Analisis Proses Membran Ultrapenapisan dalam Aplikasi Rawatan Air (II)

Kualiti Bekalan Air Pelarasan

【Pelarasan Suhu Bekalan Air】

Kebolehtelapan bagi Membran Ultrapenapisans secara langsung berkaitan dengan suhu. Kadar resapan modul membran ultrapenapisan biasanya diuji dengan air tulen pada 25℃. Kadar resapan membran ultrapenapisan adalah berkadar terus dengan suhu, dengan pekali suhu kira-kira 0.02/1℃. Iaitu, bagi setiap peningkatan suhu 1℃, kadar resapan meningkat kira-kira 2.0%. Oleh itu, apabila suhu bekalan air rendah (contohnya,

【Pelarasan pH Bekalan Air】

Membran ultrapenapisan yang diperbuat daripada bahan yang berbeza mempunyai julat pH yang berbeza. Contohnya, membran selulosa asetat sesuai untuk pH = 4–6, manakala membran PAN dan PVDF boleh digunakan dalam julat pH 2–12. Jika influen melebihi julat ini, pelarasan diperlukan. Pelaras pH yang biasa digunakan termasuk asid (HCl dan H₂SO₄) dan alkali (NaOH). Oleh kerana garam bukan organik dalam larutan boleh meresap melalui membran ultrapenapisan, tiada masalah dengan polarisasi kepekatan atau penskalaan yang disebabkan oleh garam bukan organik. Oleh itu, kesannya terhadap membran secara amnya tidak dipertimbangkan semasa proses pelarasan kualiti air prarawatan. Tumpuan adalah untuk mencegah pembentukan lapisan koloid, pengotoran membran dan penyumbatan.

Penguasaan dan Pelaksanaan Parameter Operasi yang Betul Parameter operasi adalah sangat penting untuk operasi ultra yang stabil dan jangka panjang.Sistem PenapisanParameter ini secara amnya merangkumi: kadar aliran, tekanan, penurunan tekanan, kadar pelepasan pekatan, nisbah pemulihan dan suhu.

A.

Kadar Aliran: Kadar aliran merujuk kepada halaju linear larutan suapan (air bekalan) yang mengalir di atas permukaan membran. Ia merupakan parameter operasi penting dalam sistem ultrapenapisan. Kadar aliran yang tinggi bukan sahaja membazirkan tenaga dan menghasilkan penurunan tekanan yang berlebihan tetapi juga mempercepatkan degradasi prestasi pemecahan membran ultrapenapisan. Sebaliknya, kadar aliran yang rendah meningkatkan ketebalan lapisan sempadan yang terbentuk pada permukaan membran, menyebabkan pengkutuban kepekatan, yang mempengaruhi kadar permeat dan kualiti permeat. Kadar aliran optimum ditentukan secara eksperimen.

Membran ultrapenapisan gentian berongga, apabila tekanan air masuk dikekalkan di bawah 0.2 MPa, mempamerkan halaju aliran hanya 0.1 m/s pada tekanan dalaman, menunjukkan corak aliran laminar sepenuhnya. Membran tekanan luaran boleh mencapai halaju aliran yang lebih tinggi. Bagi membran ultrapenapisan kapilari, apabila diameter kapilari mencapai 3 mm, halaju aliran boleh ditingkatkan dengan sewajarnya, yang bermanfaat untuk mengurangkan lapisan sempadan kepekatan.

Dua isu mesti ditekankan: Pertama, halaju aliran tidak boleh ditentukan secara sewenang-wenangnya, kerana ia berkaitan dengan tekanan masuk dan kadar aliran cecair suapan. Kedua, untuk gentian berongga atau membran kapilari, halaju aliran tidak konsisten di hujung masuk. Apabila kadar aliran pekat adalah 10% daripada kadar aliran cecair suapan, halaju keluar adalah kira-kira 10% daripada halaju masuk. Tambahan pula, peningkatan tekanan meningkatkan kadar aliran meresap tetapi menyumbang sangat sedikit kepada peningkatan halaju aliran. Oleh itu, peningkatan diameter kapilari dan peningkatan kadar pelepasan pekat (kadar aliran peredaran semula) yang sewajarnya dapat meningkatkan halaju aliran, terutamanya semasa proses kepekatan ultrapenapisan, seperti pemulihan cat elektroforetik, yang dapat meningkatkan kadar ultrapenapisan dengan berkesan.

Dalam julat tekanan yang dibenarkan, meningkatkan bekalan air dan memilih kadar aliran tertinggi adalah bermanfaat untuk memastikan prestasi membran ultrapenapisan gentian berongga.

B.

Tekanan dan Penurunan Tekanan: Julat tekanan operasi membran ultrapenapisan gentian berongga ialah 0.1–0.6 MPa, yang secara amnya merujuk kepada tekanan operasi yang biasanya digunakan untuk merawat larutan dalam domain ultrapenapisan yang ditakrifkan. Memisahkan bahan dengan berat molekul yang berbeza memerlukan pemilihan membran ultrapenapisan dengan potongan berat molekul yang sepadan, oleh itu tekanan operasi juga akan berbeza. Secara amnya, untuk membran tekanan dalam gentian berongga dengan cangkerang plastik, rintangan tekanan cangkerang adalah kurang daripada 0.3 MPa, dan rintangan tekanan gentian berongga secara amnya juga kurang daripada 0.3 MPa. Oleh itu, tekanan operasi hendaklah kurang daripada 0.2 MPa, dan perbezaan tekanan merentasi membran tidak boleh melebihi 0.1 MPa. Membran ultrapenapisan gentian berongga tekanan luaran boleh menahan tekanan sehingga 0.6 MPa, tetapi untuk modul membran tekanan luaran cangkerang plastik, tekanan operasi juga 0.2 MPa. Perlu ditekankan bahawa kerana membran tekanan dalam mempunyai diameter yang lebih besar, apabila digunakan sebagai membran tekanan luaran, ia mudah diratakan dan dipotong pada titik ikatan, menyebabkan kerosakan. Oleh itu, membran tekanan dalam dan luar tidak boleh ditukar ganti.

Apabila tekanan tertentu diperlukan untuk ultrafiltrat yang akan digunakan dalam proses seterusnya, modul membran ultrafiltrasi bersalut keluli tahan karat harus digunakan. Modul membran ultrafiltrasi gentian berongga ini boleh beroperasi pada tekanan 0.6 MPa, sambil membekalkan ultrafiltrat pada tekanan turus air 30 m, atau 0.3 MPa. Walau bagaimanapun, perbezaan tekanan antara bahagian dalam dan luar membran ultrafiltrasi gentian berongga mesti dikekalkan tidak lebih daripada 0.3 MPa.

Semasa memilih tekanan operasi, selain mempertimbangkan rintangan tekanan membran dan selongsong, kebolehmampatan dan rintangan pengotoran membran mesti dipertimbangkan. Tekanan yang lebih tinggi menghasilkan aliran permeat yang lebih besar, tetapi juga pengumpulan bahan terperangkap yang lebih besar pada permukaan membran, yang membawa kepada peningkatan rintangan dan penurunan kadar permeat. Tambahan pula, zarah yang memasuki mikropori membran lebih cenderung menyumbat saluran. Pendek kata, memilih tekanan operasi yang lebih rendah apabila mungkin adalah bermanfaat untuk menggunakan sepenuhnya prestasi membran.

Penurunan tekanan modul membran ultrapenapisan gentian berongga merujuk kepada perbezaan antara tekanan di salur masuk suapan dan tekanan di salur keluar pekatan. Penurunan tekanan berkait rapat dengan kadar bekalan air, kadar aliran dan kadar pelepasan pekatan. Terutamanya untuk membran ultrapenapisan gentian berongga tekanan dalaman atau kapilari, halaju aliran dan tekanan pada permukaan membran secara beransur-ansur berubah sepanjang arah aliran air. Semakin besar isipadu air bekalan, halaju aliran dan pelepasan pekatan, semakin besar penurunan tekanan, mengakibatkan tekanan permukaan membran hiliran gagal mencapai tekanan operasi yang diperlukan. Ini akan menjejaskan jumlah pengeluaran air modul membran. Dalam aplikasi praktikal, penurunan tekanan harus dikawal untuk mengelakkan tahap yang berlebihan. Apabila masa operasi meningkat, pengotoran meningkatkan rintangan aliran, yang membawa kepada penurunan tekanan yang lebih besar. Apabila penurunan tekanan melebihi nilai awal sebanyak 0.05 MPa, pembersihan dan pembukaan sekatan laluan air adalah perlu.

C.

Nisbah Pemulihan dan Pelepasan Kepekatan: Dalam sistem ultrapenapisan, nisbah pemulihan dan pelepasan kepekatan adalah faktor yang saling menyekat. Nisbah pemulihan merujuk kepada nisbah permeat kepada air bekalan, manakala pelepasan kepekatan merujuk kepada jumlah air yang dilepaskan sebelum permeasi. Oleh kerana isipadu air bekalan adalah sama dengan jumlah isipadu air kepekatan dan permeasi, pelepasan kepekatan yang besar menghasilkan nisbah pemulihan yang kecil. Untuk memastikan operasi normal sistem ultrapenapisan, pelepasan kepekatan minimum dan nisbah pemulihan maksimum modul harus dinyatakan.

Dalam projek rawatan air umum, nisbah pemulihan modul membran ultrapenapisan gentian berongga adalah lebih kurang 50-90%. Pemilihan bergantung kepada pelbagai faktor, termasuk komposisi dan keadaan larutan suapan, jumlah bahan yang boleh dikekalkan, ketebalan lapisan pengotoran yang terbentuk pada permukaan membran, dan kesannya terhadap kadar aliran permeat. Dalam banyak kes, nisbah pemulihan yang lebih rendah boleh digunakan, dengan pekatan dilepaskan kembali ke dalam sistem suapan. Ini meningkatkan isipadu peredaran, mengurangkan ketebalan lapisan pengotoran dan dengan itu meningkatkan kadar permeat, kadangkala tanpa meningkatkan penggunaan tenaga setiap unit pengeluaran permeat.

D.

Suhu Operasi: Kebolehtelapan membran ultrapenapisan meningkat dengan peningkatan suhu. Secara amnya, kelikatan larutan akueus berkurangan dengan suhu, sekali gus mengurangkan rintangan aliran dan seterusnya meningkatkan kadar permeat. Suhu sebenar larutan bekalan di tapak kerja harus dipertimbangkan dalam reka bentuk kejuruteraan.

Terutamanya dengan perubahan bermusim, pengawalaturan suhu harus dipertimbangkan apabila suhu terlalu rendah; jika tidak, kadar permeasi mungkin berbeza kira-kira 50% dengan perubahan suhu. Tambahan pula, suhu yang terlalu tinggi juga akan menjejaskan prestasi membran. Dalam keadaan biasa, suhu kerja membran ultrapenapisan gentian berongga hendaklah 25±5℃. Jika keadaan suhu yang lebih tinggi diperlukan, bahan membran dan bahan cangkerang tahan suhu tinggi boleh dipilih.