Kirish
Keramika membranalari polimerik membranalarga nisbatan mexanik mustahkamligi, kimyoviy chidamliligi, termal barqarorligi va uzoq xizmat qilish muddati tufayli suv va oqava suvlarni tozalash uchun afzal qilingan texnologiyaga aylandi. Ammo har qanday membrana jarayoni singari, keramik membranalar ham doimiy muammoga duch keladi: ifloslanish, ayniqsa erigan va makromolekulyar organik moddalar, masalan, hümik kislotalar, oqsillar va tabiiy organik moddalar (NOM). Fouling o'tkazuvchanlik oqimini kamaytiradi, energiya xarajatlarini oshiradi va membrananing ishlash muddatini qisqartiradi.
So‘nggi yillarda paydo bo‘ladigan eng istiqbolli yechimlardan biri keramik membranalarni nanobubble (va mikro{0}}nanobubble, MNB) generatorlari bilan bog‘lashdir. Bu kombinatsiya filtrlash paytida ifloslanishning oldini olish va allaqachon ifloslangan membranalarni tozalash uchun - va ba'zi konfiguratsiyalarda ozuqa suvidagi organik ifloslantiruvchi moddalarni faol ravishda parchalash uchun ishlatiladi.
Nanopufakchalar nima?
Nanopufakchalar diametri 100–200 nanometrdan bir necha mikrometrgacha boʻlgan - anʼanaviy aeratsiya natijasida hosil boʻladigan pufakchalardan ancha kichikroq gaz pufakchalaridir. Ularning kattaligi tufayli ular oddiy pufakchalardan juda farq qiladi:
- Ular tezda ko'tarilmaydilar va siqilmaydilar.Nanopufakchalar{0}}neytral suzuvchanlikka yaqin va suvda soniyalar emas, balki kunlar yoki haftalar davomida muallaq turishi mumkin.
- Ular manfiy sirt zaryadiga ega, which helps them adsorb onto and interact with organic foulants and particles suspended in water.
- Ular qulab tushganda, ular mahalliy kesish kuchlarini va ba'zi hollarda reaktiv kislorod turlarini (ROS) hosil qiladi.gidroksil radikallari (•OH) kabi organik molekulalarni parchalashga yordam beradi.
- Ular gazni{0}}suyuqlik massasini uzatish samaradorligini- keskin oshiradi, bu gaz ozon kabi kuchli oksidlovchi bo'lganida juda muhimdir.
Nanobubble generatorlari odatda bir nechta mexanizmlardan biri yordamida bu pufakchalarni ishlab chiqaradi: yuqori{0}}qirqishli aylanish/venturi qurilmalari, bosim ostida erigan{1}}gaz chiqarish (erigan havo flotatsiyasiga o'xshash) yoki ultratovushli kavitatsiya. Ishlatilgan gaz oddiy havo/kislorod yoki - agressiv tozalash uchun - ozon boʻlishi mumkin.
Nega nanopufakchalarni keramik membranalar bilan birlashtirish kerak?
1. Filtrlash vaqtida ifloslanishning oldini olish
Mikro va nanopufakchalar ifloslanishning oldini olish va membranani tozalashga yordam berishda ajoyib samaradorlikni namoyish etdi va turli filtrlash usullarida va o'zaro oqim filtrlashda bu pufakchalardan foydalanish keramik membrana oqimini qayta yuvishdan keyin 80% gacha tikladi.Pufakchalar odatda ozuqa oqimiga kiritiladi yoki qayta yuvish davrlarida ishlatiladi, bu erda ular membrana sirtini tozalashga yordam beradi va organik ifloslantiruvchi moddalarning tort qatlamini mustahkamlanishidan oldin buzadi.
2. Kuchaytirilgan kimyoviy{1}}ozon bilan{2}}oʻz oʻrnida (CIP) tozalash
Ehtimol, eng ko'p o'rganilgan dastur erigan va makromolekulyar organik moddalar bilan ifloslangan keramik membranalarni CIP tozalash uchun ozonni nanobubble hosil qilish bilan birlashtirishdir.Ozon mikro-nano-koʻpikli texnologiya membrana yuzasida ifloslantiruvchi qatlam strukturasini samarali tarzda yumshata oladi, ifloslantiruvchi moddalarning yopishishini kamaytiradi va keramik membranadagi alumina tomonidan kataliz natijasida hosil boʻlgan gidroksil radikallari ifloslangan membranani chuqur tozalashga erishadi.Nanopufakchalar ifloslantiruvchi qatlamni fizik jihatdan siqib chiqarish uchun zarur bo'lgan kesish kuchini ta'minlaydi va bir vaqtning o'zida an'anaviy pufakchali diffuziyaga qaraganda ancha yuqori ozon massasini uzatish samaradorligiga erishadi -, ya'ni ozon gazi kamroq isrof qilinadi va uning ko'p qismi ifloslantiruvchi moddalar bilan reaksiyaga kirishadi.
Tegishli tadqiqot qurilganOdatda bo'yoq sanoatida ishlatiladigan ifloslangan keramika membranasini tozalash uchun yangi ozon-nanoko'pikli generator tizimi va membrananing sirt xususiyatlari sezilarli darajada o'zgarib, sirt pürüzlülüğü va ifloslantiruvchi moddalar to'planishi atom kuchi mikroskopiyasi, skanerlash elektron mikroskopiyasi, X-nurlar, skanerli elektron mikroskoplar, nurlanish energiyasi{{-, spektroskopiya 2} bilan tasdiqlangan.Qoldiq ifloslantiruvchining Furye{0}}transformatsion infraqizil (FTIR) spektroskopiyasi murakkab organik ifloslantiruvchi moddalarni emas, balki ularni parchalovchi ozon nanopufakchalariga mos keladigan - vodorod-bog'langan guruhlar va to'yinmagan uglerod-uglerod bog'larini - xarakterli organik belgilarni ko'rsatdi.
3. Havo/kislorod nanopufakchalari -arzonroq alternativa sifatida
Har bir dastur ozonni talab qilmaydi.Ghadimxoniy va boshqalar. uchuvchi{1}} va dastgoh-miqyosidagi tekshiruvlarda havo nanopufakchalari yordamida keramik membrana teshiklarining muvaffaqiyatli tiqilib qolishi va oʻtkazuvchanlik oqimini asl qiymatiga qaytarishni koʻrsatdi.Bir tajribada,hümik kislota keramik membranani 6 soat ichida to‘liq tiqilib, oqimni deyarli nolga tushirdi, lekin ifloslangan membrana nanoko‘pikli suv bilan oziqlanganda, dastlabki oqim 2 soat ichida tiklandi - bu havo nanopufakchalari qulashi natijasida hosil bo‘lgan erkin radikallar ta’sirida organik moddalarning parchalanishi bilan bog‘liq.Bu shuni ko'rsatadiki, hatto ozon kabi kuchli oksidlovchi bo'lmasa ham, nanopufakchalarning jismoniy qulashi adsorbsiyalangan organik moddalarni parchalashga yordam beradigan etarli darajada mahalliylashtirilgan reaktiv turlarni yaratishi mumkin.
Havo nanopufakchalari jozibador, chunki ular saytdagi ozon hosil qilish uchun kapital va xavfsizlik xarajatlaridan qochadi,{0}}bu ularni kichikroq tozalash inshootlari yoki sut mahsulotlarini qayta ishlash kabi sohalar uchun qulayroq variantga aylantiradi, bu yerda nanopufakchalar oqimni yaxshilaydi va filtrlash vaqtini qisqartiradi.
4. Pastki oqimdagi membrana jarayonlari uchun dastlabki ishlov berish
Keramika membranalari nanofiltratsiya (NF) kabi qattiqroq membranalar oldidan dastlabki ishlov berish bosqichi sifatida ham qo‘llanilmoqda va nanobubble/ozon{0}}yordamli yondashuvlar bu dastlabki ishlov berish qanchalik yaxshi ishlashini yaxshilashi mumkin. Ichimlik suvi-oʻsimlik ishlab chiqarishi chiqindi suvlari boʻyicha bir tadqiqotda,gibrid keramik membrana-nanofiltratsiya jarayoni erigan organik uglerod uchun o'rtacha 95,60%, UV254 uchun 98,55% (aromatik organik tarkib uchun proksi), o'tkazuvchanlik uchun 34,50% va kaltsiy uchun 50,71% ga erishdi -%, 70% yaxshilandi. Mustaqil nanofiltratsiyadan mos ravishda 16,37% va 10,36%. Keramika membranasini oldindan tozalash, shuningdek, ifloslantiruvchi moddalar kontsentratsiyasining bir qatorida quyi oqim NF membranasining qaytarilmas ifloslanishini kamaytirdi va skanerlash elektron mikroskopi bu oldindan ishlov berish NF membranasi yuzasida ifloslanishni engillashtirganini tasdiqladi.
Alohida, ozon asosidagi sirtni yuvish{0}}keramika nanofiltratsiya membranalaridan oldin an'anaviy mikrofiltratsiya/ultrafiltratsiyadan oldingi tozalashga bo'lgan ehtiyojni kamaytirish usuli sifatida o'rganilgan. Nanofiltrlashdan oldin multi-mediya filtrlash, mikrofiltrlash yoki ultrafiltrlashdan foydalangan holda an'anaviy dastlabki tozalash sezilarli kapital xarajat, jismoniy iz va tizimning murakkabligini oshiradi, shuning uchun filtratsiyaga asoslangan dastlabki tozalashni ozon-ga asoslangan jarayon bilan almashtirish, ayniqsa, shahar suvini qayta ishlash sharoitida xarajatlarni kamaytirishning jozibali usulidir.
5. Organik ifloslantiruvchi moddalarning bevosita degradatsiyasi
Membranani tozalashdan tashqari, mikro{0}}nanoko‘pikli tizimlar o‘ziga xos ilg‘or oksidlanish-qo‘shni texnologiya sifatida tobora ko‘proq o‘rganilmoqda.Bir oqava suvni tozalash tadqiqotida gidrodinamik kavitasyon generatorini qo'shimcha oksidlanish jarayoni bilan birlashtirish 90 daqiqa davomida umumiy organik uglerodni yo'qotish samaradorligini 40,01% ga ko'tardi, faqat kavitatsiya generatori yordamida atigi 14,61% ga ko'tarildi. Bu nanobubble/kavitatsiya tizimlari ko'pincha gibrid tozalash emas, balki mustaqil jarayonning bir qismi sifatida eng yaxshi ishlashini ko'rsatadi.
Oddiy tizim qanday ishlaydi
Birlashtirilgan nanobubble-keramika membrana tizimi odatda quyidagilarni o'z ichiga oladi:
- Gaz ta'minoti- saytdagi havo, kislorod yoki ozon hosil boʻlgan-.
- Nanobubble generatori- venturi, kesish{1}}nasosi yoki bosimli{2}}eritish moslamasi, u gazni suvga nano pufakchalar shaklida yuboradi.
- Aloqa/reaktsiya bosqichi- nanobubble-boyitilgan suv membrana oqimiga doimiy ravishda beriladi yoki davriy qayta yuvish/CIP sikllarida ishlatiladi.
- Seramika membrana moduli- odatda alumina, tsirkoniya yoki titaniya-asosidagi quvurli yoki tekis{2}}qog'oz elementlar, o'zaro oqim yoki o'lik-rejimda ishlaydi.
- Monitoring- oqim va transmembran bosimi kuzatilib, nanobubble{1}}yordamli tozalash sikli qachon zarurligini aniqlash uchun.
Kombinatsiyalangan yondashuvning afzalliklari
- Yuqori oqimning tiklanishitozalashdan keyin, ko'pincha qattiq kimyoviy tozalash vositalarisiz.
- Kimyoviy iste'molni kamaytirish-, ayniqsa, ozon nanopufakchalari kislota/kaustik tozalash kimyoviy moddalari oʻrnini bosadigan yoki kamaytiradigan joylarda juda qimmatlidir.
- Oksidlovchilarning massasini yaxshiroq o'tkazish, shuning uchun bir xil tozalash effektiga erishish uchun kamroq ozon yoki havo kerak bo'ladi.
- Membrananing ishlash muddati uzaytirildiagressiv kimyoviy yoki mexanik tozalashga nisbatan yumshoqroq, bir xil tozalash tufayli.
- Davolashdan oldingi izni qisqartirish potentsialiNF yoki RO kabi qattiqroq membranalardan oldin foydalanilganda.
Cheklovlar va ochiq savollar
Istiqbolli natijalarga qaramay, tadqiqotchilar ba'zi kamchiliklarni ta'kidlashadi:
Pufak hajmi va kontsentratsiyasining ifloslanishni nazorat qilishga ta'siri hali to'liq tushunilmagan va optimal ish parametrlari tizimga- va ifloslantiruvchi{1}}maxsus bo'lishi mumkin.
Ozon nanobubble tizimlari materialning mosligini sinchkovlik bilan tekshirishni, ozonning toksikligini hisobga olgan holda-gazni boshqarishni va xavfsizlikni nazorat qilishni talab qiladi.
Natijalarning aksariyati dastgoh- yoki tajriba{1}}miqyosidagi tadqiqotlardan olingan; katta{2}}miqyosdagi, uzoq{3}}muddatli operatsion ma'lumotlar hali ham cheklangan.
Samaradorlik ko'p jihatdan organik ifloslantiruvchi moddalarning tabiatiga bog'liq (masalan, hümik kislotalar va oqsillar va sintetik bo'yoqlar), shuning uchun natijalar har doim ham ilovalar bo'yicha umumlashtirilmaydi.
Xulosa
Nanobubble generatorlarini keramik membranalar bilan bog'lash suv va oqava suvlarni tozalash uchun ifloslanishni nazorat qilish bo'yicha amaliy yutuqlardan biridir. Filtrlash jarayonida ifloslanishning oldini olish, ozon{1}}tozalangan CIP tozalash yoki nanofiltratsiya oldidan dastlabki ishlov berish uchun foydalaniladimi, texnologiya kimyoviy foydalanishni qisqartirish, membrananing xizmat qilish muddatini tiklash va uzaytirish uchun - uzoq barqarorlik, yuqori sirt reaktivligi va samarali gaz uzatish - noyob fizikasidan foydalanadi. Asosiy mexanizmlar yaxshiroq tavsiflanganligi sababli, bu kombinatsiya ichimlik suvini tozalash, sanoat oqava suvlarini tozalash va suvni qayta ishlatish dasturlarida kengroq qabul qilinishini ko'rishi mumkin.