Les condicions per a la neteja química d'ultrafiltració que es donen als manuals tècnics de la majoria de fabricants de membranes d'ultrafiltració inclouen "una disminució del 25% del flux d'aigua estandarditzat". Aquesta condició és relativa, que fa referència a la disminució de la producció real d'aigua d'ultrafiltració en comparació amb el flux de producció d'aigua en condicions estàndard. No obstant això, molts operadors de tractament d'aigua no entenen el concepte de "flux de producció d'aigua estandarditzat" i no saben com calcular aquest valor. Aquest article parteix dels factors que afecten el flux de producció d'aigua de les membranes d'ultrafiltració, ofereix un mètode de càlcul senzill per al flux de producció d'aigua estandarditzat i utilitza casos típics per il·lustrar la diferència entre el judici de càlcul científic i el judici macro, com a referència pel personal de tractament d'aigua.
Factors que afecten la producció d'aigua de membrana d'ultrafiltració
En el funcionament de les membranes d'ultrafiltració, mitjançant el seguiment dels canvis de flux causats per la contaminació de la membrana, es pot determinar quan cal netejar. Com que el flux està determinat per la pressió i la viscositat de l'aigua, a l'hora de determinar el grau de contaminació de la membrana, hauríem de tenir en compte exhaustivament els canvis naturals en el flux de la membrana causats pels canvis de pressió i temperatura. En condicions de temperatura diferents, la diferència de temperatura entre l'aigua a l'estiu i l'hivern pot superar els 20 graus. Com que la temperatura determina la viscositat de l'aigua, el flux de la membrana pot ser un 70% més gran a l'estiu que a l'hivern.
Mètode de càlcul de la producció estandarditzada d'aigua
La temperatura estàndard de la majoria dels fabricants de membranes d'ultrafiltració és de 20 o 25 graus, però la nostra ultrafiltració no es troba a la temperatura estàndard la major part del temps. Això requereix que convertim el flux de producció d'aigua a la temperatura real en el flux de producció d'aigua en condicions estandarditzades, que es poden calcular de la següent manera.
En la fórmula: Js és el flux de producció d'aigua a temperatura estàndard, L/(m2·h); Jm és el flux de producció d'aigua a la temperatura real, L/(m2·h); Ts és la temperatura de condició estàndard, grau; Tm és la temperatura real de l'aigua d'entrada, grau .
La fórmula anterior només considera la influència de la temperatura, és a dir, la influència de la viscositat de l'aigua, però no té en compte la influència del canvi de pressió sobre el flux de la membrana, de manera que no és prou precisa. Després d'introduir la influència del canvi de pressió sobre el flux de membrana, obtenim un nou flux específic del concepte a temperatura estàndard, i el seu valor es pot calcular de la següent manera.
On: Jsp és el flux específic L/(m2·h·MPa) a temperatura estàndard; Δp és la diferència de pressió transmembrana d'ultrafiltració, MPa.
Aleshores, com s'ha d'utilitzar un càlcul tan senzill com la fórmula anterior en la producció real? A continuació, utilitzem tres casos típics per il·lustrar la diferència i la bretxa entre el mètode del macroempirisme per jutjar si l'ultrafiltració necessita neteja química (és a dir, pel canvi de producció d'aigua i diferència de pressió) i el càlcul científic.
Exemple
Exemple 1: En una planta de tractament d'aigua, la temperatura d'estandardització de la membrana d'ultrafiltració instal·lada és de 25 graus i un únic conjunt d'elements de membrana d'ultrafiltració 40 77m2, durant l'operació inicial, la temperatura de l'aigua és de 22 graus, la diferència de pressió és de {{ 4}}.05MPa, i el cabal de producció d'aigua és de 155 m³/h; després de mig any de funcionament, la temperatura de l'aigua és de 18 graus, la diferència de pressió és de 0,08 MPa i el cabal de producció d'aigua és de 150 m³/h. Determineu si la membrana necessita neteja química.
(1) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm1 durant el funcionament inicial de la membrana
(2) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js1 durant el funcionament inicial de la membrana
(3) Calculeu el flux específic Jsp1 a la temperatura estàndard durant el funcionament inicial de la membrana
(4) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm2 després de mig any de funcionament
(5) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js2 després de mig any de funcionament
(6) Calculeu el flux específic Jsp2 a la temperatura estàndard després de mig any de funcionament
(7) Determineu si la membrana necessita neteja química
A partir de la fórmula anterior, es pot observar que el flux normalitzat de producció d'aigua de la membrana ha disminuït un 31,93%, superant el 25%. La membrana està contaminada i necessita neteja química.
Exemple 2: En una planta de tractament d'aigua, la temperatura estàndard de la membrana d'ultrafiltració instal·lada és de 25 graus i un sol conjunt d'ultrafiltració té 40 elements de membrana amb una capacitat de 77m2. Durant l'operació inicial, la temperatura de l'aigua és de 18 graus, la diferència de pressió és de 0.05MPa i el cabal de producció d'aigua és de 155 m³/h; després de mig any de funcionament, la temperatura de l'aigua és de 29 graus, la diferència de pressió encara és de 0,05 MPa i el cabal de producció d'aigua és de 157 m³/h. Determineu si la membrana necessita neteja química.
(1) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm1 durant el funcionament inicial de la membrana
(2) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js1 durant el funcionament inicial de la membrana
(3) Calculeu el flux específic Jsp1 a la temperatura estàndard durant el funcionament inicial de la membrana
(4) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm2 després de mig any de funcionament
(5) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js2 després de mig any de funcionament
(6) Calculeu el flux específic Jsp2 a la temperatura estàndard després de mig any de funcionament
(7) Determineu si la membrana necessita neteja química
A partir de la fórmula anterior, es pot observar que el flux específic de producció d'aigua normalitzada de la membrana ha disminuït un 25,42%, superant el 25%. La membrana està contaminada i necessita neteja química.
Exemple 3: En una planta de tractament d'aigua, la temperatura estàndard de la membrana d'ultrafiltració instal·lada és de 25 graus i un sol conjunt d'ultrafiltració té 40 elements de membrana amb una capacitat de 77m2. Durant l'operació inicial, la temperatura de l'aigua és de 24 graus, la diferència de pressió és de 0.05MPa i el cabal de producció d'aigua és de 155 m³/h; després de mig any de funcionament, la temperatura de l'aigua és de 17 graus, la diferència de pressió és de 0,07 MPa i el cabal de producció d'aigua és de 150 m³/h. Determineu si la membrana necessita neteja química.
(1) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm1 durant el funcionament inicial de la membrana
(2) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js1 durant el funcionament inicial de la membrana
(3) Calculeu el flux específic Jsp1 a la temperatura estàndard durant el funcionament inicial de la membrana
(4) Calculeu el flux real de producció d'aigua Jm2 després de mig any de funcionament
(5) Calculeu el flux normalitzat de producció d'aigua Js2 després de mig any de funcionament
(6) Calculeu el flux específic Jsp2 a la temperatura estàndard després de mig any de funcionament
(7) Determineu si la membrana necessita neteja química
A partir de la fórmula anterior, es pot veure que el flux estandarditzat de producció d'aigua de la membrana ha disminuït en un 14,98%, que no ha superat el 25%, i no cal netejar química.
Resum
Els tres casos típics anteriors tenen les seves pròpies característiques. En el cas 1, a partir del rendiment macroscòpic, la producció d'aigua d'ultrafiltració va disminuir i la diferència de pressió va augmentar. Després del càlcul, es requereix una neteja química, que és coherent amb el mètode de judici convencional de la majoria del personal de tractament d'aigua, però aquesta no és una regla substancial; en el cas 2, a partir del rendiment macroscòpic, la producció d'aigua d'ultrafiltració va augmentar i la diferència de pressió es va mantenir sense canvis. Si s'utilitza el mètode de judici convencional, no és necessària una neteja química. Tanmateix, després del càlcul, el flux de producció d'aigua estandarditzat per membrana va disminuir un 25,42%. La membrana ha estat molt contaminada i necessita neteja química; en el cas 3, a partir del rendiment macroscòpic, la producció d'aigua d'ultrafiltració va disminuir i la diferència de pressió va augmentar. Si s'utilitza el mètode de judici convencional, és necessària una neteja química. No obstant això, després del càlcul, el flux de producció d'aigua estandarditzat per membrana només va disminuir un 14,98% i no cal netejar químicament. Això es deu principalment a la disminució de la temperatura de l'aigua. En aquest moment, s'ha d'augmentar la pressió d'entrada d'ultrafiltració per garantir una producció suficient d'aigua.
En resum, no és científic jutjar si la ultrafiltració necessita neteja química observant macroscòpicament els canvis en el flux de producció d'aigua i la diferència de pressió. Això comportarà una neteja excessiva i un malbaratament de reactius o una neteja intempestiva, cosa que dificultarà l'eliminació dels contaminants. El càlcul científic dels canvis de flux de producció d'aigua d'ultrafiltració és la base per garantir una neteja química eficaç i oportuna de les membranes d'ultrafiltració.