioloogilistes mahutites ei ole aeratsiooni suletud õlikiledega. Võib öelda, et kui seda keraamilist membraanibarjääri hoida, tuleb kasuks ka kogu järgneva korduskasutusahela stabiilsus.

Allolev tabel võtab kokku keraamilise membraaniõli{0}}veeeraldussüsteemi põhiüksused, funktsioonid ja konstruktsiooniga seotud probleemid, mis hõlbustavad kohapealset konfiguratsioonikontrolli-.

Siinkohal tööloogikakeraamilised membraanid õlivee eraldamisekssaab selgeks: see pole isoleeritud "filter", vaid miniatuurne insener-süsteem "ristvoolu-saaste vältimine + etapiviisiline kinnipidamine + taastatav puhastamine + üles-/allavoolu koordineerimine". Selle mõistmine on olulisem kui mõne üksiku parameetri meeldejätmine,{5}}kuna kui põllul ilmnevad probleemid, siis üheksal korral kümnest tulenevad need pigem "süsteemi koordineerimisest" kui "membraanist endast".

7. Kasutusmetoodika: veebilanss kõigepealt

Töötasandil kehtib endiselt korduvalt kontrollitud metoodika: esmalt veebilanss, et selgitada veekogused ja jõusööda sihtkoht; seejärel klassifitseerida vee kvaliteet, et teha kindlaks, milline õli vorm on ülekaalus ja millist veekvaliteedi künnist allavoolu nõuab; lõpuks arvutage tasuvusaeg ja kogu omamiskulu, et otsustada süsteemi ulatuse ja puhastusstrateegia kohta. Ainult nende kolme sammu kindlal elluviimisel saab keraamiliste membraanide mehhanism "kuidas see töötab" tõeliselt muutuda stabiilseks selgeks veeks ja taaskasutatavaks õliks teie tootmisliinil.