Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Víztisztítás membrántechnológiával Dr. Pólik András GE Water & Process Technologies.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Víztisztítás membrántechnológiával Dr. Pólik András GE Water & Process Technologies."— Előadás másolata:

1 Víztisztítás membrántechnológiával Dr. Pólik András GE Water & Process Technologies

2 Témakörök 1.Membrántechnológiai alapfogalmak a)A membránokról általában b)Alapfogalmak 2.Ivóvíz előállítás a)Víztisztítás ultraszűréssel b)Az ultraszűrés alkalmazási módjai 3.Ipari víztisztítás a)Fordított ozmózis b)EDI (Elektrodeionizáció) c)EDR (Eletrodialízis reverzál) 4.Tervezési példa 5.Ipari (nem biológiai) szennyvíztisztítás 6.Megvalósult projektek

3 3

4 Szűrési spektrum 4 Szűrés módjaRésméret mikronFelhasználhatóság Homok>50durva szűrés Mikro0,1-3Ivóvíz tisztítás Ultra0,01-0,1 Lebegő anyagok eltávolítása. Ivóvíz tisztítás, RO előkezelés Nano0,001- 0,01 Nagyobb ionok eltávolítása (pl. vízlágyítás) Fordított ozmózis<0,001Ionok eltávolítása

5 Membrántechnológiai alapfogalmak

6 Terminológia 6  Mikroszűrés (MF)  Ultraszűrés (UF)  Nanoszűrés (NF)  Fordított ozmózis (RO)  Membránnyomás (TMP);  Permeátum Fluxus;  Membrán Permeabilitás.  Membrán integritás teszt (MIT)  Nyomáscsökkenés teszt (PDT)  Visszamosás (Backpulse – BP);  Visszamosó tisztítás (Backwash – BW);  Karbantartó tisztítás (MC);  Regeneráló tisztítás (RC); Fordított ozmózis (RO)  Elektrodeionizáció (EDI)  Elektrodialízis reverzál (EDR)

7 A membránokról

8  Membránok különböző vastagságú, a homogén vagy heterogén szerkezetek, amelyek két fázis szétválasztásra szolgálnak, mint egy szelektív gát.  Működésükhöz hajtóerő szükséges, amely lehet:  Nyomás (pozitív, vagy negatív)  Elektromos áram  Koncentráció különbség 8 A membrán Fázis 1 Fázis 2 membrán

9 A membrán Típusok Két alaptípus létezik: Porózus (UF, MF) Nem porózus(RO, NF) általában vékony film Támasztó réteg Porózus réteg Nem porózus film Composite Membrane Cross-section UF, MF MembraneRO, NF Membrane Top Surface Cross-Section

10  Az effektív felület  Az a felület, ami a szeparációban ténylegesen részt vesz.  Pórusméret  Az effektív mérete a pórusoknak amiken keresztül a szeparáció megvalósul.  Mértékegységei:  Mikron  Angstrom ( Å ),  Dalton (D),  Molekulasúly 10 Membrán Jellemzők

11 Membrán Pórusméret 11 Pórusok száma Pórusméret Nominal pórusméret

12 A Membránok képesek:  A vízben található szennyeződések eltávolítására  A szennyeződések koncentrálására a koncentrátum áramban  Szelektív molekula méret szerinti szeparációra  Mikroorganizmusok eltávolítására A Membránok NEM képesek:  100% szeparációra  Eltömődés esetén effektív működésre  A szennyeződések széles spektrumának egyidejű eltávolítására 12 Membrán Működési limitek

13  Szemi-permeábilis membránok:  Melyek csak bizonyos anyagokat bocsátanak át. (pl. ioncserélő membránok)  Természetes Membránok:  Rugalmas, általában felületi anyagok, mint pl. gyümölcshéj, bőr sejtfal. Alapvetőek az életműködéshez  Kerámia membránok (természetes anyag, de „gyártott”)  Szintetikus membránok:  Polimerek, kerámia, fém, vagy impregnált porózus anyagok, gelek;  Vastagságuk általában 0.1 to 0.5 mm. 13 Membrán típusok Az anyaguktól függően

14 Feed Water Filtrate Membrán típusok A szűrési irány alapján Filtrate Feed water Inside-out (dead end) Outside-in (dead-end)

15 15 Membrán típusok Az az alkalmazott nyomástól függően Nyomás alattiVákuumos

16 Membrán típusok 16 Anyaguktól függően Követelmények:  Nagy porozitás  Erős (rugalmas, nyomástűrő) polimer  Hidrofil jelleg  Széles pH tartomány tolerancia  Jó oxidálószer (szabad klór) tolerancia  Jó megmunkálhatóság (gyártás)  Alacsony ár

17  Csöves  (MF, UF)  Üreges szálú  (UF)  Kerámia  Lapmembrán (MF, UF)  Tekercs  (NF, RO) Membrán típusok 17 A kialakításuktól függően

18 Csöves membránok

19 Funkciója: Lebegőanyag eltávolítás Koagulációval részleges szerves anyag eltávolítás Működés: Belülről kifelé szűr Fluxus: lmh Üzemi nyomás: 3,5-5,0 bar Működési hőmérséklet: C Működési limitek: Hőmérséklet C Nyomás maximum: 5,5 bar pH 3-10 Max olaj tartalom: 40% Max lebegőanyag:30,000 mg/l Előny: Magas szervesanyag tolerancia: KOI <3,000 mg/l Magas olaj tartalom tolerancia: 200 –2000 mg/l Nagy lebegőanyag tolerancia: <30000 mg/l Kis vízmennyiségek tisztítására <1500 m3/d Könnyen konténerizálható Alacsony eltömődési ráta, a turbuláris áramlás miatt Magas fluxus érhető el lmh Hosszú membrán élettartam év

20 Üreges szálú membránok Típusok..\Presentation rus\ZW fibre.avi Lehetnek: Bemerülő, membránok. A membránok a membránmedencében vannak víz alatt. A működéshez szükséges hajtóerőt vákuum biztosítja. Nyomás alatt működőek. A membránok nyomástartó csőben vannak A működéshez szükséges hajtóerőt nyomás biztosítja.

21 Üreges szálú membránok Felépítés Három részből áll:  Membrán  (Tartóréteg)  Üreges rész Működési mód: Outside in (kívülről befelé)

22 ZeeWeed ® 500 Flow Diagram Üreges szálú membránok Bemerülő membránok működési elve..ZW fibre.aviZW fibre.avi

23 23 Üreges szálú membránok A nyomás alatti membránok működési elve

24 Üreges szálú membránok Összefoglalás Funkció: Lebegőanyag eltávolítás Koagulációval részleges szerves anyag eltávolítás Eleveniszap szűrésére is alkalmas. Működés: Kívülről befelé szűr Egyszerű, teljesen automatizált folyamat Rendszeres automatikus visszamosás Üzemi nyomás +/- 0,5 bar Fluxus:25-45 lmh Limitek: 2 0 C < Hőmérséklet <40 0 C. 5< üzemi pH <9.5 2< tisztítási pH <10.5 (12) Max. olaj koncentráció:0,2 mg/l Max lebegőanyag: 10,000 mg/l Előnyök: Jobb lebegőanyag eltávolítás, mint MMF-el Nagy mikroorganizmus eltávolítási hatásfok Alacsonyabb működési költség, mint a nyomás alatti rendszereknél. Kis helyigény

25 Kerámia membránok 25

26 Spirális (tekercselt) membránok Jellemzői Keresztirányú (Cross flow) szűrés Két vízáram van Permeátum: Koncentrátum: Az oldott ionok a koncentrátum áramban maradnak. Tipikus pórusméret: < microns

27 Spirális (tekercselt) membránok Felépítés Mg+ + Cl - Na+ SO 4 -- Na + Mg ++ SO 4 -- Ca++ Cl - Tartóréteg Membrán Permeátum vezető csatorna Tartóréteg Membrán

28 Spirális (tekercselt) membránok Összefoglalás Funkció: Oldott anyagok (ionok) eltávolítása Működés Működési nyomás:3,5-80 bar Tisztítás:CIP (Cleaning in place) Limitek: Nem alkalmazható lebegőanyag eltávolítására Maximum hőmérséklet:80 0 C Maximum nyomás: 80 bar Előnyök: Nagy ion eltávolítási hatásfok Frakcionált elválasztást is lehetővé tesz.

29 Alapdefiníciók

30 Nyersvíz:  Az a víz, amiből a szennyezőanyagok eltávolítandók (általában előkezelést igényel) Koncentrátum (Reject, concentrate):  A nyersvíz azon része, amely nem jut át a membránokon. Tisztított víz (Permeátum)  A nyersvíz azon része, amely átjut a membránokon (általában utókezelést igényel) 30 Alap definíciók

31 Transzmembrán nyomás (TMP):  A membrán felületén és a membrán belsejében lévő nyomáskülönbség.  Nem keverendő össze a csövekben lévő nyomással!  TMP egy kritikus paraméter ami a teljes membrán rendszer állapotát tükrözi  Számolt érték 31 Alap definíciók Transzmembrán nyomás (TMP) TMP = Kollektor nyomás + (A+B – H) x C C = konverziós factor, a víz mélységétől és a nyomástól függ (m) to (kPa)(m) to (mbar) C = 9.806C = 98.06

32 Alap definíciók 32 A TMP meghatározása nyomás alatt működő membránoknál

33 Permeátum fluxus  Az a vízmennyiség, ami egységnyi idő alatt egy egységnyi membránfelületen áthalad.  Mértékegysége: liter/m 2 /óra (LMH) Miért fontos?  A fluxus meghatározza a az alkalmazandó membránszámot.  A fluxus az alapja a permeabiltás számolásnak.. A fluxus meghatározása: Fluxus (LMH) = permeatum térfogatáram (liter/perc) * 60 (perc/óra) membrán felület (m 2 ) 33 Alap definíciók A fluxus

34 Alap definíciók A fluxus kiválasztása KonzervatívAgresszív Hosszú távon működőképes Nagy az eltömődési potenciál Hosszú membrán élettartamRövidebb membrán élettartam Nagyobb beruházási költségAlacsonyabb beruházási költség Magasabb működési költségAlacsonyabb működési költség (50) lmh40-50 (70) lmh

35 Permeabilitás (áteresztőképeség)  Egy normalizált módszer a membrán áteresztőképesség meghatározására Miért fontos?  A membrán az eltömődéssel egyenes arányban egyre nehezebben képes (egyre nagyobb „erőt” fejt ki) a megfelelő vízmennyiség átbocsátására.  A permeabiltás a membrán eltömődésének a mérőszáma Számolása: Permeabilitás (LMH/bar) = Permeatum fluxus (LMH) Transmembrane Pressure (bar) 35 Alap definíciók A permeabilitás

36 Mi a jelentősége a hőmérsékletnek?  A membrán működése (permeabilitás) a víz viszkozitásától nagy mértékben függ, a viszkozitás viszont a hőmérséklettel fordítottan arányos. Miért kell a korrekció?  A különböző hőmérsékleten mért fluxus és permeabilitás összehasonlítása érdekében. Számolás: T 2 = T 1 * T 1 T 2 36 Alap definíciók Fluxus és Permeabilitás hőmérséklet korrekciója

37  37 Alap definíciók Fluxus és Permeabilitás hőmérséklet korrekciója

38 Alap definíciók A fluxus hőmérsékletfüggése 38 °C Relatív Fluxus Viszkozitás Dinamikus 0 C)

39 A permeabilitás hőmérséklet függése

40 TMP v.s. Permeabilitás

41 Alap definíciók A kihozatal (Recovery – R) 41 

42 Mi a nettó permeátum mennyiség?  Az az átlagos térfogatáram, ami egységnyi termelési idő alatt átfolyt a membránokon, mínusz, a membránok visszamosására felhasznált vízmennyiség. Miért fontos?  Az NPR értéke alapján lehet meghatározni egy telep tényleges kapacitását. Számolása IPR * Termelési időszak (min) – Viszamosó vízmennyiség (m 3 ) 1 Szűrési ciklus időtartama (min) + visszamosás időtartama (min) IPR = Pillanatnyi Permeatum térfogatáram Rate (m 3 /h) NPR = Net Permeate Rate (m 3 /h) 42 Alap definíciók Netto Permeátum ráta (NPR) NPR =

43 Adatok:  Pillanatnyi permeátum térfogatáram: 600 m3/h  Termelés időtartama:0,5 óra  Viszamosásra fordított vízmennyiség: 40 m 3  Szűrési ciklus: 30 perc  Visszamosási ciklus időtartama:30 sec NPR = 600* 30 perc - 40 m 3 30 perc perc NPR = 588,8 m3/h 43 Példa az NPR számolására

44 Koncentrációs faktor (CF) 44 CF Ciklikus Levegőztetés CF = 1 A részecskék a membrán felületén maradnak CF = A részecskék szuszpendáltak maradnak BW aeration

45 Time [Hours] Concentration Factor Outside-in-filtration Average Concentration Factor = 19, Time [Hours] Concentration Factor inside-out-filtration Average Concentration Factor = 5,8 Koncentrációs faktor outside in vs. inside out A CF nagyobb az outside in szűrési módban

46 Alap definíciók Eltávolítási hatásfok (Log Removal Value – LRV) C Feed

47 Log Removal Value Koncentráció a permeátumban Eltávolítási hatásfok LRV 1090%1 199% % % % %6  Ha a nyersvízben a koncentráció 100: Vírusok: 3 Log Baktériumok: 4 Log

48 Alap definíciók Langelier Saturation Index (LSI)  A Langelier Szaturációs Index (LSI) egy elméleti indikátor a víz szaturációs értékének kifejezésére kalcium karbonátra vonatkozóan. LSI = pH - pH s  Ahol  pH a víz mért pH-ja pH s = (9.3 + A + B) - (C + D)  Ahol  A = (Log 10 [TDS] - 1) / 10  B = x Log 10 ( o C + 273)  C = Log 10 [Ca 2+ CaCO 3 -ban]  D = Log 10 [lúgosság CaCO 3 -ban]  Ha az LSI:  negatív: Nincs potenciális veszély CaCO3 kicsapódásra  pozitiv: (Ca, P) CO3 csapódhat ki  nulla: határeset, a hőmérséklet változásán múlik kicsapódás

49 Alap definíciók SDI – Silt Density Index 

50 A membránok tisztítása

51 A membrán eltömődés :  A membrán felületén megtapadt anyagok amelyek:  Csökkentik az aktív membránfelületet  Csökkentik a membrán permeabilitását  Emelik a fluxus értékét. Mik okozzák?  Bármilyen anyag, ami akkumulálódik a membrán felületén.  Eltávolításuk csak membrántisztítási módszerekkel lehetséges. Fajtái:  Szervetlen:  Általában szilár anyagok, amelyek eredetileg is a vízben voltak (pl. flokkok) vagy szűrés közben válnak ki csapadék formájában (pl. CaCO3).  Szerves:  Elsősorban nem ionos, szerves anyagok, huminsavak, metabolitikumok, általában a KOI (TOC) okozó anyagok  Biologiai eltömődés:  A mikroorganizmusok (baktéria, alga) a membrán felületén megtapadva ott elszaporodnak 51 A Membrán eltömődés (Fouling)

52  Levegőztetés  Backpulse  Backwash 52 A Membránok tisztítása  MC (Maintenance Cleaning – karbantartó tisztítás)  RC (Recovery Cleaning – regeneráló tisztítás) Automatikus induló folyamatok Nem automatikusan induló folyamatok

53 Fajtái:  Ciklikus:  10 másodpercenként váltakozva a membrán kazetta egyik-egyik fele kerül levegőztetésre  Csak Backwash alatt (BW aeration)  A BW előtt és alatt, segítve a visszamosó vízáram tisztító hatását  A BP fluxus állandó, a berendezés kapacitásától független. 53 A Membránok tisztítása A Membrán levegőztetés ZW fibre.avi Miért szükséges a levegőztetés?  A membránszálakat mozgásban tartja, megakadályozva a szennyeződések lerakódását  A lazán kötött szennyeződéseket eltávolítja

54 Visszamosás (BP):  Rendszeres, PLC által vezérelt automatikus visszamosás, elsősorban a könnyen eltávolítható mechanikus szennyeződések ellen.  Általában a tisztított vízzel történik, annak a szűréssel ellenkező irányba történő visszavezetésével.  A BP fluxus állandó, a berendezés kapacitásától független.  A visszamosó vízáramba tisztító folyadék adagolása általában nincs.  percenként, másodperc időtartamig. 54 A Membránok tisztítása A Membrán visszamosás (Backpulse – BP)

55 Backwash:  Ez egy rendszeres automatikus folyamat, melynek során:  Először vegyszeres Backpulse játszódik le  Majd a membrántérben lévő víz eltávolításra kerül (dekoncentráció)  A membrántér újratöltése után a szűrés újraindul  Időtartam:  percenként a kihozatal, és a lebegőanyag koncentrációjának függvényében 55 A Membránok tisztítása A visszamosó tisztítás (Backwash – BW)

56 Maintenance Cleaning:  Ez egy rendszeres NEM automatikusan indított folyamat, melynek során:  Először membrántérben lévő víz ürítésre kerül  Vegyszeres Backpulse –okkal a membrántér feltöltésre kerül  Hypós pH= 10-12)  Szerves anyag eltávolítás  Fertőtlenítés  Savas pH= 2,0-2,2)  Szervetlen anyagok (sók) eltávolítása  A BP ciklusok addig ismétlődnek, amíg a vízszint a membrántartályban el nem éri a megfelelő szintet.  A ciklusok között relaxáció van 1-5 perc időtartamig.  A szint elérése után a membránok az oldatban áznak meghatározott ideig (10-30 perc).  Tank ürítés  Tank töltés nyersvízzel  Ultraszűrés:  elő szűrlet eldobás  Normál szűrés 56 A Membránok tisztítása A karbantartó tisztítás (Maintenance Cleaning – MC)

57 Recovery Cleaning:  Gyakorlatilag megegyezik az MC tisztítással, mindössze a tisztító vegyszer töménysége és az áztatás ideje változik.  Az RC nem előre programozott folyamat, inicializálása és a vegyszertöménységek beállítása a kezelő által történik.  Általában külön tartályban történik a vegyszer bekeverése (CIP-Cleaning in Place tartály) 57 A Membránok tisztítása A regeneráló tisztítás (Recovery Cleaning – RC, vagy CIP)

58

59 PDT (Pressure Decay Test):  A membránok nyomástartását lehet vele ellenőrizni  0,7 bar nyomású levegőt vezetnek a membránba, majd  Lezárják és a nyomáscsökkenést nézik  Az eredmény: PDT(t) = ….. mbar/t min (t= a test időtartama)  Minden membrántípusra és alkalmazásra más-más a limit.  Általában: 2-10 mbar/10 min  Ha a túllépi a limitet, integritás vizsgálatot kell végezni, és a sérült szálakat javítani. 59 A membrán állapotának vizsgálata PDT

60 PDT (Példa) 60

61 MIT (Membrane Integrity Test):  A membrán pórusok integritását lehet vele ellenőrizni  0,7 bar nyomású levegőt vezetnek a membránba  A sérült szálakon buborékok jelentkeznek  A szálak javíthatóak, vagy kivághatóak, de nem pótolhatóak  Pótolni (cserélni) csak modulokat lehet 61 A membrán állapotának vizsgálata MIT


Letölteni ppt "Víztisztítás membrántechnológiával Dr. Pólik András GE Water & Process Technologies."

Hasonló előadás


Google Hirdetések