Uszkodzenie błony w oczyszczaniu wody przemysłowej: co zmieniają błony ceramiczne z aluminy

Wprowadzenie

Uszkodzenie błony jest jednym z najczęstszych problemów operacyjnych w procesie oczyszczania wody przemysłowej.

Na powierzchni membrany mogą gromadzić się zawieszone ciała stałe, olej, koloidy, materia organiczna i mikroorganizmy, co zmniejsza przepływ, zwiększa ciśnienie transmembranowe (TMP),i zwiększenie częstotliwości czyszczenia chemicznego.

Ponieważ zanieczyszczenie jest ściśle związane z interakcją między wodą do podawania i powierzchnią błony,materiał i struktura membrany odgrywają ważną rolę w długoterminowej wydajności filtracji.

W tym artykule wyjaśniono, w jaki sposób technologia membrany ceramicznej z aluminu może pomóc w kontrolowaniu zanieczyszczeń i co inżynierowie powinni wziąć pod uwagę przy opracowywaniu systemów membranowych z ceramiki do oczyszczania ścieków przemysłowych.

Czym jest porowaty membrana ceramiczna i jak działa?

1Kwestie dotyczące stabilności materiału w zakresie kontroli skażenia

Membrany ceramiczne z aluminy są oparte naalfa-Al2O3, chemicznie stabilny materiał ceramiczny o powierzchni hydrofilowej.

Powierzchnia hydrofilowa może pomóc zmniejszyć adhezję niektórych olejów i zanieczyszczeń organicznych w porównaniu z bardziej hydrofobowymi materiałami błonowymi.

W przeciwieństwie do membran polimerowych, membrany ceramiczne są mniej podatne na obrzęk, zagęszczenie,i zmiany strukturalne pod ciśnieniem i wielokrotne czyszczenie.

Ta stabilność jest szczególnie cenna w zastosowaniach przemysłowych, w których membrany mogą być narażone na:

• Czyszczenie kwasowe lub alkaliczne
• Powtarzające się mycie wsteczne
• Podwyższone temperatury
• Wysoko zawieszone ciała stałe
• Odpady chemicznie agresywne

Membrana odporna na odpowiednie warunki czyszczenia zapewnia operatorom większą elastyczność w przywracaniu przepuszczalności w przypadku wystąpienia skażenia.

W przypadku zastosowań wymagających technologii membranowej aluminu patrz:

Membrana ceramiczna z ultrafiltracją aluminiową

2Asymetryczna struktura pomaga oddzielić siłę od filtracji.

Większość zaawansowanych membran ceramicznych wykorzystujeasymetryczna struktura.

Względnie gruby porowate wsparcie zapewnia wytrzymałość mechaniczną i umożliwia przepływ płynu przez membranę z stosunkowo niskim oporem hydraulicznym.

O wiele cienkszą warstwę oddzielącą używa się do kontrolowania rzeczywistej wydajności filtracji.

Warstwy te są spiekane razem w zintegrowaną strukturę ceramiczną,wyeliminowanie rodzaju polimerowego nośnika/interfejsu warstwy separacyjnej, który może stać się podatny na zagrożenia w określonych warunkach pracy.

W przypadku rurkowych membran ceramicznych konstrukcje wielokanałowe zapewniają duży obszar filtracji przy zachowaniu stabilności mechanicznej.

W zależności od zastosowania można wybrać wielkość porów membrany ceramicznejmikrofiltracja (MF) lub ultrafiltracja (UF)Obowiązki.

3Filtracja przepływowa pomaga kontrolować zanieczyszczenia powierzchni

Membrany ceramiczne są powszechnie stosowane wfiltracja przepływowa.

Zamiast wymuszać, aby cała żywność przechodziła bezpośrednio przez powierzchnię membrany, żywność przepływa równolegle do powierzchni membrany, podczas gdy permeat przechodzi przez ścianę membrany.

Powoduje to obcięcie na powierzchni błony i pomaga ograniczyć gromadzenie się grubego ciasta filtrującego.

Przepływ krzyżowy nie eliminuje jednak całkowitego zanieczyszczenia.

Dobrze zaprojektowany system zwykle łączy:

• Odpowiednia prędkość przepływu poprzecznego
• Kontrolowany przepływ filtracji
• Okresowe odwrotne mycie
• Kontrola cyklu rozluźnienia lub filtracji
• Czyszczenie chemiczne w razie potrzeby

W przypadku zastosowań rurowych, nasze moduły membranowe z ceramiki są przeznaczone do systemów filtracyjnych zawierających procedury odwrotnego mycia i czyszczenia.

Membrana ceramiczna rurowata z aluminium

4Płynność, TMP i zanieczyszczenie są ściśle powiązane

Wydajność membrany nie może być oceniana wyłącznie na podstawie strumienia.

Trzy parametry są ściśle ze sobą powiązane:

• Przepływokreśla wydajność filtracji.
• TMPwskazuje ciśnienie wymagane do utrzymania filtracji.
• Wskaźnik zabarwieniaokreśla, jak szybko pogarsza się funkcjonowanie membrany.

W przypadku gdy przepływ pracy jest zbyt wysoki dla określonego surowca, zanieczyszczenia mogą szybciej gromadzić się na powierzchni membrany i wewnątrz struktury membrany.

W miarę rozwoju zanieczyszczenia:

Zmniejsza się przepływ → zwiększa się TMP → czyszczenie staje się częstsze

Z tego powodu inżynierowie powinni zwykle określać przepływ pracy poprzez badania laboratoryjne lub pilotażowe z wykorzystaniem rzeczywistej ścieków.

Celem nie jest po prostu osiągnięcie najwyższego początkowego strumienia, ale znalezienie punktu pracy zapewniającego rozsądną równowagę między:

• Produkcja przenikająca
• Wskaźnik zabarwienia
• Częstotliwość czyszczenia
• Zużycie energii
• Żywotność membrany

5Rozmiar porów powinien być zgodny z celem separacji.

Wybór mniejszej wielkości porów nie powoduje automatycznie lepszej wydajności filtracji.

Ciślejsza membrana może zapewniać większe odrzucenie cząstek, ale może również zwiększyć odporność na filtrację i skażenie, jeśli pasza zawiera zanieczyszczenia, które nie wymagają tak drobnej separacji.

Na przykład:

• MF membranysą powszechnie stosowane do usuwania zawieszonych ciał stałych i cząstek stałych.
• UF membranyzapewniają ściślejsze oddzielanie koloidów, makromolekuł i drobnych cząstek.
• Wybór wielkości porów znacznie mniejszej niż rzeczywiste wymagania separacyjne może zwiększyć opór roboczy bez zapewnienia dodatkowej wartości procesu.

Z tego względu wielkość porów powinna być wybierana zgodnie z:

• Celowa wielkość zanieczyszczenia
• Wymagana jakość przepuszczalności
• TSS paszowe
• Stężenie koloidowe
• Zawartość oleju i organicznych substancji
• Wymogi dotyczące obróbki w dalszym ciągu

Aby szczegółowo omówić wybór wielkości pory błony:

Jak wybrać odpowiedni rozmiar pory do filtracji membranowej?

6Strategia czyszczenia decyduje o długoterminowej wydajności

Nawet bardzo odporne na zanieczyszczenie błony ceramiczne wymagają odpowiedniego czyszczenia.

Różne substancje czyszczące wymagają różnych mechanizmów czyszczenia.

Uprawienie organiczne

Rozpuszczalniki alkaliczne mogą pomóc w usunięciu nagromadzonych zanieczyszczeń organicznych.

Skalowanie nieorganiczne

Czyszczenie kwasowe jest powszechnie stosowane do rozpuszczania osadów mineralnych i skał nieorganicznych.

Biologiczne zanieczyszczenie

Można stosować utleniające środki czyszczące, jeżeli są zgodne z systemem membranowym i warunkami procesu.

Ponieważ membrany ceramiczne mają ogólnie wysoką stabilność chemiczną i termiczną, mogą zapewniać większą elastyczność czyszczenia niż wiele membran polimerowych.

Jednakżesamą membranę jest tylko jedną częścią systemu.

Wyciski, czapki końcowe, obudowy, pompy, rury i urządzenia mogą mieć niższe ograniczenia chemiczne lub temperatury i muszą być brane pod uwagę przy projektowaniu kompletnego systemu CIP.

Więcej informacji:

Metody czyszczenia błony ceramicznej: kompletny przewodnik do CIP i odzyskiwania strumienia

7Stabilność termiczna i chemiczna

Woda odpadowa przemysłowa nie zawsze jest dostępna w temperaturze otoczenia.

Niektóre procesy wytwarzają ścieki o podwyższonej temperaturze, podczas gdy inne wymagają agresywnego czyszczenia chemicznego.

Membrany ceramiczne mogą utrzymywać stabilność strukturalną w szerszym zakresie warunków pracy niż wiele membran polimerowych.

W związku z tym membrany ceramiczne z aluminu są szczególnie atrakcyjne w zastosowaniach obejmujących:

• Filtracja podwyższonej temperatury
• Częste czyszczenie chemiczne
• Wody ściekowe kwasowe
• Wody odpadowe alkaliczne
• Strumienie o wysokiej zawartości materiałów stałych
• Ciężko przetwarzane płyny przemysłowe

Jednakże rzeczywista temperatura pracy całego układu membranowego jest zwykle określana przez najsłabszy składnik, taki jak uszczelki, obudowy, kleje lub złącza.

8. Gdzie można używać membrany ceramiczne z aluminy

Połączenie stabilności chemicznej, wytrzymałości mechanicznej i elastyczności czyszczenia sprawia, że błony ceramiczne z aluminu nadają się do szerokiego zakresu zastosowań przemysłowych.

Woda ściekowa oleista

Wnioski mogą obejmować:

• Wody ściekowe z obróbki metali
• Wody procesowe zawierające olej
• Emulgowane ścieki
• Odpady ropopochodne

Powierzchnia ceramiczna hydrofilowa może pomóc zmniejszyć skłonność niektórych oleistych zanieczyszczeń do tworzenia trwałych folii powierzchniowych.

Przetwarzanie chemiczne

Można rozważyć stosowanie membran ceramicznych, gdy systemy filtracyjne są narażone na:

• Płyny kwasowe
• Strumienie alkaliczne
• Wysoko zawieszone ciała stałe
• Powtarzane czyszczenie

Przetwarzanie farmaceutyczne i chemiczne

Membrany ceramiczne mogą obsługiwać procesy wymagające:

• Częste czyszczenie
• Konsekwentna filtracja
• Odporność chemiczna
• Długa żywotność

Przetwarzanie żywności i napojów

Membrany ceramiczne mogą być stosowane w przypadku, gdy systemy filtracyjne wymagają regularnego czyszczenia i stabilnej pracy.

Ponowne wykorzystanie i wstępne oczyszczanie wody

Ceramiczne membrany MF/UF mogą być stosowane jako wstępna obróbka do procesów w dół, takich jak:

• Odwrotna osmoza
• Węgiel aktywny
• Rozwinięte utlenianie
• Systemy ponownego wykorzystania

Stabilne wstępne oczyszczanie może pomóc w ochronie urządzeń niższego szczebla i utrzymaniu ogólnej efektywności oczyszczania.

9Co inżynierowie powinni sprawdzić przed wyborem membrany ceramicznej

Sam materiał membranowy nie decyduje o wydajności systemu.

Przed wyborem membrany ceramicznej z aluminu inżynierowie powinni ocenić:

Charakterystyka paszy

• TSS
• Olej i tłuszcz
• CZN
• Rozkład wielkości cząstek
• pH
• Temperatura
• Wiszkość

Parametry membrany

• Materiał membranowy
• Rozmiar pory
• Efektywny obszar błony
• Poreczność
• Wytrzymałość mechaniczna
• Kompatybilność chemiczna

Parametry działania

• Przepływ projektowania
• TMP
• Prędkość przepływu
• Częstotliwość odwrotnego mycia
• Cykl filtracji
• Częstotliwość czyszczenia

Parametry systemu

• Konfiguracja modułu
• Wymogi dotyczące pompowania
• System CIP
• Materiały uszczelniające
• Temperatura pracy
• Wymogi dotyczące obróbki w dalszym ciągu

Najlepsza membrana nie jest zatem niekoniecznie membrana o najmniejszym rozmiarze porów lub najwyższym początkowym strumieniu.

To membrana, która zapewniastabilna wydajność separacji w rzeczywistych warunkach pracy.

10Kluczowe informacje z inżynierii

Kontrola zanieczyszczeń rozpoczyna się przed zainstalowaniem membrany.

Najważniejsze czynniki to:

• Materiał:Wodofilne i chemicznie stabilne powierzchnie ceramiczne mogą pomóc zmniejszyć adhezję foulantu i zapewnić większą elastyczność czyszczenia.
• Struktura:Sztywne pory ceramiczne utrzymują swoją geometrię podczas ciśnienia i wielokrotnego czyszczenia.
• Rozmiar pory:Membrana powinna być dopasowana do rzeczywistego celu separacji.
• Przepływ:Przepływ pracy powinien być ustalony zgodnie z właściwościami paszy i zwalidowany poprzez badania.
• TMP:Trendy TMP stanowią ważny wskaźnik rozwoju skażenia.
• Przepływ:Odpowiednie cięcie pomaga kontrolować osadzenie powierzchni.
• Czyszczenie:Odwrotne mycie i czyszczenie chemiczne powinny być zaprojektowane zgodnie z dominującym mechanizmem skażenia.
• Projektowanie systemu:Oprócz samej membrany należy rozważyć uszczelki, obudowy, pompy i inne elementy.

Ostatnia lekcja

Zaletą błon ceramicznych z aluminu nie jest tylko ich odporność na skażenie.

Ich większa wartość polega na zapewnieniustabilna platforma filtracyjna, która może wytrzymać wymagające warunki pracy i czyszczenia.

W przypadku zastosowań związanych z ściekami przemysłowymi o wysokiej zawartości substancji stałych, olejów, chemikaliów, podwyższonych temperaturach lub częstym czyszczeniu,membrany ceramiczne aluminowe mogą zapewnić inżynierom szersze okno pracy i bardziej spójne długoterminowe osiągi filtracyjne.

Kluczem jest zaprojektowanie systemu membranowego wokół rzeczywistego zasilania, celu separacji, przepływu pracy i strategii czyszczenia, a nie tylko wokół materiału membranowego.

Powiązane roztwory membranowe ceramiczne

Kegu dostarcza rozwiązania membranowe z ceramiki do przemysłowych zastosowań filtracyjnych i oczyszczania wody, w tym:

• Membrany ceramiczne o ultrafiltracji aluminiowej
• Aluminium Tubular Ceramic Membran
• Pozostałe, o szerokości przekraczającej 10 mm
• Moduły membranowe ceramiczne rurowe
• Membrana ceramiczna z nanofiltracją aluminium