Atıksu Arıtma Ekipmanları

 

 

 

Silikon karbür (SiC) membranlar, yüksek sıcaklık direnci, asit ve alkali direnci, kirlenme direnci ve yüksek mekanik mukavemet gibi temel avantajlarıyla, ileri endüstriyel atık su arıtımı, belediye kanalizasyon kaynaklarının geri kazanımı ve son derece zorlu özel atık suların arıtılması gibi senaryolarda geleneksel organik ve inorganik seramik membranlarınkini çok aşan bir performans sergiler. Zorlu koşullar altında atık su arıtımında tercih edilen teknoloji haline geldiler.

 

I. Temel Uygulama Senaryoları ve Teknik Çözümler

1. Yüksek-Konsantrasyonlu Organik Endüstriyel Atıksu Arıtma
Uygulanabilir Endüstriler: Kömür kimyası, petrokimya, ilaç, baskı ve boyama, kağıt yapımı

 

Atıksu Özellikleri: Yüksek KOİ, yüksek bulanıklık, dirençli organik madde içerir, bazı atıksular yüksek sıcaklığa sahiptir (60-120 derece)

 

Uygulama Çözümü:

• Ön Arıtma Aşaması: Kum filtreleme ve çoklu -medya filtrelemenin yerini alan SiC ultrafiltrasyon membranları, atık bulanıklığı 0,1 NTU'dan az veya buna eşit ve SDI 3'ten az veya eşit olan askıda katıları, kolloidleri ve yağ damlacıklarını tutabilir, sonraki ters ozmoz (RO) ve nanofiltrasyon (NF) için yüksek- kaliteli besleme suyu sağlayarak sonraki membran elemanlarının ömrünü 3-5 kat uzatır.
• İleri İşlem Aşaması: SiC nanofiltrasyon membranları küçük-moleküllü organik maddeleri (fenoller, boyalar ve antibiyotikler gibi) tutabilir. Gelişmiş oksidasyon işlemleri (AOP) ile birleştirildiğinde bu, atık sudaki derin KOİ bozunmasını sağlayarak emisyon standartlarını veya yeniden kullanım gerekliliklerini karşılar.

Tipik Durum: Kömür kimya tesislerinden gelen yüksek-tuzlu atık suyun arıtılmasında, SiC ultrafiltrasyon membranları 80 derecede ve pH 10-11'de stabil olarak çalışır ve akış düşüş oranı<5%/month and a chemical cleaning cycle of up to 6 months.

 

2. Yağlı Atıksu Arıtımı
Uygulanabilir Endüstriler: Petrol sahasında üretilen su, metal işleme emülsiyonları, yiyecek içecek atıksuları

 

Atık Su Özellikleri: Emülsifiye edilmiş yağ ve dağılmış yağ içerir; yağ damlacıklarının boyutu küçüktür (1-100 nm), kolaylıkla membranın kirlenmesine neden olur.

 

Uygulama Avantajları:

• The SiC membrane surface has weak hydrophobic and oleophilic properties, making it difficult for oil droplets to adsorb and deposit; it is resistant to chemical cleaning and can be cleaned with high-concentration alkaline solution (2% NaOH) + sodium hypochlorite (1000 mg/L), with a flux recovery rate >%95. Uygulama Çözümü: "Demülsifikasyon ön işlemi + SiC ultrafiltrasyon membran ayırma" prosesi kullanılarak, dolaşımdaki soğutma için doğrudan tamamlama suyu olarak yeniden kullanılabilen atık yağ içeriği 5 mg/L'den az veya buna eşit olacak şekilde verimli yağ-su ayrımı elde edilir.

 

3. Belediye Atıksu Kaynak Kullanımı
Uygulanabilir Senaryolar: Belediye atık su arıtma tesislerinin iyileştirilmesi ve yenilenmesi, arıtılmış suyun yeniden kullanımı

 

Temel Gereksinimler: Atık su, "Kentsel Atık Suyun Yeniden Kullanımında Endüstriyel Su Kullanımı için Su Kalitesi Standardını" karşılamalıdır (GB/T 19923-2005)

 

Uygulama Avantajları:

• Compared to traditional activated sludge + sand filtration processes, the SiC membrane bioreactor (SiC-MBR) eliminates the need for a secondary sedimentation tank, reducing the footprint by 40%; it retains sludge flocs and bacteria, achieving effluent turbidity ≤0.1 NTU and an E. coli removal rate >99.99%.
• Şok yüklere karşı güçlü bir dirence sahiptir; sistemin operasyonel stabilitesi, giriş suyu kalitesindeki dalgalanmalardan (COD, amonyak nitrojen artışları) etkilenmez; kimyasal temizleme döngüsü uzundur ve işletme ve bakım maliyetleri organik MBR'lere göre %30 daha düşüktür.

 

4. Sıfır Deşarj için Yüksek-Tuzluluktaki Atık Suyun Ön Arıtımı

Uygulanabilir Endüstriler: Enerji santrali kükürt giderme atık suyu, metalurjik asitleme atık suyu, yüksek-tuzlu kimyasal atık su

 

Atık Su Özellikleri: Yüksek tuz içeriği (TDS 10000-50000 mg/L), yüksek sertlik, ağır metal iyonları içerir

 

Uygulama Değeri:

• SiC ultrafiltrasyon membranları yüksek-tuzlu ortamlara dayanıklıdır ve ozmotik basınçtaki değişiklikler nedeniyle şişmez veya deforme olmaz; kalsiyum ve magnezyum iyonları ile ağır metal hidroksit kolloidlerinin oluşturduğu kireç parçacıklarını tutabilir ve sonraki buharlaştırıcıların ve kristalleştiricilerin tıkanmasını önleyebilirler.
• Geleneksel ön arıtma işlemleriyle (kireç yumuşatma gibi) karşılaştırıldığında, SiC membran sistemlerinin çıkış sertliği<50 mg/L (calculated as CaCO₃), significantly reducing the risk of evaporator scaling and improving the operating efficiency of zero-discharge systems.

 

5. Özel Yüksek-Sıcaklıkta Atık Su Arıtımı

Uygulanabilir Senaryolar: Kağıt yapımında siyah likör (sıcaklık 80-100 derece), yüksek sıcaklıkta boyama atık suyu (sıcaklık 60-90 derece), farmasötik fermantasyon et suyu (sıcaklık 50-70 derece)

 

Teknik Engeller: Geleneksel organik membranlar sıcaklıklara dayanabilir<50℃, and are prone to aging and failure under high-temperature conditions.

 

SiC Membranın Avantajları: 120 derecelik yüksek sıcaklıklara-uzun vadeli tolerans, soğutma ön işlemine gerek yoktur, yüksek sıcaklıktaki besleme çözümlerinin doğrudan işlenmesi-, soğutma enerjisi tüketiminden tasarruf; aynı zamanda yüksek sıcaklık, besleme çözeltisinin akışkanlığını artırabilir, viskoziteyi azaltabilir ve membran akışını artırabilir.

 

II. Uygulamaya İlişkin Temel Teknik Noktalar

1.Ön Arıtma Optimizasyonu: Membran yüzeyinin çizilmesini önlemek amacıyla büyük partikül yabancı maddelerin (kum, çakıl ve lifler gibi) giderilmesi için 50-100 μm'lik bir sepet filtrenin kurulması gerekir; Yağlı atık suyun, membran kirlenme yükünü azaltmak için ilk önce emülsiyon giderme işleminden geçmesi gerekir (emülsifiye edici maddelerin eklenmesi veya ultrasonik demülsifikasyon gibi).

 

2.Proses Parametre Kontrolü

• Çalışma Basıncı: Yüksek basınç nedeniyle membran gözenek deformasyonunu önlemek için önerilen 1-5 bar;
• Çapraz{0}}Akış Hızı: 0,5-2 m/s. Yüksek derecede kirli atık su için, kesme kuvvetini arttırmak ve konsantrasyon polarizasyonunu bastırmak için akış hızı uygun şekilde artırılabilir;
• Temizleme Stratejisi: "Hava-su ile geri yıkama + kimyasal temizleme" kombinasyonunu benimseyin. Geri yıkama döngüsü: 15-30 dakika/zaman; Kimyasal temizleme döngüsü: 3-6 ay/zaman. Alkali yıkama + asit yıkama tercih edilir.

 

3.Sistem Entegrasyon Tasarımı
İşlem hacmine bağlı olarak esnek kapasite genişletmesi için modüler tasarım; Akı, basınç ve bulanıklık gibi parametreleri gerçek zamanlı olarak izlemek, otomatik geri yıkama ve kimyasal temizleme sağlamak, manuel müdahale maliyetlerini azaltmak için PLC otomatik kontrol sistemi ile donatılmıştır.

 

 

 

Yenilikçi Birleşik Prosesler: SiC membranları, son derece zorlu atık sularda derin saflaştırma ve kaynak geri kazanımı elde etmek için ileri oksidasyon prosesleri (ozon katalitik oksidasyon gibi), membran damıtma ve elektrokimyasal oksidasyon ile birleştirilir.

 

Genişletilmiş Kaynak Geri Kazanımı: Değerli metaller ve yüksek-değerli organik madde içeren atık suyu arıtırken SiC membranları, hedef maddelerin etkili bir şekilde tutulmasını ve geri kazanılmasını sağlayarak atık su arıtımının ekonomik faydalarını artırabilir.

 

SiC Membran Deneyleri Sonrası Temizlik ve Bakım İşlemleri
Asit ve alkali direnci, oksidasyon direnci ve yüksek mekanik mukavemeti ile SiC membranları,-deney sonrası temizlik ve bakım gerektirir. Temel amaç, kirletici maddeleri membran yüzeyinden ve gözeneklerden tamamen çıkarmak, membran akışını ve tutma performansını eski haline getirmek, geri dönüşü olmayan kirlenmeyi önlemek ve membran elemanının ömrünü uzatmaktır. Aşağıda standartlaştırılmış temizlik ve bakım prosedürleri, temel çalışma noktaları ve önlemler yer almaktadır.

 

I.-Deneme Sonrası Ön İşlem: Kirletici Madde Değerlendirmesi ve Ön Durulama

Deneyden sonra, hedeflenen temizlik gerçekleştirilmeden önce membran kirlenmesinin türü ve derecesi değerlendirilmelidir:

 

1. Kirletici Madde Türü Kararı

- Deneysel feed özelliklerine dayalı sınıflandırma:

- İnorganik kirlenme: Yüksek-sertlik, yüksek-tuzlu atık suyun arıtılmasından sonra, kalsiyum ve magnezyum karbonatlar ve metal oksitler (Fe₂O₃, MnO₂ gibi) membran yüzeyinde kolaylıkla birikir;

- Organik kirlenme: Yüksek-KOİ, yağlı ve boyayıcı atık su, organik madde, gres ve gözenekler içinde kolayca emilen boya molekülleri arıtıldıktan sonra;

- Biyolojik kirlenme: Belediye kanalizasyonunun ve fermantasyon sıvısının arıtılmasından sonra bakteri ve mantarlar membran yüzeyinde kolayca büyüyerek bir biyofilm oluşturur.

 

2. Akışkan Bozulması Hesaplaması

Başlangıç ​​akışını $J_0$ ve son akışını $J_1$ kaydedin. Akı bozunma oranını $\\eta=(J_0 - J_1) / J_0\\times100\\%$ hesaplayın.

- $\\eta < 10\\%$ ise: Yalnızca temiz suyla geri yıkama gereklidir;

- $10\\%\\leq\\eta < 30\\%$ ise: temiz suyla geri yıkama + basit kimyasal temizlik gerekir;

- Eğer $\\eta\\geq 30\\%$ ise: temiz su ile geri yıkama + gelişmiş kimyasal temizlik gereklidir.

 

3. Ön Temiz Su Geri Yıkama

- Geri yıkama basıncını 0,5–1 bar'da ve geri yıkama akış hızını deneysel çalışma akış hızının 1,2–1,5 katı olarak kontrol eden bir çapraz-akışlı geri yıkama modu kullanın;

- Musluk suyuna yeni yabancı maddelerin bulaşmasını önlemek için geri yıkama ortamı olarak deiyonize su veya ultrafiltrasyon süzüntüsünü kullanın;

- Geri yıkama süresi: 10–15 dakika, geri yıkama çıkışı temizlenene ve bariz askıda katı maddelerden arınıncaya kadar.

 

II. Aşamalı Kimyasal Temizleme Süreci (Temel Adımlar)
Asitlerin ve alkalilerin doğrudan karışmasından kaçınarak, "önce alkaliyle yıkama, ardından asitle yıkama ve gerekirse dezenfeksiyon" ilkesini takip ederek, kirlenme derecesine göre temizleme şemasını seçin.

 

1. Alkali Yıkama: Organik ve Biyolojik Kirleticilerin Giderilmesi
Yağlı, yüksek-KOİ atık suyuyla yapılan deneylerden sonra membran temizliği için uygundur. Gresi sabunlaştırmak, organik maddeyi ayrıştırmak ve biyofilmi soymak için alkali solüsyonu kullanır.

- Temizlik Maddesi Formülasyonları (Birini seçin):

- Standart Formülasyon: %0,5–1 (kütle fraksiyonu) NaOH çözeltisi + 500–1000 mg/L sodyum hipoklorit (NaClO);

- Hafif Formülasyon: %0,3–0,5 sodyum karbonat (Na₂CO₃) çözeltisi + 300–500 mg/L hidrojen peroksit (H₂O₂) (Klor-hassas uygulamalar için uygundur).

- Çalıştırma Parametreleri:

- Temizleme Sıcaklığı: 30–40 derece (sıcaklığın arttırılması temizleme verimliliğini artırabilir ancak 60 dereceyi aşmamalıdır);

- Temizleme Basıncı: 0,3–0,8 bar, çapraz-akışlı sirkülasyon temizliği kullanılarak, sirkülasyon hızı 0,8–1,2 m/s;

- Temizleme Süresi: 30–60 dk. Aşırı kirlenmişse, devridaim temizliğinden önce 1-2 saat suda bekletin.

- Uç Nokta Kararı: Temizleme solüsyonunun rengi ve bulanıklığı stabildir ve giren ve çıkan temizleme solüsyonlarının COD değerleri esasen tutarlıdır.

 

2. Asit Yıkama: İnorganik Kirlenmenin Giderilmesi
Yüksek-sertlik, yüksek-tuzluluktaki atık su, çözünen inorganik kireç ve membran yüzeyinde metal oksit çökeltileri ile yapılan deneylerden sonra membran temizliği için uygundur.

- Temizlik Maddesi Formülasyonları (Birini seçin):

- Standart Formülasyon: %0,1–0,5 (kütle fraksiyonu) sitrik asit çözeltisi (pH'ı 2–3'e ayarlayın, kalsiyum ve magnezyum tortusunu temizlemek için uygundur);

- Geliştirilmiş Formülasyon: %0,5–1 hidroklorik asit (HCl) çözeltisi (metal oksit tortusunu temizlemek için uygundur; ekipmanın güçlü asit korozyonunu önleyin).

- Çalıştırma Parametreleri:

- Temizleme Basıncı: 0,3–0,8 bar, çapraz-akış sirkülasyon hızı 0,8–1,2 m/s;

- Temizleme Süresi: 20–40 dakika, ısıtma gerekmez, oda sıcaklığında temizlik yeterlidir;

- Temel Önlemler: Asitle yıkamanın ardından, kalan asidin membran elemanlarını aşındırmasını önlemek için, ürün suyu pH'ı nötr (6-8) olana kadar membran modülünü bol miktarda deiyonize suyla durulayın.

 

3. Dezenfeksiyon İşlemi (İsteğe Bağlı) Deneysel çözelti biyolojik olarak aktif bir çözelti ise (fermantasyon suyu veya belediye kanalizasyonu gibi), kalan mikroorganizmaları öldürmek için alkalin yıkamadan sonra bir dezenfeksiyon adımı gereklidir.

- Dezenfektan: 1000–2000 mg/L perasetik asit çözeltisi veya 500–1000 mg/L sodyum hipoklorit çözeltisi;

- Prosedür: 30 dakika bekletin, ardından dezenfektan kalıntısı kalmayıncaya kadar deiyonize suyla durulayın.

 

III. Temizleme Etkisi Doğrulaması

Temizlemeden sonra, membran performansının geri kazanılmasını sağlamak için temizleme etkisi akı testi yoluyla doğrulanmalıdır:

 

1. Saf Su Akısı Testi: Standart koşullar altında (sıcaklık 25 derece, basınç 1 bar), membranın saf su akışını $J_2$ test edin;

 

2. Akışkanlık Geri Kazanım Oranı Hesaplaması: Akı geri kazanım oranı $\\gamma=J_2/J_0\\times100\\%$;

- If $\\gamma\\eq90\\%$: Temizleme niteliklidir ve membran bir sonraki deney için kullanılabilir;

- If $70\\%\\eq\\gamma<90\%$: The chemical cleaning process needs to be repeated;

- Eğer $\\gamma<70\%$: Irreversible fouling may exist. Check the membrane surface for damage and replace the membrane element if necessary.

 

IV. Uzun-Süreli Depolama ve Bakım

Membran elemanının deneyden sonra uzun bir süre (7 günden fazla) saklanması gerekiyorsa, mikrobiyal büyümeyi ve membran gözeneklerinin tıkanmasını önlemek için kapatılmalıdır:

 

1. Kısa-Süreli Depolama (7–30 gün)

- Membran modülünü ve boruyu %0,05–0,1 sodyum hipoklorit çözeltisiyle doldurun;

- Membran modülünün giriş ve çıkışını kapatın ve doğrudan güneş ışığından kaçınarak serin ve kuru bir yere yerleştirin.

 

2. Uzun-Süreli Depolama (30 günden fazla)

- Kimyasal temizliği ve akı doğrulamasını tamamladıktan sonra, membran elemanını 30 dakika boyunca %1–2 gliserol solüsyonunda bekletin;

- Fazla gliserol solüsyonunu boşaltın, giriş ve çıkışı kapatın ve donma çatlamasını veya yüksek-sıcaklıktaki eskimeyi önlemek için 0–40 derecelik bir ortamda saklayın.

 

V. Temizlik ve Bakım Yasakları

1. SiC membran malzemesini aşındıracağından hidroflorik asit (HF) veya florür içeren temizlik maddeleri kullanmayın;

 

2. Avoid prolonged high-temperature cleaning (>60 derece) membran modülü contalarının eskimesini önlemek için;

 

3. Asit ve alkali temizleme solüsyonları ayrı ayrı hazırlanmalı ve saklanmalıdır. Zehirli gazların oluşumunu önlemek için doğrudan karıştırma kesinlikle yasaktır;

 

4. Membran tüplerinin zarar görmesini önlemek için temizlik sırasında yüksek-basınç darbelerinden kaçının.