چگونه کار می کند: اصول فیلتراسیون و ترکیب سیستم غشاهای سرامیکی برای جداسازی آب روغن

1. اول، یک شهود را از بین ببرید: سوء تفاهم "الک".

بسیاری از مردم، با مشاهده اولین غشاهای سرامیکی برای حذف روغن، به طور شهودی آنها را به عنوان "الک" در نظر می گیرند-روغن بزرگ است، آب کوچک است، بنابراین روغن حفظ می شود و آب از آن عبور می کند. این تشبیه اشتباه نیست، اما مهم ترین نیمه را از دست می دهد: در فاضلاب های روغنی، چیزی که واقعاً حفظ آن دشوار است، قطرات بزرگ روغن نیست، بلکه روغن امولسیون شده زیر میکرونی است که توسط سورفکتانت ها تثبیت شده است. آنچه واقعاً موفقیت یا شکست را تعیین می‌کند این است که "اینکه منافذ به اندازه کافی کوچک هستند یا نه"، بلکه "این است که آیا روغن غشاء را آلوده می‌کند و پس از آلوده شدن، می‌توان آن را پاک کرد یا خیر." برای توضیح واضح چگونهغشاهای سرامیکی برای جداسازی آب روغنکار، باید با عمل اصلی آنها-فیلترسازی جریان متقابل- شروع شود.

2.-فیلتر جریان متقاطع: نه "بن بست"، بلکه "جریان در حین شستشو"

فیلتر{0}}جریان متقاطع کاملاً با «فیلتر-بن بست» که در خانه برای فیلتر کردن شیر سویا استفاده می‌شود متفاوت است. در فیلتراسیون بن بست، مایع تغذیه مستقیماً به سطح غشاء فشار داده می شود و آب و روغن هر دو در یک جهت برخورد می کنند. روغن به سرعت در یک کیک روی سطح غشاء انباشته می شود و شار مانند صخره-به شدت سقوط می کند. در فیلتراسیون جریان متقاطع، مایع تغذیه با سرعت زیاد در امتداد سطح غشاء "به سمت" جریان می یابد. آب تحت فشار قرار می گیرد تا به صورت عمودی از غشاء عبور کند و به نفوذی شفاف تبدیل شود، در حالی که قطرات روغن و آلاینده ها به طور مداوم توسط این نیروی برشی موازی با سطح غشا از بین می روند و با کنسانتره تخلیه می شوند. به عبارت دیگر، غشاء به طور غیر فعال آلاینده ها را "گرفتن" نمی کند. به طور فعال آلاینده ها را دور می کند. این به ویژه برای فاضلاب روغنی بسیار مهم است: هنگامی که روغن روی سطح غشاء پخش می شود، حذف آن بسیار دشوار است و برش جریان متقاطع دقیقاً اولین خط دفاعی در برابر پخش روغن است. همچنین به همین دلیل است که تصفیه فاضلاب روغنی تقریباً همیشه از جریان متقاطع استفاده می کند تا بن بست.

شکل: جریان فرآیند معمولی یک روغن غشایی سرامیکی-سیستم جداسازی آب: آب خام روغنی پس از پیش تصفیه وارد ماژول غشاء می شود. تحت برش جریان متقاطع، مایع شفاف از طریق غشاء نفوذ می کند تا به آب محصول تبدیل شود، در حالی که روغن غلیظ و آلاینده ها از سمت کنسانتره تخلیه می شوند، و سیستم را می توان به اسمز معکوس پایین دست یا مرحله تصفیه بیولوژیکی متصل کرد.

2.1 قطبش تمرکز و شار بحرانی

فیلتر{0}}جریان متقاطع نیز دو مفهوم را به همراه دارد که باید درک شوند. در غیر این صورت، بسیاری از پدیده های میدانی قابل توضیح نیستند. اولین مورد، قطبش غلظت است: آب از غشاء عبور می کند، در حالی که روغن و مواد جامد معلق در نزدیکی سطح غشاء حفظ می شوند. هرچه به سطح غشاء نزدیکتر باشد، غلظت آن بیشتر می شود و یک گرادیان غلظت را تشکیل می دهد. این گرادیان مقاومت نفوذ را افزایش می دهد و شار را کاهش می دهد، اما خود برگشت پذیر است. هنگامی که برش جریان متقاطع لایه مرزی را نازک می کند، شار می تواند بازیابی شود. دوم شار بحرانی است: یک آستانه شار وجود دارد که در زیر آن رسوب به آرامی جمع می شود و سیستم در دراز مدت پایدار می ماند. در بالای آن، رسوب به سرعت تشدید می شود و تمیز کردن مکرر می شود. در مهندسی، بهتر است به آرامی زیر شار بحرانی کار کنیم تا اینکه به دنبال شار بالا موقتی باشیم. این دو مفهوم کلید درک «چرا غشاهای سرامیکی به جریان متقاطع- نیاز دارند» و «چرا نمی‌توان فشار را افزایش داد» هستند و همچنین توضیح می‌دهند که چرا اکتشاف مقیاس آزمایشی برای سیستم‌های فاضلاب روغنی اهمیت ویژه‌ای دارد.

3. میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون: روغن در چه مقیاسی حفظ می شود؟

بنابراین غشاها واقعاً در چه مقیاسی روغن را حفظ می کنند؟ این به تقسیم کار بین میکروفیلتراسیون (MF) و اولترافیلتراسیون (UF) منتهی می شود. MF منافذ نسبتاً بزرگتری دارد و عمدتاً جامدات معلق، قطرات بزرگ روغن و بخشی از روغن پراکنده را حفظ می کند. UF دارای منافذ ظریف تری است که دقیقاً در محدوده اندازه قطرات روغن امولسیون شده قرار می گیرد و نیروی اصلی برای حفظ روغن امولسیون شده زیر میکرونی است. محدوده‌های میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون که معمولاً در غشاهای سرامیکی استفاده می‌شوند، دقیقاً دشمن «بهترین بخش روغن» در فاضلاب‌های روغنی هستند. جدول زیر تفاوت های کیفی بین این دو را فهرست می کند تا به شما کمک کند ابتدا تعیین کنید که "روغن تا چه حد حفظ شده است" در هنگام انتخاب.

3.1 اندازه منافذ کوچکتر نیست بهتر

لازم به ذکر است که اندازه منافذ هر چه کوچکتر نباشد بهتر است. هر چه غشاء متراکم تر باشد، مقاومت در برابر نفوذ آب بیشتر می شود، مصرف انرژی بیشتر می شود و با پل زدن آلاینده های ریز راحت تر به آن متصل می شود. در مهندسی، اصل "فقط کافی" است: ابتدا از پیش تصفیه برای حذف ذرات بزرگ و روغن آزاد استفاده کنید، سپس اجازه دهید اولترافیلتراسیون سرامیکی بر روی سخت ترین روغن امولسیون شده تمرکز کند، نه اینکه انتظار داشته باشیم که یک غشاء همه کارها را انجام دهد. این همچنین اصلی ترین مفهوم "مرحله سازی" در طراحی سیستم غشای سرامیکی برای تصفیه فاضلاب روغنی است.

4.از یک غشاء واحد به یک سیستم کامل

مقیاس بندی یک غشاء واحد تا یک سیستم کامل در واقع از نظر ترکیب مرموز نیست، اما هر قسمت دارای ویژگی های خاص خود است. بخش اول ماژول غشایی و عنصر غشایی است. غشاهای سرامیکی عمدتاً به صورت-عناصر لوله‌ای لانه زنبوری چند کاناله ظاهر می‌شوند. مایع تغذیه از طریق کانال ها جریان می یابد و آب از طریق دیواره لوله به بیرون نفوذ می کند-این ساختار در برابر رسوب-مقاوم است و به راحتی تمیز می شود و به ویژه برای آب کثیف مناسب است. بخش دوم پمپ تغذیه و حلقه جریان متقاطع است که دو چیز را فراهم می کند: اختلاف فشار غشایی لازم برای راندن مایع تغذیه از طریق غشا، و سرعت برشی مورد نیاز در سطح غشا. اگر سرعت برشی کافی نباشد، روغن به غشاء می‌چسبد. بخش سوم مجموعه ای از سمت مایع شفاف و سمت کنسانتره است. مایع شفاف به سمت استفاده مجدد یا فرآیندهای پایین دست می رود و آب غلیظ شده با روغن تخلیه می شود. بخش چهارم، واحد تمیز کردن (CIP) است، که سلاح مخفی است که غشاهای سرامیکی را "بادوام در استفاده" می‌کند-می‌تواند شار را با اسید و قلیایی قبل از تجمع رسوب تا حدی که عملکرد را تحت تأثیر قرار دهد، شستشو دهد.

در سطح ماژول غشایی، شکل غشاهای سرامیکی معمولاً به جای صفحات مسطح یا الیاف توخالی،{0}}لوله‌ای چند کاناله یا عناصر یکپارچه لانه زنبوری است. مزایای این فرم ساده است: سرعت جریان بالا و برش قوی در داخل کانال ها، که آن را به ویژه برای آب کثیف مناسب می کند. هنگامی که دیواره لوله فلس شد یا روغن چسبید، می توان آن را به صورت آنلاین با توپ های اسفنجی مکانیکی تمیز کرد، کاری که غشاهای آلی نمی توانند انجام دهند. اگرچه چگالی بسته بندی به اندازه الیاف توخالی نیست، اما آنچه در ازای آن به دست می آید مقاومت در برابر گرفتگی، سهولت تمیز کردن و عمر طولانی است. هنگام انتخاب، به جای نگاه کردن به تنها یک مورد، باید شار، ردپا، و راحتی تمیز کردن را بسنجید. برای یک "کار کثیف" مانند فاضلاب روغنی، غشاهای سرامیکی لوله-یا چند کاناله اغلب انتخاب واقعی تری هستند.

کنترل رسوب خط اصلی روزانه کل سیستم است. در طول عملیات عادی، برش جریان متقاطع، پیشگیری از رسوب گیری "آنلاین" را فراهم می کند. به صورت دوره‌ای، از تراوا برای شستشوی معکوس استفاده می‌شود تا آلاینده‌های کم عمق را از سطح غشاء خارج کرده و به "بازیابی کوتاه مدت-" دست یابد. هنگامی که شستشوی معکوس دیگر نمی تواند کاهش شار را سرکوب کند، تمیز کردن شیمیایی (CIP) با استفاده از غلظت های مناسب اسید، قلیایی یا اکسیدان برای حل و جداسازی لجن روغن آلی، پوسته پوسته شدن و لجن میکروبی فعال می شود. دلیل اینکه غشاهای سرامیکی جرات استفاده از تمیز کردن قوی را دارند این است که مواد معدنی قوی هستند. اگر غشاهای آلی به همان میزان تهاجمی تمیز شوند، اغلب با هر تمیز کردن آسیب می بینند. به همین دلیل، رسوب‌های برگشت‌ناپذیر به آرامی در غشاهای سرامیکی انباشته می‌شوند، منحنی کاهش شار ملایم است، و «پیش‌بینی‌پذیری» طولانی‌مدت عملیاتی به مراتب بهتر از غشاهای آلی است-این برای خطوط تولیدی که نیاز به انطباق پایدار دارند، ارزش بسیار زیادی دارد.

4.1 استراتژی تمیز کردن: CIP "هنگام کثیف شدن" نیست

به طور خاص در مورد استراتژی تمیز کردن، CIP به اندازه "شستن آن در هنگام کثیف" معمولی نیست. تمیز کردن قلیایی رسوب روغن آلی و لجن بیولوژیکی را هدف قرار می دهد، اسید پاک کننده پوسته پوسته شدن غیر آلی را هدف قرار می دهد، و اکسیدان ها برای کشتن میکروارگانیسم ها و تجزیه برخی از مواد آلی استفاده می شوند. توالی، غلظت، دما، زمان و سرعت جریان گردش خون همگی بر اثربخشی بازیابی و همچنین بر عمر غشا تأثیر می‌گذارند. یک رویکرد معقول، ایجاد رکوردهای مرتبط از "شار-اختلاف فشار-تمیز کردن" است: به طور معمول روندهای شار نرمال شده و اختلاف فشار گذرنده را بررسی کنید. هنگامی که کاهش به یک مقدار نسبی از پیش تعیین شده رسید، برنامه تمیز کردن. و پس از تمیز کردن، میزان بازیابی را ثبت کنید و در نتیجه فرکانس و مواد شیمیایی را بهینه کنید. تبدیل تمیز کردن از "با احساس" به "توسط داده" کلیدی برای استفاده طولانی مدت غشاهای سرامیکی است.

5. طبقه بندی رسوب و "نسخه" مربوطه

وقتی صحبت از تمیز کردن می شود، نمی توان از تعداد انواع رسوب گیری اجتناب کرد، زیرا رسوب های مختلف به «نسخه های» متفاوتی نیاز دارند. بر اساس منبع، آنها را می توان تقریباً به سه نوع تقسیم کرد: رسوب آلی، عمدتاً لایه های روغن، پروتئین ها و متابولیت های میکروبی، که معمولاً با تمیز کردن قلیایی همراه با سورفکتانت ها حذف می شوند. پوسته پوسته شدن غیر آلی، از کلسیم، منیزیم، سیلیکون و غیره در آب، حل شده توسط تمیز کردن اسید. و لجن بیولوژیکی که در اثر تکثیر میکروبی ایجاد می شود و توسط اکسیدان ها یا بیوسیدها کنترل می شود. در عملیات واقعی، این سه اغلب با هم وجود دارند و در هم تنیده می‌شوند، بنابراین طرح تمیز کردن اغلب به ترکیب و دنباله‌ای از «اکسیدان-اسیدی-قلیایی» است تا یک ماده شیمیایی. برای فاضلاب های روغنی، رسوب آلی مقصر اصلی است، و تمیز کردن قلیایی پایه است. اما اگر سختی ورودی بالا باشد، تمیز کردن اسید نیز ضروری است. فقط با قضاوت واضح در مورد نوع رسوب و سپس بحث در مورد تمیز کردن، می توان هم به طور کامل تمیز کرد و هم از آسیب رساندن به غشاء جلوگیری کرد-این دقیقاً همان جایی است که ارزش مقاومت شیمیایی مواد غشای سرامیکی نهفته است، و همچنین این ناحیه ای است که بیشتر به پشتیبانی داده های میدانی هنگام طراحی یک سیستم تمیز کردن نیاز دارد.

شکل: مقایسه رتبه بندی کیفی بین غشاهای سرامیکی و غشاهای آلی پلیمری در ابعاد کلیدی مانند مقاومت در برابر رسوب، مقاومت در برابر دما، مقاومت در برابر تمیز کردن شیمیایی، عمر مفید و بازیابی شار (تصویر نسبی، نه مقادیر خاص).

6. موقعیت آن در کل خط تولید: دروازه بان پیش درمان

با نگاهی به سیستم غشایی در کل خط تولید، موقعیت آن معمولاً موقعیت یک "دروازه بان پیش تصفیه" است. در بالادست، پیش تصفیه هایی مانند جداسازی روغن، شناورسازی هوا، و مخازن یکسان سازی وجود دارند که مسئول ابتدا بیشتر روغن آزاد و جامدات معلق سنگین را حذف می کنند، غشای سرامیکی را از آسیب دیدن ذرات بزرگ و کور شدن فوری توسط روغن بیش از حد محافظت می کنند. در پایین‌دست، درمان‌های پیشرفته برای استفاده مجدد-در روش‌های اسمز معکوس نمک‌زدایی، دسته‌های تبادل یونی برای نرم کردن یا حذف یون‌های خاص، و مرحله بیولوژیکی تجزیه مواد آلی محلول را کنترل می‌کند. تنها زمانی که غشاهای سرامیکی روغن را به میزان کافی کم می‌کنند، می‌توانند با خیال راحت کار کنند: غشاهای RO توسط روغن مسدود نمی‌شوند، رزین‌ها با روغن مسموم نمی‌شوند و مخازن بیولوژیکی هوادهی با لایه‌های روغنی ندارند. می توان گفت که اگر این مانع غشایی سرامیکی نگه داشته شود، پایداری کل زنجیره استفاده مجدد پایین دست نیز از مزایای آن برخوردار است.

جدول زیر واحدهای کلیدی، عملکردها و نگرانی‌های طراحی یک سیستم جداسازی آب غشای سرامیکی- را خلاصه می‌کند، که بررسی‌های پیکربندی سایت را تسهیل می‌کند.

در این مرحله، منطق کار ازغشاهای سرامیکی برای جداسازی آب روغنروشن می شود: این یک "فیلتر" مجزا نیست، بلکه یک سیستم مهندسی مینیاتوری برای "پیشگیری از رسوب جریان متقابل + حفظ مرحله ای + تمیز کردن قابل بازیابی + هماهنگی بالادست/پایین دست است." درک این موضوع مهمتر از به خاطر سپردن هر یک از پارامترها است-زیرا وقتی مشکلات در میدان رخ می دهند، نه بار از هر ده بار از "هماهنگی سیستم" ناشی می شود تا "خود غشاء".

7. روش عملیاتی: اول تعادل آب

در سطح عملیاتی، روش تأیید شده مکرر همچنان اعمال می شود: ابتدا تعادل آب را برای روشن کردن حجم آب و مقصد کنسانتره انجام دهید. سپس کیفیت آب را طبقه بندی کنید تا مشخص شود کدام نوع روغن غالب است و چه آستانه کیفیت آب مورد نیاز پایین دست است. در نهایت دوره بازپرداخت و هزینه کل مالکیت را برای تصمیم گیری در مقیاس سیستم و استراتژی تمیز کردن محاسبه کنید. تنها با اجرای محکم این سه مرحله می‌توان مکانیسم «نحوه کار» غشاهای سرامیکی واقعاً به آب شفاف پایدار و روغن قابل بازیافت در خط تولید شما تبدیل شود.