University of Oulu

Käänteisosmoosikalvojen likaantuminen ja puhdistaminen

Saved in:
Author: Karppanen, Hannu1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.4 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201705031651
Language: Finnish
Published: Oulu : H. Karppanen, 2017
Publish Date: 2017-05-03
Physical Description: 60 p.
Thesis type: Bachelor's thesis
Description:

Tiivistelmä

Käänteisosmoosi on eniten kasvussa oleva suolanpoistomenetelmä. Se on energiatehokkaampi kuin termiset erotusmenetelmät, minkä vuoksi siitä on tullut kehityksen myötä niiden kanssa kilpailukykyinen. Tänä päivänä lähes 50 % vesienkäsittelylaitoksista maailmassa käyttää käänteisosmoosia suolanpoistossa. Sillä saadaan tuotettua erittäin puhdasta, lähes ionivapaata vettä niin suolaisesta merivedestä, kuin myös haastavista teollisuuden jätevesistä.

Työssä selvitetään, mitä käänteisosmoosikalvojen likaantuminen tarkoittaa, kuinka se voidaan todeta ja millä mekanismeilla se tapahtuu. Aihetta käsitellään käänteisosmoosin teoriasta ja syöteveden laadun vaikutuksista lähtien. Lisäksi käydään läpi esikäsittelymenetelmiä sekä muita keinoja, joilla likaantumista voidaan ehkäistä. Lopuksi paneudutaan CIP-pesuun liittyviin periaatteisiin siitä näkökulmasta, kuinka pesulla saavutetaan paras tulos. Tiedot perustuvat kirjallisuus- ja internetlähteisiin sekä tekijän omaan kokemukseen käänteisosmoosista, ja siihen liittyvistä haasteista.

Syöteveden sisältämät epäpuhtaudet aiheuttavat kalvojen likaantumista, jolla tarkoitetaan suodatinkalvojen huokosten, tai kalvopinnan tukkeutumista suodatettavista epäpuhtauksista. Se on tärkeimpiä käänteisosmoosiin liittyviä haasteita ja kehityskohteita. Syötevettä tulee esikäsitellä erilaisin menetelmin ennen sen syöttämistä käänteisosmoosikalvoille. Menetelmät voidaan jakaa mekaaniseen ja kemialliseen esikäsittelyyn. Mekaanisia menetelmiä ovat esimerkiksi membraanisuodatukset, ja kemiallisia esimerkiksi pH:n säätö ja desinfiointi. Kalvojen likaantumista voidaan estää myös käyttämällä kiteytymistä estäviä antiskalantteja sekä esimerkiksi suodatinkalvon pinnan ominaisuuksia muokkaamalla. Likaantumisen toteamiseen ja analysointiin on olemassa erilaisia keinoja, kuten erilaiset mikroskopiamenetelmät.

Käänteisosmoosissa epäpuhtaudet voidaan jakaa neljään kategoriaan, joita ovat 1) kemiallinen likaantuminen, 2) kiintoaineet ja kolloidinen likaantuminen, 3) biologinen likaantuminen ja 4) orgaaninen likaantuminen. Likaantuminen aiheuttaa suodatuksen suorituskyvyn laskemista. Kalvojen likaantuminen on mahdotonta estää täysin, minkä vuoksi RO-kalvoja puhdistetaan CIP-kemikaalipesulla. Näin heikentynyt permeaattivirtaus saadaan palautettua ja kohonnutta painehäviötä laskettua. CIP-pesun tulosten optimoimiseksi tulee suunnitella oikeanlainen pesumenetelmä likaantumistyypin mukaan. Puhdistaminen perustuu kemiallisiin reaktioihin epäpuhtauksien ja pesukemikaalin välillä. Hapoilla saadaan poistettua saostuneet suolat, kun taas emäs tehoaa kolloidiseen, biologiseen ja orgaaniseen likaantumiseen. Liuoksen valinnan lisäksi pesun parametrit, kuten esimerkiksi liuoksen konsentraatio ja virtausnopeus tulee optimoida.

see all

Fouling in reverse osmosis and membrane cleaning

Abstract

Reverse osmosis (RO) is the most growing technology for desalination of water. It is more energy efficient compared to thermal methods. Today almost 50 % of desalination plants uses RO as the method for water treatment. The product water or permeate of RO is very pure, almost ion-free water. Feed waters can as well be salty seawater or challenging industrial wastewater.

This paper will discuss what the fouling of RO membranes means, how it can be identified and monitored, and what are the mechanisms behind it. The subject will be discussed starting from the theory of reverse osmosis and the impact of the feed water quality. In addition, the pretreatment methods and some other ways to prevent fouling are discussed. To conclude the principles of CIP-cleaning are discussed. This is done from the point of view of how the best results of cleaning are achievable. The information is based on literature and internet sources as well as the authors own experiences about reverse osmosis and challenges related to it.

The impurities in the feed water cause membrane fouling, which is defined as blocking of the pores or the membrane surface. Fouling is one of the most important challenges and targets of development related to reverse osmosis. To avoid fouling feed waters must be pretreated before they are fed into reverse osmosis. Pretreatment methods can be divided into mechanical and chemical methods. Most developed mechanical pretreatment methods are membrane filtrations, such as ultrafiltration (UF). Chemical pretreatment can include for example pH adjustment and disinfection. Fouling of the membranes is also possible to prevent by using antiscalants that inhibit the formation of scales and for example by modifying the properties of the membrane surface. There are different ways to identify and analyze ongoing fouling, such as different microscopy methods.

Fouling in RO can be divided into four categories. Those are 1) inorganic scaling, 2) particulate and colloidal fouling, 3) biofouling and 4) organic fouling. All types of fouling cause a decrease in the performance of RO membranes. Fouling of the membranes can’t be avoided completely, so the membranes have to be regenerated by CIP-cleaning using chemicals. The cleaning procedure must be designed by the type of fouling occurred to optimize the restoration of decreased performance of the membranes. Cleaning is based on chemical reactions between the fouling layer and the cleaning chemicals. Acids can remove the inorganic salts while caustics can remove colloidal, biological and organic fouling. Selection of the right solution is of most importance but in addition the cleaning parameters such as concentration of the solution and flow velocity must be optimized.

see all

Subjects:
Copyright information: © Hannu Karppanen, 2017. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.