Nanosuodatuskalvojen alkalikestävyys
Lahti, Jussi (2009)
Diplomityö
Lahti, Jussi
2009
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200902241197
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe200902241197
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkittiin nanosuodatuskalvojen puhdistusta ja kestävyyttä alkalipesuissa. Työn kirjallisuusosassa käsitellään kalvojen likaantumista ja eri puhdistusmenetelmiä, sekä vertaillaan kolmen nanosuodatuskalvon erotusominaisuuksia. Kokeellisessa osassa tutkittiin emäksisten pesukemikaalien vaikutusta kirjallisuusosassa esitettyihin kalvoihin. Käytetyt suodatuskalvot olivat Dow FilmTecTM NF-270, GE Osmonics Desal-5 DL ja Trisep XN45. Kalvojen puhdistukseen käytettiin Ecolabin P3-ultasil 110 ja 112 alkalipesukemikaaleja. Suodatuskokeet tehtiin laboratoriomittakaavan tasokalvojen suodatinlaitteistolla. Alkalikäsittelyitä tehtiin sekä liottamalla kalvoja säilytysastiassa että altistamalla näitä virtauksen ja paineen alaisuudessa. Vaihdettuja muuttujia oliat: pesuainekonsentraatio, lämpötila ja vaikutusaika. Kalvoissa tapahtuneita muutoksia arvioitiin mittaamalla permeabiliteettia sekä magnesiumsulfaatti- ja glukoosiretentioita. Suodatuslämpötilan nostaminen kasvatti lineaarisesti permeabiliteettia ja vastaavasti laski lineaarisesti retentiota. Kalvojen välillä ei ollut eroja permeabiliteettien lämpötilariippuvuuksissa. DL:n retentio laski vähiten lämpötilaa nostettaessa. Liotuskokeiden perusteella kestävät DL- ja NF-270-kalvot noin 1 % P3-ultrasil 110 liuoksia, sekä XN-kalvo 1,2–1,5 %:sia liuoksia, kun lämpötilana on 44 ºC ja vaikutusaikana 50 vrk. Käytettyjen pesukemikaalien välillä ei havaittu eroja. Pienen paineen ja virtauksen alla suoritetuissa käsittelyissä havaittiin alkalihajoamisen noudattavan likimain ensimmäisen kertaluvun reaktiokinetiikkaa ja käyttäytyvän likimain Arrheniuksen yhtälön ennustamalla tavalla. Myös näissä kokeissa XN45 osoittautui kestävimmäksi. Retentioiden heikkenemistä ei pystytty luotettavasti ennustamaan permeabiliteetin perusteella. Työssä osoitettiin että kalvojen muutoksia alkalipesuissa ajan funktiona voidaan ennustaa ja näin teollisuudessa voidaan ennakoida kalvojen vaihtotarvetta. Cleaning and alkali resistance of nanofiltration membranes were studied in this thesis. Membrane fouling and cleaning were discussed in the literature part. In this part three commercial membranes were also compared. Alkali resistance and the influence of alkali solution on membrane performances were studied in the experimental part. The membranes were NF-270 from Dow FilmTecTM, Desal-5 DL from GE Osmonics and XN45 from Trisep. The cleaning agents were two commercial alkaline chemicals: P3-ultrasil 110 and P3-ultrasil 112 from Ecolab. The effects of temperature, concentration of chemicals and time were investigated on a laboratory-scale flat membrane filtration unit. An alternative chemical treatment was soaking the membranes in a bottle. Membrane performances were investigated by measurement of water flux and by using model components, which were magnesium sulphate and glucose. A higher feed water temperature increased permeability linearly and decreased retentions linearly. There was no difference between the slopes of membrane permeabilities, but the retention of the DL membrane decreased less than that of the NF and the XN membranes. The soaking treatment was performed in a bottle following safety conditions: 50 days, 44 ºC and a concentration of P3-ultrasil 110 of about 1 wt-% for DL and NF, 1,2–1,5 for XN. The permeability was not a reliable criterion for comparing the performance of the membranes. In another experiment no difference was observed between two cleaning chemicals; ultrasil 110 and 112. The XN45 membrane also had the best alkaline resistance when the alkaline effect and its performance were investigated in the unit. The alkaline degradation depends fairly well on first order kinetics. This thesis show that alkali cleaning chemicals influence to membranes is predictable and this kind of information can be used to predict membrane lifetime in industry applications.