Leonardo da Vinci Project Równowaga w procesach prania Moduł 1 Wykorzystanie wody Rozdział 5 b Postępowanie z wodą ściekową Różne metody filtracji odpływów pralniczych 1
Spis treści Postępowanie z wodą ściekową i jakość wody Metody postępowania z wodą ściekową Filtracja membranowa: jak to działa? Filtracja membranowa: jak wybrać odpowiednią metodę? Oczyszczanie na zasadzie osmozy odwróconej Ultrafiltracja Membrany ceramiczne Filtracja membranowa i jej koszt Filtracja wstępna i filtracja cząsteczkowa Czynniki ograniczające skuteczność i konserwacja Proste metody filtracji i koncepcje odzyskiwania surowców Podsumowanie
Cele prezentacji Poznamy podstawy filtracji membranowej i dowiemy się jak ją stosować do odpływów pralniczych. Nauczymy się wybierać optymalną metodę filtracji biorąc pod uwagę jakość wody z którą mamy do czynienia oraz jakość wody którą chcemy uzyskać po filtracji. Dowiemy się o istotności przeprowadzania wstępnego oczyszczania aby efektywnie stosować filtrację membranową. Dowiemy się jak poprawnie konserwować systemy filtracji membranowej i dlaczego są stosowane. Dowiemy się jak uzyskać znaczące oszczędności wody poprzez połączenie prostej filtracji z odpowiednim procesem pralniczym.
Postępowanie z wodą ściekową Czy chcesz poprawić jakość odpływu pralniczego lub ponownie użytkować wodę w swojej pralni? oraz zaoszczędzić pieniądze? Woda wypływająca Wpływając a woda ściekowa
Postępowanie z wpływającą wodą ściekową Skład wody ściekowej może mieć różnorodny charakter i wpływa na wybór metody odzyskiwania wody ściekowej. CO D mg/l 100 normalna 0 350 mocno zanieczyszczona 0 BO ph Ptot Ntot TSS D mg/l mg/l mg/l mg/l 400 10 20 2-16 60 125 10 30 5-30 150 0 Source: Vercaemst & Dijkmans, BBT-studie, 1999. Jony metali ciężkich Węglowodory AOX- adsorbowane organicznie związane chlorowce Flusy
Postępowanie z wodą wypływającą Definiując docelową jakość odpływu pralniczego oraz jakość wody do ponownego użytku, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki: - Niska zawartość tlenu - Niska zawartość soli - Brak metali - Brak zabarwień - Brak aktywności biologicznej
Metody odzysku wody ściekowej Zapewne znasz już klasyczne metody odzysku wody ściekowej, takie jak: - - Koagulacja i flokulacja (oraz sedymentacja, flotacja) Cel: Usunięcie zawiesin stałych, koloidów, naturalnych substancji organicznych. Filtracja aktywnym węglem Cel: Usunięcie naturalnych substancji organicznych, mikrozanieczyszczeń. Utlenianie (ozon, UV, chlor, nadtlenek wodoru) Cel: Usunięcie naturalnych substancji organicznych, dezynfekcja. Metody biologiczne Cel: Usunięcie naturalnych substancji organicznych, azotu, żelaza. Wymiana jonów Cel: Zmiękczenie wody. Destylacja i parowanie Cel: Usunięcie rozpuszczalników, oleju. W tym module poznamy Filtrację Membranową.
Filtracja membranowa: jak to działa? Prosty schemat funkcjonowania membran przy usuwaniu zanieczyszczeń: source: VITO
Filtracja membranowa: kryteria wyboru Ten rysunek pokazuje jak wybrać proces separacji w odniesieniu do wielkości zanieczyszczeń w wodzie ściekowej.
Filtracja membranowa: kryteria wyboru Charakter przenikania w dużym stopniu zależy od wybranej metody filtracji. Poniżej widać próbki od lewej do prawej: wody ściekowej, wody po ultrafiltracji i wody poddanej osmozie odwróconej. źródło: Wehrle źródło: VITO
Osmoza odwrócona (RO) Najmniejsze cząstki (włączając sole) mogą być usunięte za pomocą osmozy odwróconej, co w efekcie daje najwyższą jakość.
Membrany spiralne do osmozy odwróconej Membrana nawinięta spiralnie jest skonstruowana z jednej lub więcej warstw membranowych nawiniętych na perforowaną rurkę centralną. Roztwór do odsączenia przechodzi przez membranę i wykonuje ruch spiralny w kierunku środka rurki centralnej. source: GE Water Technologies source: GE Water Technologies
Membrany spiralne do osmozy odwróconej Membrana nawinięta spiralnie jest skonstruowana z jednej lub więcej warstw membranowych nawiniętych na perforowaną rurkę centralną. Roztwór do odsączenia przechodzi przez membranę i wykonuje ruch spiralny w kierunku środka rurki centralnej. źródło: GE Water Technologies source: GE Water Technologies
Zasada przepływu przeciwbieżnego Polaryzacja stężeniowa to fenomenalne zjawisko, w którym w otoczeniu powierzchni membrany następuje wyższe stężenie wody ściekowej. source: VITO
Zasada przepływu przeciwbieżnego W wyniku wysokiej polaryzacji stężeniowej następuje: i) Mocno zredukowany przepływ roztworu ii) Dyfuzja soli przez membranę iii) W ytrącanie się soli FEED Permeate C t wand Membrane C bulk - źródło: VITO
Zasada przepływu przeciwbieżnego Przepływ przeciwbieżny jest konieczny w celu zminimalizowania polaryzacji stężeniowej poprzez turbulencje. FEED Permeate C t wand Membrane C bulk - źródło: VITO
Osmoza odwrócona Polaryzacja stężeniowa wpływa na układ instalacji do osmozy odwróconej: Moduł 1 wejścia 1 2 3 Rurka ciśnieniowa Retencja źródło: VITO Roztwór 1 2 50% odzysku 3 75% odzysku 85% odzysku
Osmoza odwrócona Przykład instalacji do osmozy odwróconej: źródło: See:Water
Osmoza odwrócona Przykład instalacji do osmozy odwróconej: źródło: Patrz:Water
Ultrafiltracja Zabrudzenia odzieży roboczej takie jak emulsje olejowe i bakterie mogą być usuwane za pomocą ultrafiltracji.
Ultrafiltracja Zastosowanie: - Przetwarzanie wody ściekowej z pralni odzieży roboczej - Wstępne zabiegi przed instalacją osmozy odwróconej Jakość wody wpływającej: - TSS < 50 mg/l - Filtracja wstępna ± 200 µm Jakość wody przesączonej: - SDI < 2 ( Silt Density Index )- wskaźnik gęstości osadu - Mętność < 0.1 NTU - Mikroorganizmy redukcja od log 4 (wirus) do log 6 (redukcja) redukcja Odzysk: 85-95 %
Ultrafiltracja Przykład instalacji do ultrafiltracji: source: See:Water
Membrany ceramiczne Membrany ceramiczne są bardzo solidnymi membranami (kwasowość, zasadowość, temperatura). Ujęcie mikroskopowe ukazujące strukturę membrany ceramicznej do ultrafiltracji:
Filtracja membranowa Większa jakość odsączania prowadzi do wyższych kosztów. Mikrofiltracja i ultrafiltracja: Prędkość procesu : 80-100 l/h.m² Ciśnienie < 1.5 bara, pobór mocy 0,1 kwh/m³ Koszty operacyjne : 0.15-0.20 EURO/m³ Nanofiltracja: Prędkość procesu : 20 l/h.m² Ciśnienie < 10 bara, pobór mocy 0.5 kwh/m³ Koszty operacyjne: 0.25-0.35 EURO/m³ Osmoza odwrócona: Prędkość procesu : 15 l/h.m² Ciśnienie < 10 bara, pobór mocy ~ 0.5 kwh/m³ Koszty operacyjne < 0.4 EURO/m³
Filtracja wstępna FILTRACJA WSTĘPNA JEST KONIECZNA!!!!! Użycie wstępnych metod filtracji, takich jak filtracja cząstkowa jest konieczne aby uniemożliwić natychmiastowe zablokowanie membran, co pozwala na dłuższe, prawidłowe funkcjonowanie membran. Np., filtracja cząstkowa może poprzedzać ultrafiltrację, która z kolei może poprzedzać osmozę odwrotną lub nanofiltrację.
Filtracja cząstkowa Dostępna jest cała gama sprzętu do filtracji cząstkowej: FILTRACJA CIŚNIENIOWA * filtry cartridge * filtry workowe FILTRACJA PRÓŻNIOWA * obrotowy filtr bębnowy z proszkiem * filtr obrotowy * filtry sitkowe FILTRACJA GRAWITACYJNA * filtry automatyczne * sito statyczne * filtry piaskowe * sito obrotowe * sito wibrujące * prasa filtrująca * obrotowe filtry bębnowe FILTRACJA ODŚRODKOWA * wirówka * karafka filtrująca/dekanter
Filtracja cząstkowa Sita (0.2-0.25 mm) Sito Statyczne Brak części ruchomych Możliwość zapchania Samoczyszczenie jest kosztowne Sito obrotowe Nie zapycha się Niezawodne Drogie Sito wibrujące Wymaga konserwacji Energia Hałas Bardzo wydajne 1) Wpływ wody ściekowej 2) Sito 3) Substancje zatrzymane 4) Woda po filtracji
Inne czynniki ograniczające skuteczność Czynniki ograniczające skuteczność Degradacja Osady Inne znaczące czynniki
Inne czynniki ograniczające skuteczność Degradacja Kwas Zasada Aktywny tlen Rozpuszczalniki Mikroorganizmy
Inne czynniki ograniczające skuteczność Osady zanieczyszczenia: tlenki metali, koloidy, bio materiały Wytrącanie: CaSO4, CaCO3 Wytrącanie: Mg(OH)2 Wytrącanie: SiO2
Zanieczyszczenie source: VITO
Zanieczyszczenie Regularne czyszczenie specjalnymi detergentami wydłuża żywotność membrany: source: VITO
Wytrącanie się i współczynnik rozpuszczalności Użycie odpowiednich detergentów jest kluczowe w procesie odzysku wody ściekowej opartym na filtracji membranowej. Rozpuszczalność (ppm) Należy używać środków blokujących wytrącanie. 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 source: AKZO PQ 10 15 ph Solubility of silica at ambient temperature as a function of ph. ( SHEIKHOLESLAMI R (1999))
Proste metody filtracji Dzięki użyciu prostych metod filtracji, woda może być ponownie użyta, co prowadzi do zauważalnych oszczędności. W arto rozważyć użycie prostych metod filtracji zanim zdecydujemy się na bardziej wydajnych ale droższych systemów membranowych.
Mikrofiltr Moduł filtra wraz z orurowaniem + dotykowy panel sterowania ->Filtracja -> Wejście <- Przepłukiwanie Osad Odzysk Lint-x
Mikrofiltr Oszczędności wody w L/kg tekstyliów, Łączna ilość prania Odzysk
.zużycie wody 2,5 l/kg* Fresh water through meter 2 l/kg recov 0,5 l/kg fresh 2 l/kg fresh PRESS Centre tank 2 l/kg Tank B A Backflush LINT-X A 1000 ltr Back-up B 1000 ltr Back-up DRAIN * proces Sanoxy Plus
Koncepcje odzysku surowca Implementacja w pełni zintegrowanych rozwiązań w pralniach prowadzi do maksymalnej oszczędności wody i kosztów. SANOXY Przyszłość pralnictwa Heat-X Odzysk energii Steam-X Odzysk pary Lint-X Odzysk wody
Filtracja membranowa - Podsumowanie Użycie jest zależne od kosztów wody. Technologia membranowa jest droga, jednak cena membran spada: - Cena/m²: Filtracja membranowa/ Ultrafiltracja: $80 10$ Nanofiltracja/Osmoza odwrotna: 15 $ 10$ Energia: Ciśnienie przy nanofiltracji: 7 3 bar Osmoza odwrotna: 12 6 bar Koszt inwestycji staje się stosunkowo ważniejszy Wstępne zabiegi przy wodzie wpływającej są bardzo ważne Należy używać detergentów kompatybilnych z membraną.