Πώς λειτουργεί: Αρχές φιλτραρίσματος και σύνθεση συστήματος κεραμικών μεμβρανών για διαχωρισμό νερού λαδιού

1.Πρώτα, Διώξτε μια Διαίσθηση: Η παρεξήγηση "Κοσκινί".

Πολλοί άνθρωποι, όταν βλέπουν για πρώτη φορά κεραμικές μεμβράνες για αφαίρεση λαδιού, τις σκέφτονται διαισθητικά ως "ένα κόσκινο"-το λάδι είναι μεγάλο, το νερό είναι μικρό, επομένως το λάδι συγκρατείται και το νερό περνά μέσα. Αυτή η αναλογία δεν είναι λανθασμένη, αλλά χάνει το πιο κρίσιμο μισό: στα ελαιώδη λύματα, αυτό που είναι πραγματικά δύσκολο να συγκρατηθεί δεν είναι μεγάλες σταγόνες λαδιού, αλλά γαλακτωματοποιημένο έλαιο κάτω του μικρού μήκους σταθεροποιημένο από τασιενεργά. Αυτό που πραγματικά καθορίζει την επιτυχία ή την αποτυχία δεν είναι επίσης «το αν οι πόροι είναι αρκετά μικροί», αλλά «το αν το λάδι θα λερώσει τη μεμβράνη και, όταν ρυπαστεί, αν μπορεί να καθαριστεί». Για να εξηγήσω ξεκάθαρα πώςκεραμικές μεμβράνες για διαχωρισμό νερού λαδιούδουλειά, πρέπει να ξεκινήσει κανείς με τη βασική τους δράση-διήθηση-διασταυρούμενης ροής.

2.Διασταυρούμενη-Διήθηση ροής: Όχι "Αδιέξοδο-" αλλά "Ρέει κατά το καθάρισμα"

Το φιλτράρισμα διασταυρούμενης-ροής είναι εντελώς διαφορετικό από το "αδιέξοδο-φιλτράρισμα" που χρησιμοποιείται στο σπίτι για το φιλτράρισμα του γάλακτος σόγιας. Σε αδιέξοδο-διήθηση, το υγρό τροφοδοσίας ωθείται κατευθείαν πάνω στην επιφάνεια της μεμβράνης και το νερό και το λάδι χτυπούν προς την ίδια κατεύθυνση. Το λάδι συσσωρεύεται γρήγορα σε ένα κέικ στην επιφάνεια της μεμβράνης και η ροή πέφτει απότομα σε γκρεμό-όπως. Σε διήθηση διασταυρούμενης-ροής, το υγρό τροφοδοσίας ρέει "πλάγια" κατά μήκος της επιφάνειας της μεμβράνης με υψηλή ταχύτητα. Το νερό οδηγείται από την πίεση για να περάσει κατακόρυφα μέσα από τη μεμβράνη και να γίνει διαυγές διήθημα, ενώ τα σταγονίδια λαδιού και οι ρύποι παρασύρονται συνεχώς από αυτή τη δύναμη διάτμησης παράλληλη προς την επιφάνεια της μεμβράνης και απορρίπτονται με το συμπύκνωμα. Με άλλα λόγια, η μεμβράνη δεν "πιάνει" παθητικά ρύπους. ενεργά «διώχνει τους ρύπους μακριά». Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για τα ελαιώδη λύματα: μόλις εξαπλωθεί το λάδι στην επιφάνεια της μεμβράνης, είναι εξαιρετικά δύσκολο να αφαιρεθεί και η διάτμηση διασταύρωσης-ροής είναι ακριβώς η πρώτη γραμμή άμυνας κατά της διασποράς λαδιού. Αυτός είναι επίσης ο λόγος για τον οποίο η επεξεργασία ελαιωδών λυμάτων χρησιμοποιεί σχεδόν πάντα διασταυρούμενη{11}}ροή παρά αδιέξοδο-.

Εικόνα: Τυπική ροή διεργασίας ενός συστήματος διαχωρισμού νερού από κεραμική μεμβράνη λαδιού-: λιπαρό ακατέργαστο νερό εισέρχεται στη μονάδα μεμβράνης μετά την προεπεξεργασία. υπό διάτμηση εγκάρσιας-ροής, διαυγές υγρό διεισδύει μέσω της μεμβράνης για να γίνει νερό προϊόντος, ενώ συμπυκνωμένο λάδι και ρύποι απορρίπτονται από την πλευρά του συμπυκνώματος και το σύστημα μπορεί να συνδεθεί σε κατάντη αντίστροφη όσμωση ή σε στάδιο βιολογικής επεξεργασίας.

2.1 Πόλωση συγκέντρωσης και κρίσιμη ροή

Το φιλτράρισμα διασταυρούμενης-ροής φέρνει επίσης δύο έννοιες που πρέπει να γίνουν κατανοητές. Διαφορετικά, πολλά φαινόμενα πεδίου δεν μπορούν να εξηγηθούν. Το πρώτο είναι η πόλωση συγκέντρωσης: το νερό διέρχεται από τη μεμβράνη, ενώ το λάδι και τα αιωρούμενα στερεά διατηρούνται κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης. Όσο πιο κοντά στην επιφάνεια της μεμβράνης, τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση, σχηματίζοντας μια κλίση συγκέντρωσης. Αυτή η κλίση αυξάνει την αντίσταση στη διείσδυση και μειώνει τη ροή, αλλά είναι η ίδια αναστρέψιμη. Μόλις η διάτμηση διασταύρωσης-ροής λεπτύνει το οριακό στρώμα, η ροή μπορεί να ανακάμψει. Το δεύτερο είναι η κρίσιμη ροή: υπάρχει ένα όριο ροής κάτω από το οποίο η ρύπανση συσσωρεύεται αργά και το σύστημα παραμένει σταθερό μακροπρόθεσμα. πάνω από αυτό, η ρύπανση εντείνεται γρήγορα και ο καθαρισμός γίνεται συχνός. Στη μηχανική, είναι καλύτερο να λειτουργείς ήπια κάτω από την κρίσιμη ροή παρά να επιδιώκεις μια προσωρινή υψηλή ροή. Αυτές οι δύο έννοιες είναι το κλειδί για την κατανόηση του "γιατί οι κεραμικές μεμβράνες χρειάζονται διασταυρούμενη-ροή" και "γιατί δεν μπορεί κανείς απλώς να συνεχίσει να αυξάνει την πίεση", και εξηγούν επίσης γιατί η πιλοτική-εξερεύνηση κλίμακας είναι ιδιαίτερα σημαντική για τα συστήματα ελαιώδους αποχέτευσης.

3.Μικροδιήθηση και υπερδιήθηση: Σε ποια κλίμακα διατηρείται το λάδι;

Σε ποια κλίμακα λοιπόν οι μεμβράνες κατακρατούν πραγματικά λάδι; Αυτό οφείλεται στον καταμερισμό της εργασίας μεταξύ μικροδιήθησης (MF) και υπερδιήθησης (UF). Το MF έχει σχετικά μεγαλύτερους πόρους και κυρίως συγκρατεί αιωρούμενα στερεά, μεγάλες σταγόνες λαδιού και ένα μέρος διασκορπισμένου λαδιού. Το UF έχει λεπτότερους πόρους, που εμπίπτουν ακριβώς στο εύρος μεγεθών των σταγονιδίων γαλακτωματοποιημένου λαδιού και είναι η κύρια δύναμη για τη συγκράτηση του γαλακτωματοποιημένου ελαίου κάτω από το μικρό. Οι σειρές μικροδιήθησης και υπερδιήθησης που χρησιμοποιούνται συνήθως στις κεραμικές μεμβράνες είναι ακριβώς η νέμεση του «καλύτερου τμήματος λαδιού» στα ελαιώδη λύματα. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τις ποιοτικές διαφορές μεταξύ των δύο για να σας βοηθήσει να προσδιορίσετε πρώτα "σε ποιο βαθμό διατηρείται το λάδι" κατά την επιλογή.

3.1 Το μέγεθος των πόρων δεν είναι όσο μικρότερο τόσο το καλύτερο

Πρέπει να σημειωθεί ότι το μέγεθος των πόρων δεν είναι όσο μικρότερο τόσο το καλύτερο. Όσο πιο πυκνή είναι η μεμβράνη, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στη διείσδυση του νερού, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατανάλωση ενέργειας και τόσο πιο εύκολα βουλώνεται με γεφύρωση λεπτών ρύπων. Στη μηχανική, η αρχή είναι "αρκετά": πρώτα χρησιμοποιήστε προεπεξεργασία για να αφαιρέσετε μεγάλα σωματίδια και ελεύθερο λάδι και μετά αφήστε την κεραμική υπερδιήθηση να επικεντρωθεί στην αντιμετώπιση του πιο δύσκολου γαλακτωματοποιημένου λαδιού, αντί να περιμένετε από μια μεμβράνη να κάνει τα πάντα. Αυτή είναι επίσης η πιο βασική ιδέα "σταδιοποίησης" στο σχεδιασμό συστήματος κεραμικής μεμβράνης για την επεξεργασία ελαιωδών λυμάτων.

4.Από μια ενιαία μεμβράνη σε ένα πλήρες σύστημα

Η κλιμάκωση μιας μεμονωμένης μεμβράνης σε ένα πλήρες σύστημα δεν είναι στην πραγματικότητα μυστηριώδης σύνθεση, αλλά κάθε μέρος έχει τις ιδιαιτερότητές του. Το πρώτο μέρος είναι η μονάδα μεμβράνης και το στοιχείο μεμβράνης. Οι κεραμικές μεμβράνες εμφανίζονται ως επί το πλείστον ως κυψελωτά σωληνωτά στοιχεία πολλαπλών καναλιών. το υγρό τροφοδοσίας ρέει μέσα από τα κανάλια και το νερό διεισδύει μέσα από το τοίχωμα του σωλήνα-αυτή η δομή είναι ανθεκτική σε ρύπους-και καθαρίζεται εύκολα, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για βρώμικα νερά. Το δεύτερο μέρος είναι η αντλία τροφοδοσίας και ο βρόχος διασταυρούμενης- ροής, που παρέχει δύο πράγματα: τη διαφορά πίεσης διαμεμβράνης που απαιτείται για την ώθηση του υγρού τροφοδοσίας μέσω της μεμβράνης και την ταχύτητα διάτμησης που απαιτείται στην επιφάνεια της μεμβράνης. Εάν η ταχύτητα διάτμησης είναι ανεπαρκής, το λάδι θα προσκολληθεί στη μεμβράνη. Το τρίτο μέρος είναι η συλλογή της πλευράς διαυγούς υγρού και της πλευράς συμπυκνώματος. το διαυγές υγρό πηγαίνει για επαναχρησιμοποίηση ή σε κατάντη διεργασίες και το συμπυκνωμένο νερό αποβάλλεται με λάδι. Το τέταρτο μέρος είναι η μονάδα καθαρισμού (CIP), η οποία είναι το μυστικό όπλο που κάνει τις κεραμικές μεμβράνες "ανθεκτικές στη χρήση"-μπορεί να ξεπλύνει τη ροή με οξύ και αλκάλια πριν συσσωρευτεί η ρύπανση σε σημείο που επηρεάζει τη λειτουργία.

Στο επίπεδο της μονάδας μεμβράνης, η μορφή των κεραμικών μεμβρανών είναι συνήθως πολυ-σωληνωτά ή κυψελωτά μονολιθικά στοιχεία, αντί για επίπεδα φύλλα ή κοίλες ίνες. Τα πλεονεκτήματα αυτής της μορφής είναι ξεκάθαρα: υψηλή ταχύτητα ροής και ισχυρή διάτμηση στο εσωτερικό των καναλιών, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για βρώμικα νερά. Μόλις το τοίχωμα του σωλήνα κολλήσει ή το λάδι κολλήσει, μπορεί να καθαριστεί διαδικτυακά με μηχανικές σφουγγαριές, κάτι που δεν μπορούν να κάνουν οι οργανικές μεμβράνες. αν και η πυκνότητα συσκευασίας δεν είναι τόσο υψηλή όσο αυτή των κοίλων ινών, αυτό που κερδίζεται σε αντάλλαγμα είναι η αντοχή στο φράξιμο, η ευκολία καθαρισμού και η μεγάλη διάρκεια ζωής. Κατά την επιλογή, πρέπει να σταθμίσετε τη ροή, το αποτύπωμα και την ευκολία καθαρισμού, αντί να κοιτάξετε μόνο ένα αντικείμενο. Για μια "βρώμικη δουλειά", όπως τα λύματα, οι σωληνοειδείς ή πολυ{4}}κεραμικές μεμβράνες είναι συχνά η πιο ρεαλιστική επιλογή.

Ο έλεγχος ρύπανσης είναι η καθημερινή κύρια γραμμή ολόκληρου του συστήματος. Κατά την κανονική λειτουργία, η διάτμηση διασταυρούμενης ροής παρέχει "διαδικτυακή" πρόληψη ρύπανσης. περιοδικά, το διήθημα χρησιμοποιείται για οπισθόπλυση για την απομάκρυνση ρηχών ρύπων στην επιφάνεια της μεμβράνης, επιτυγχάνοντας "βραχυπρόθεσμη-ανάκτηση". όταν η απόπλυση δεν μπορεί πλέον να καταστείλει τη μείωση της ροής, ενεργοποιείται ο χημικός καθαρισμός (CIP), χρησιμοποιώντας κατάλληλες συγκεντρώσεις οξέος, αλκαλίου ή οξειδωτικού για τη διάλυση και την απογύμνωση της ιλύος οργανικού ελαίου, της απολέπισης και της μικροβιακής λάσπης. Ο λόγος που οι κεραμικές μεμβράνες τολμούν να χρησιμοποιούν ισχυρό καθαρισμό είναι ότι τα ανόργανα υλικά είναι ανθεκτικά. Εάν οι οργανικές μεμβράνες καθαρίζονταν με τον ίδιο επιθετικό τρόπο, συχνά θα καταστρέφονταν με κάθε καθαρισμό. Για αυτόν τον λόγο, η μη αναστρέψιμη ρύπανση συσσωρεύεται αργά στις κεραμικές μεμβράνες, η καμπύλη μείωσης ροής είναι ήπια και η μακροπρόθεσμη λειτουργική "προβλεψιμότητα" είναι πολύ καλύτερη από αυτή των οργανικών μεμβρανών-αυτό έχει τεράστια αξία για τις γραμμές παραγωγής που απαιτούν σταθερή συμμόρφωση.

4.1 Στρατηγική καθαρισμού: Το CIP δεν ξεπλένεται όταν είναι βρώμικο

Ειδικά όσον αφορά τη στρατηγική καθαρισμού, το CIP δεν είναι τόσο απλό όσο το "ξεπλύνετε το όταν είναι βρώμικο". Ο αλκαλικός καθαρισμός στοχεύει στη ρύπανση των οργανικών ελαίων και τη βιολογική λάσπη, ο καθαρισμός με οξύ στοχεύει στην ανόργανη απολέπιση και τα οξειδωτικά χρησιμοποιούνται για να σκοτώσουν μικροοργανισμούς και να αποσυνθέσουν κάποια οργανική ύλη. η αλληλουχία, η συγκέντρωση, η θερμοκρασία, ο χρόνος και η ταχύτητα ροής της κυκλοφορίας επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα ανάκτησης και επίσης επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης. Μια λογική προσέγγιση είναι η δημιουργία συνδεδεμένων αρχείων "ροής-διαφοράς πίεσης-καθαρισμού": παρακολουθείτε τακτικά τις τάσεις της κανονικοποιημένης διαφοράς ροής και διαμεμβρανικής πίεσης. Μόλις η πτώση φτάσει σε μια προκαθορισμένη σχετική τιμή, προγραμματίστε τον καθαρισμό. και μετά τον καθαρισμό, καταγράψτε το ποσοστό ανάκτησης, βελτιστοποιώντας έτσι τη συχνότητα και τα χημικά. Η μετατροπή του καθαρισμού από "by feel" σε "by data" είναι το κλειδί για τη διατήρηση των κεραμικών μεμβρανών μακροπρόθεσμα.

5. Ταξινόμηση ρύπων και αντίστοιχες "συνταγές"

Όσον αφορά τον καθαρισμό, δεν μπορεί κανείς να αποφύγει πόσα είδη ρύπανσης υπάρχουν, γιατί διαφορετικά ρύπανση απαιτούν διαφορετικές «συνταγές». Ανά πηγή, μπορούν να χωριστούν χονδρικά σε τρεις τύπους: οργανική ρύπανση, κυρίως μεμβράνες ελαίου, πρωτεΐνες και μικροβιακούς μεταβολίτες, που συνήθως αφαιρούνται με αλκαλικό καθαρισμό σε συνδυασμό με επιφανειοδραστικές ουσίες. ανόργανη απολέπιση, από ασβέστιο, μαγνήσιο, πυρίτιο, κ.λπ. σε νερό, διαλυμένη με καθαρισμό με οξύ. και βιολογική λάσπη, που σχηματίζεται από μικροβιακό πολλαπλασιασμό, ελεγχόμενη από οξειδωτικά ή βιοκτόνα. Στην πραγματική λειτουργία, τα τρία αυτά συχνά συνυπάρχουν και συμπλέκονται, επομένως το σχέδιο καθαρισμού είναι συχνά θέμα συνδυασμού και αλληλουχίας "αλκαλικού-οξέος-οξειδωτικού", παρά μιας μεμονωμένης χημικής ουσίας. Για τα ελαιώδη λύματα, η οργανική ρύπανση είναι ο κύριος ένοχος και ο αλκαλικός καθαρισμός είναι το θεμέλιο. αλλά εάν η σκληρότητα εισροής είναι υψηλή, ο καθαρισμός με οξύ είναι επίσης απαραίτητος. Μόνο κρίνοντας με σαφήνεια τον τύπο ρύπανσης και στη συνέχεια συζητώντας τον καθαρισμό μπορεί κανείς να καθαρίσει καλά και να αποφύγει την καταστροφή της μεμβράνης-αυτό ακριβώς βρίσκεται η αξία της χημικής αντοχής των υλικών κεραμικής μεμβράνης και είναι επίσης η περιοχή που χρειάζεται περισσότερο υποστήριξη δεδομένων πεδίου κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος καθαρισμού.

Σχήμα: Σύγκριση ποιοτικής αξιολόγησης μεταξύ κεραμικών μεμβρανών και πολυμερών οργανικών μεμβρανών σε βασικές διαστάσεις, όπως αντίσταση ρύπανσης, αντίσταση θερμοκρασίας, αντίσταση χημικού καθαρισμού, διάρκεια ζωής και ανάκτηση ροής (σχετική απεικόνιση, όχι συγκεκριμένες τιμές).

6. Η θέση του σε ολόκληρη τη γραμμή παραγωγής: Pretreatment Gatekeeper

Κοιτάζοντας το σύστημα μεμβράνης μέσα σε ολόκληρη τη γραμμή παραγωγής, η θέση του είναι συνήθως αυτή του "προεπεξεργασμένου θυρωρού". Ανοδικά υπάρχουν προεπεξεργασίες όπως διαχωρισμός λαδιού, επίπλευση αέρα και δεξαμενές εξισορρόπησης, υπεύθυνες για την πρώτη αφαίρεση των περισσότερων ελεύθερων λαδιών και βαρέων αιωρούμενων στερεών, προστατεύοντας την κεραμική μεμβράνη από την καταστροφή από μεγάλα σωματίδια και από την άμεση τύφλωση από υπερβολικό λάδι. κατάντη είναι προηγμένες επεξεργασίες για επαναχρησιμοποίηση-αντίστροφης όσμωσης χειρίζεται αφαλάτωση, ιοντοανταλλαγή χειρίζεται μαλάκωμα ή αφαίρεση συγκεκριμένων ιόντων και το βιολογικό στάδιο χειρίζεται την αποδόμηση της διαλυμένης οργανικής ύλης. Μόνο όταν οι κεραμικές μεμβράνες αφαιρούν το λάδι σε αρκετά χαμηλό επίπεδο, αυτά τα κατάντη μέρη μπορούν να λειτουργήσουν με ηρεμία: οι μεμβράνες RO δεν θα φράξουν από λάδι, οι ρητίνες δεν θα δηλητηριαστούν από το λάδι και οι βιολογικές δεξαμενές δεν θα έχουν αερισμό σφραγισμένο από φιλμ λαδιού. Μπορεί να ειπωθεί ότι εάν αυτό το φράγμα κεραμικής μεμβράνης συγκρατηθεί, η σταθερότητα ολόκληρης της αλυσίδας επαναχρησιμοποίησης κατάντη ωφελεί επίσης.

Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις βασικές μονάδες, τις λειτουργίες και τις ανησυχίες σχεδιασμού ενός συστήματος διαχωρισμού νερού από κεραμική μεμβράνη-, διευκολύνοντας τους ελέγχους διαμόρφωσης του ιστότοπου-.

Σε αυτό το σημείο, η λογική εργασίας τουκεραμικές μεμβράνες για διαχωρισμό νερού λαδιούκαθίσταται σαφές: δεν είναι ένα μεμονωμένο "φίλτρο", αλλά ένα μικροσκοπικό μηχανολογικό σύστημα "αποτροπής ρύπανσης διασταυρούμενης-ροής + σταδιακής συγκράτησης + ανακτήσιμου καθαρισμού + συντονισμού ανάντη/κατάντη." Η κατανόηση αυτού είναι πιο σημαντική από την απομνημόνευση οποιασδήποτε μεμονωμένης παραμέτρου-γιατί όταν εμφανίζονται προβλήματα στο πεδίο, εννέα στις δέκα φορές προκύπτουν από τον "συντονισμό του συστήματος" και όχι από "την ίδια τη μεμβράνη".

7. Λειτουργική Μεθοδολογία: Υδατικό Ισοζύγιο Πρώτα

Σε επιχειρησιακό επίπεδο, εξακολουθεί να ισχύει η επανειλημμένα επαληθευμένη μεθοδολογία: πρώτα κάντε ένα ισοζύγιο νερού για να αποσαφηνίσετε τους όγκους νερού και τον προορισμό του συμπυκνώματος. Στη συνέχεια, ταξινομήστε την ποιότητα του νερού για να καθορίσετε ποια μορφή λαδιού κυριαρχεί και ποιο όριο ποιότητας νερού απαιτεί η κατάντη. Τέλος, υπολογίστε την περίοδο απόσβεσης και το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας για να αποφασίσετε την κλίμακα του συστήματος και τη στρατηγική καθαρισμού. Μόνο με τη σταθερή εκτέλεση αυτών των τριών βημάτων μπορεί ο μηχανισμός "πώς λειτουργεί" των κεραμικών μεμβρανών να μεταφραστεί πραγματικά σε σταθερό καθαρό νερό και ανακτήσιμο λάδι στη γραμμή παραγωγής σας.