Su Arıtma Uygulamalarında Ultrafiltrasyon Membranlarının Proses Analizi (II)

Su Temini Kalitesi Ayarlama

【Su Besleme Sıcaklığının Ayarlanması】

Geçirgenliği Ultrafiltrasyon MembranıGeçirgenlik oranı doğrudan sıcaklıkla ilişkilidir. Ultrafiltrasyon membran modüllerinin geçirgenlik oranı genellikle 25℃'de saf su ile test edilir. Ultrafiltrasyon membranlarının geçirgenlik oranı, yaklaşık 0,02/1℃'lik bir sıcaklık katsayısı ile sıcaklıkla doğru orantılıdır. Yani, sıcaklıktaki her 1℃'lik artış için geçirgenlik oranı yaklaşık %2,0 artar. Bu nedenle, su besleme sıcaklığı düşük olduğunda (örneğin,

【Su Kaynağının pH Değerinin Ayarlanması】

Farklı malzemelerden yapılmış ultrafiltrasyon membranlarının farklı pH aralıkları vardır. Örneğin, selüloz asetat membranlar pH = 4–6 için uygundur, PAN ve PVDF membranlar ise 2–12 pH aralığında kullanılabilir. Giriş suyu bu aralığı aşarsa, ayarlama gereklidir. Yaygın olarak kullanılan pH ayarlayıcılar arasında asitler (HCl ve H₂SO₄) ve alkaliler (NaOH) bulunur. Çözeltideki inorganik tuzlar ultrafiltrasyon membranından geçebildiğinden, inorganik tuzların neden olduğu konsantrasyon polarizasyonu veya kireçlenme sorunları yoktur. Bu nedenle, ön arıtma su kalitesi ayarlama sürecinde membran üzerindeki etkileri genellikle dikkate alınmaz. Odak noktası, kolloidal tabaka oluşumunu, membran kirlenmesini ve tıkanmasını önlemektir.

Çalışma Parametrelerinin Doğru Kontrolü ve Uygulanması Ultra cihazın uzun vadeli ve istikrarlı çalışması için çalışma parametreleri son derece önemlidir.Filtrasyon SistemiBu parametreler genellikle şunları içerir: akış hızı, basınç, basınç düşüşü, konsantre boşaltma hızı, geri kazanım oranı ve sıcaklık.

A.

Akış Hızı: Akış hızı, membran yüzeyinden akan besleme çözeltisinin (besleme suyu) doğrusal hızını ifade eder. Ultrafiltrasyon sistemlerinde çok önemli bir işletme parametresidir. Yüksek akış hızı sadece enerji israfına ve aşırı basınç düşüşüne neden olmakla kalmaz, aynı zamanda ultrafiltrasyon membranının kırılma performansının bozulmasını da hızlandırır. Tersine, düşük akış hızı, membran yüzeyinde oluşan sınır tabakasının kalınlığını artırarak konsantrasyon polarizasyonuna neden olur ve bu da hem geçirgenlik oranını hem de geçirgenlik kalitesini etkiler. Optimum akış hızı deneysel olarak belirlenir.

İçi boş lifli ultrafiltrasyon membranları, giriş suyu basıncı 0,2 MPa'nın altında tutulduğunda, iç basınçta yalnızca 0,1 m/s'lik bir akış hızı sergiler ve bu da tamamen laminer bir akış modelini gösterir. Dış basınçlı membranlar daha yüksek akış hızlarına ulaşabilir. Kılcal ultrafiltrasyon membranlarında ise, kılcal çap 3 mm'ye ulaştığında akış hızı uygun şekilde artırılabilir, bu da konsantrasyon sınır tabakasının azaltılması için faydalıdır.

İki hususa dikkat çekmek gerekir: Birincisi, akış hızı giriş basıncı ve besleme sıvısı akış hızıyla ilişkili olduğundan keyfi olarak belirlenemez. İkincisi, içi boş lifli veya kılcal membranlar için, akış hızı giriş ucunda tutarsızdır. Konsantre akış hızı, besleme sıvısı akış hızının %10'u olduğunda, çıkış hızı giriş hızının yaklaşık %10'u olur. Ayrıca, basıncın artırılması geçirgen akış hızını artırır ancak akış hızının artmasına çok az katkıda bulunur. Bu nedenle, kılcal çapın artırılması ve konsantre deşarj hızının (geri dönüşüm akış hızı) uygun şekilde artırılması, özellikle elektroforetik boyanın geri kazanımı gibi ultrafiltrasyon konsantrasyon süreçlerinde akış hızını iyileştirebilir ve ultrafiltrasyon hızını etkili bir şekilde artırabilir.

İzin verilen basınç aralığı içinde, su tedarikini artırmak ve en yüksek akış hızını seçmek, içi boş lifli ultrafiltrasyon membranlarının performansını sağlamak için faydalıdır.

B.

Basınç ve Basınç Düşüşü: İçi boş lifli ultrafiltrasyon membranlarının çalışma basıncı aralığı 0,1–0,6 MPa'dır ve bu genellikle ultrafiltrasyonun tanımlanmış alanı içindeki çözeltilerin işlenmesinde tipik olarak kullanılan çalışma basıncını ifade eder. Farklı molekül ağırlıklarına sahip maddelerin ayrılması, karşılık gelen molekül ağırlığı kesme noktalarına sahip ultrafiltrasyon membranlarının seçilmesini gerektirir, bu nedenle çalışma basıncı da farklılık gösterecektir. Genellikle, plastik kabuklu içi boş lifli iç basınçlı membranlar için, kabuk basınç direnci 0,3 MPa'dan azdır ve içi boş lif basınç direnci de genellikle 0,3 MPa'dan azdır. Bu nedenle, çalışma basıncı 0,2 MPa'dan az olmalı ve membran boyunca basınç farkı 0,1 MPa'yı geçmemelidir. Dış basınçlı içi boş lifli ultrafiltrasyon membranları 0,6 MPa'ya kadar basınca dayanabilir, ancak plastik kabuklu dış basınçlı membran modülleri için çalışma basıncı da 0,2 MPa'dır. Şunu belirtmek gerekir ki, iç basınç membranı daha büyük çaplı olduğundan, dış basınç membranı olarak kullanıldığında kolayca düzleşir ve bağlantı noktasından kesilerek hasara neden olur. Bu nedenle, iç ve dış basınç membranları birbirinin yerine kullanılamaz.

Ultrafiltratın bir sonraki işlemde kullanılabilmesi için belirli bir basınca ihtiyaç duyulduğunda, paslanmaz çelik gövdeli bir ultrafiltrasyon membran modülü kullanılmalıdır. Bu içi boş lifli ultrafiltrasyon membran modülü, 0,6 MPa basınçta çalışabilirken, 30 m su sütunu veya 0,3 MPa basınçta ultrafiltrat sağlayabilir. Bununla birlikte, içi boş lifli ultrafiltrasyon membranının iç ve dış kısımları arasındaki basınç farkı 0,3 MPa'dan fazla olmamalıdır.

Çalışma basıncını seçerken, membran ve kılıfın basınç direncine ek olarak, membranın sıkıştırılabilirliği ve kirlenme direnci de dikkate alınmalıdır. Daha yüksek basınç, daha fazla geçirgen akışa neden olur, ancak aynı zamanda membran yüzeyinde daha fazla madde birikmesine yol açarak direnci artırır ve geçirgenlik oranını düşürür. Ayrıca, membran mikro gözeneklerine giren parçacıkların kanalları tıkama olasılığı daha yüksektir. Kısacası, mümkün olduğunca düşük bir çalışma basıncı seçmek, membranın performansından tam olarak yararlanmak için faydalıdır.

İçi boş lifli ultrafiltrasyon membran modülünün basınç düşüşü, besleme girişindeki basınç ile konsantre çıkışındaki basınç arasındaki farkı ifade eder. Basınç düşüşü, su besleme hızı, akış hızı ve konsantre deşarj hızı ile yakından ilişkilidir. Özellikle iç basınçlı içi boş lifli veya kılcal ultrafiltrasyon membranlarında, akış hızı ve membran yüzeyindeki basınç, su akış yönü boyunca kademeli olarak değişir. Besleme suyu hacmi, akış hızı ve konsantre deşarj hızı ne kadar yüksek olursa, basınç düşüşü de o kadar büyük olur ve bu da aşağı akış membran yüzey basıncının gerekli çalışma basıncına ulaşamamasına neden olur. Bu durum, membran modülünün toplam su üretimini etkileyecektir. Pratik uygulamalarda, aşırı seviyelerden kaçınmak için basınç düşüşü kontrol edilmelidir. Çalışma süresi arttıkça, kirlenme akış direncini artırarak daha büyük bir basınç düşüşüne yol açar. Basınç düşüşü başlangıç ​​değerini 0,05 MPa aştığında, su yolunun temizlenmesi ve tıkanıklığının giderilmesi gereklidir.

C.

Geri Kazanım Oranı ve Konsantre Deşarjı: Ultrafiltrasyon sisteminde, geri kazanım oranı ve konsantre deşarjı birbirini kısıtlayan faktörlerdir. Geri kazanım oranı, geçirgen suyun besleme suyuna oranını ifade ederken, konsantre deşarjı ise geçirgenlikten önce deşarj edilen su miktarını ifade eder. Besleme suyu hacmi, konsantre ve geçirgen su hacimlerinin toplamına eşit olduğundan, yüksek konsantre deşarjı düşük bir geri kazanım oranına neden olur. Ultrafiltrasyon sisteminin normal çalışmasını sağlamak için, modülün minimum konsantre deşarjı ve maksimum geri kazanım oranı belirtilmelidir.

Genel su arıtma projelerinde, içi boş lifli ultrafiltrasyon membran modüllerinin geri kazanım oranı yaklaşık %50-90 arasındadır. Seçim, besleme çözeltisinin bileşimi ve durumu, tutulabilecek madde miktarı, membran yüzeyinde oluşan kirlenme tabakasının kalınlığı ve bunun geçirgen akış hızına etkisi gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Birçok durumda, konsantre tekrar besleme sistemine geri boşaltılarak daha düşük bir geri kazanım oranı kullanılabilir. Bu, sirkülasyon hacmini artırarak kirlenme tabakasının kalınlığını azaltır ve böylece geçirgen akış hızını iyileştirir; bazen de birim geçirgen üretim başına enerji tüketimini artırmadan.

D.

Çalışma Sıcaklığı: 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. Mühendislik tasarımında, çalışma sahasındaki besleme çözeltisinin gerçek sıcaklığı dikkate alınmalıdır.

Özellikle mevsimsel değişikliklerde, sıcaklık çok düşük olduğunda sıcaklık düzenlemesi dikkate alınmalıdır; aksi takdirde, geçirgenlik oranı sıcaklık değişimleriyle yaklaşık %50 oranında değişebilir. Ayrıca, aşırı yüksek sıcaklıklar da membran performansını etkileyecektir. Normal şartlar altında, içi boş lifli ultrafiltrasyon membranlarının çalışma sıcaklığı 25±5℃ olmalıdır. Daha yüksek sıcaklık koşulları gerekiyorsa, yüksek sıcaklığa dayanıklı membran malzemeleri ve kabuk malzemeleri seçilebilir.