Su Arıtma Uygulamalarında Ultrafiltrasyon Membranlarının Proses Analizi (I)

Ultrafiltrasyon membranlarının geçirgenliği, sıcaklık artışıyla birlikte artar. Genel olarak, sulu çözeltilerin viskozitesi sıcaklıkla azalır, bu da akış direncini azaltır ve buna bağlı olarak geçirgenlik oranını artırır. Çalışma sahasındaki besleme çözeltisinin gerçek sıcaklığı, mühendislik tasarımında dikkate alınmalıdır. Daha önce ultrafiltrasyon, su arıtma ve diğer endüstriyel arıtma, konsantrasyon ve ayırma işlemlerinde ön arıtma veya ileri arıtma yöntemi olarak kullanılıyordu. Yaygın olarak kullanılan Su Arıtma SüreciEvet, genellikle ileri arıtma yöntemi olarak kullanılır. İçi boş lifli ultrafiltrasyon membranlarının özelliklerinden dolayı, su temini için belirli ön arıtma gereksinimleri mevcuttur. Sudaki askıda katı maddeler, kolloidler, mikroorganizmalar ve diğer safsızlıklar membran yüzeyine yapışarak kirlenmeye neden olabilir.

Ultrafiltrasyon membranlarının nispeten yüksek su akış hızına sahip olması nedeniyle, membran yüzeyinde hapsolan safsızlıkların konsantrasyonu hızla artar ve bu da konsantrasyon polarizasyonuna yol açar. Daha da önemlisi, bazı çok ince parçacıklar membran gözeneklerine girerek su kanallarını tıkayabilir. Ayrıca, mikroorganizmalar ve bunların suda bulunan metabolik ürünleri tarafından üretilen viskoz maddeler de membran yüzeyine yapışır. Tüm bu faktörler, ultrafiltrasyon membranının geçirgenliğinde azalmaya ve ayırma performansında değişikliklere yol açar. Aynı zamanda, ultrafiltrasyonun sıcaklığı, pH değeri ve konsantrasyonu konusunda da belirli sınırlamalar vardır.Filtrelenmiş Su tedarik.

Bu nedenle, ultrafiltrasyon suyu temininde, arz gereksinimlerini karşılamak, ultrafiltrasyon membranının ömrünü uzatmak ve su arıtma maliyetlerini düşürmek için uygun ön arıtma ve su kalitesi ayarlaması gereklidir.

Mikrobiyal (Bakteri, Alg) Eliminasyon

Su mikroorganizmalar içerdiğinde, ön arıtma sistemine girdikten sonra, hapsolmuş mikroorganizmaların bir kısmı çok katmanlı filtrelerin ortam yüzeyi gibi ön arıtma sistemine yapışabilir. Bu mikroorganizmalar ultrafiltrasyon membran yüzeyine yapıştığında büyür ve çoğalır, potansiyel olarak mikro gözenekleri ve hatta içi boş fiber lümenini tamamen tıkayabilir.

Mikroorganizmaların varlığı, içi boş lifli ultrafiltrasyon membranları için son derece zararlıdır. Ham sudan bakteri ve alglerin uzaklaştırılması çok önemlidir. Su arıtma projelerinde, NaClO ve O3 gibi oksidanlar genellikle 1-5 mg/L konsantrasyonlarında eklenir. Ultraviyole sterilizasyon da kullanılabilir. Laboratuvarda, içi boş lifli ultrafiltrasyon membran modülleri, hidrojen peroksit (H2O2) veya potasyum permanganat sulu çözeltisinin 30-60 dakika süreyle dolaştırılmasıyla sterilize edilebilir.

Mikrobiyal arıtma, mikroorganizmaları yalnızca öldürebilir, ancak sudan tamamen uzaklaştıramaz; sadece büyümelerini engeller.

Giriş Suyu Bulanıklığının Azaltılması

Su, askıda katı maddeler, kolloidler, mikroorganizmalar ve diğer safsızlıklar içerdiğinde belirli bir derecede bulanıklık oluşturur. Bu bulanıklık ışığın iletimini engeller ve bu optik etki, safsızlıkların miktarı, boyutu ve şekliyle ilişkilidir. Bulanıklık genellikle derece cinsinden ölçülür; 1 mg/L SiO2, 1 derece bulanıklık oluşturur. Daha yüksek bir derece, daha yüksek bir safsızlık içeriğini gösterir.

Farklı alanlarda su temininde bulanıklık için farklı gereksinimler vardır. Örneğin, genel evsel su için bulanıklık 5 derecenin üzerinde olmamalıdır. Bulanıklık ölçümü, ham sudan ışık geçirilmesini ve sudaki parçacıklar tarafından yansıtılan ışığın miktarının, renginin ve opaklığının ölçülmesini içerdiğinden, parçacıkların boyutu, sayısı ve şekli ölçümü etkiler. Bulanıklık ile askıda katı madde arasındaki ilişki rastgeledir. Bulanıklık, birkaç mikrometreden küçük parçacıkları yansıtamaz.

Membran arıtma yönteminde, su filtrelerinin hassas mikro yapısı, parçacıkları moleküler ve hatta iyonik seviyelerde hapsederek bulanıklığı su kalitesinin doğru bir göstergesi olmaktan çıkarır. Ham su kirliliğinin eğilimini tahmin etmek için SDI (Kendiliğinden İçeren Çözünmüş Madde Alımı) testi geliştirilmiştir.

SDI değeri, öncelikle sudaki kolloid ve askıda katı madde miktarını tespit etmek için kullanılır ve sistemin giriş suyunun kalitesinin önemli bir göstergesidir. SDI değeri genellikle 0,21 MPa'lık sabit bir su akış basıncı altında 0,45 μm'lik mikro gözenekli bir membran kullanılarak belirlenir. İlk olarak, 500 ml su örneğini filtrelemek için gereken süre t0 kaydedilir. Daha sonra, aynı koşullar altında, su 15 dakika daha akıtılır ve 500 ml su örneğini filtrelemek için gereken süre t15 kaydedilir. Değer daha sonra aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: SDI = (1 - t0/t15) × 100/15. Sudaki SDI değerinin büyüklüğü, kabaca kolloidal kirliliğin derecesini yansıtır. Kuyu suyunda SDI

Ultrafiltrasyon teknolojisi, Katı Yoğunluk İndeksi'ni (SDI) düşürmede en etkilidir. İçi boş lifli ultrafiltrasyon membranlarıyla arıtılan su, 0 SDI değerine ulaşır. Bununla birlikte, SDI çok yüksek olduğunda, özellikle daha büyük parçacıklar içi boş lifli ultrafiltrasyon membranını ciddi şekilde kirlettiğinde, ultrafiltrasyon işleminde ön arıtma gereklidir. Bu ön arıtma, kuvars kumu, aktif karbon veya çoklu ortamlarla doldurulmuş filtreler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Farklı su kaynakları farklı yaklaşımlar gerektirdiğinden, belirli bir ön arıtma yöntemi için sabit bir formül yoktur.

Örneğin, düşük bulanıklığa sahip musluk suyu veya yeraltı suyu için, 5-10 μm'lik hassas bir filtre (petek, eriyik püskürtmeli veya PE sinterlenmiş boru filtreleri gibi) kullanmak, bulanıklığı genellikle 5 civarına düşürebilir. Hassas filtreden önce, topaklaştırıcılar eklenmeli ve çift veya çok katmanlı ortam filtreleri kullanılmalıdır. Genel olarak, filtrasyon hızı 10 m/saati geçmemeli, 7-8 m/saat idealdir. Filtrasyon hızı ne kadar yavaş olursa, filtrelenmiş suyun kalitesi o kadar iyi olur.

Askıda Katı Maddelerin ve Kolloidal Maddelerin Giderilmesi

Parçacık boyutu 5 μm'den büyük olan safsızlıklar için, 5 μm filtrasyon hassasiyetine sahip filtreler kullanılabilir. Bununla birlikte, 0,3 ile 5 μm arasındaki ince parçacıklar ve kolloidler için geleneksel filtrasyon tekniklerinin kullanımı zordur. Ultrafiltrasyon bu parçacıklar ve kolloidler üzerinde mutlak bir uzaklaştırma etkisi gösterse de, içi boş lifli ultrafiltrasyon membranları için son derece zararlıdır. Özellikle, kolloidal parçacıklar elektrik yükü taşır ve molekül ve iyonların agregatlarıdır. Kolloidlerin sudaki stabilitesi esas olarak aynı yüke sahip kolloidal parçacıklar arasındaki karşılıklı itmeden kaynaklanır.

Ham suya, kolloidal parçacıkların zıt yüküne sahip yüklü bir madde (flokülatör) eklemek, kolloidal parçacıkların stabilitesini kırar, onları nötralize eder ve dağılmış kolloidal parçacıkların büyük topaklar halinde bir araya gelmesine neden olur; bu topaklar daha sonra filtrasyon veya çöktürme yoluyla kolayca uzaklaştırılabilir. Yaygın olarak kullanılan flokülantlar arasında alüminyum sülfat, polialüminyum klorür, demir sülfat ve demir klorür gibi inorganik elektrolitler bulunur. Organik flokülantlar arasında poliakrilamid, sodyum poliakrilat ve poliimid bulunur. Bu yüksek molekül ağırlıklı polimerler, kolloidal parçacıkların yüzey yükünü nötralize ederek hidrojen bağları ve "köprüleme" oluşturabildikleri için, pıhtılaşma ve çöktürme hızla tamamlanır ve su kalitesinde önemli bir iyileşme sağlanır. Bu nedenle, son yıllarda polimerik flokülantlar, inorganik flokülantların yerini alma eğilimi göstermiştir.

Pıhtılaştırıcılar eklenirken, pıhtılaşma etkisini artırmak için pH düzenleyiciler (kireç ve sodyum karbonat), oksitleyiciler (klor ve ağartıcı toz), stabilizatörler (suda çözünen lif) ve adsorbanlar (poliakrilamid) gibi pıhtılaştırıcı yardımcı maddeler eklenebilir.

Topaklayıcılar genellikle sulu çözeltiler halinde hazırlanır ve dozaj pompaları kullanılarak eklenir veya su tedarik boru hattına monte edilen enjektörler kullanılarak doğrudan su arıtma sistemine verilebilir.

Çözünür Organik Maddenin Giderilmesi

Çözünür organik madde, flokülasyon, sedimantasyon, çoklu ortam filtrasyonu veya ultrafiltrasyon ile tamamen uzaklaştırılamaz. Günümüzde yaygın olarak oksidasyon veya adsorpsiyon yöntemleri kullanılmaktadır.

(1) Oksidasyon Yöntemi: Klor veya sodyum hipoklorit (NaClO) kullanılarak yapılan oksidasyon, çözünebilir organik maddelerin uzaklaştırılmasında etkilidir. Ozon (O3) ve potasyum permanganat (KMnO4) da iyi oksitleyicilerdir, ancak maliyetleri biraz daha yüksektir.

(2) Adsorpsiyon Yöntemi: Aktif karbon veya makro gözenekli adsorpsiyon reçineleri, çözünebilir organik maddeleri etkili bir şekilde uzaklaştırabilir. Bununla birlikte, adsorbe edilmesi zor olan alkoller ve fenoller için oksidasyon hala gereklidir.