Separation methods for industrial wastewaters containing acid and metal salts
Partanen, Petteri (2022)
Diplomityö
2022
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040527206
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040527206
Tiivistelmä
Water is continuously growing in value due to increased usage and decreasing supplies. More effective, simple, and economical separation methods are needed to increase wastewater treatment efficiency around the world. Focus on this study was high volume industrial wastewaters with properties such as high acidity and salinity.
The goal for this study was to map out different separation techniques for industrial scale wastewater treatment, from which membrane separation showed most potential. A closer look at different membrane separation process principles, separation mechanisms and differences between them was made. Nanofiltration had the most potential based on the research, therefore membranes and membrane systems currently used as well as separation mechanisms were studied more closely.
In the experimental part filtrations with different nanofiltration membranes were done to define their separation performance in laboratory scale tests. Wide variety of different types of solutions were used including real industrial wastewater. Lastly, membrane characterization was done to define differences between membranes that could explain differences between separation efficiency. Characterization was done to used and new membranes in order to study possible changes in membrane properties.
Results from this study were in line with the information found from literature. Multivalent cation rejection was extremely good and addition of acid in the feed solution increased permeate flux and zinc sulphate rejection while decreasing sodium sulfate rejection. All membranes did also sustain this short-term use in highly acidic environment without substantial change in performance. Vesi kasvattaa jatkuvasti arvoaan sen kysynnän kasvaessa ja tarjonnan väistämättä vähentyessä maapallolla. Entistä tehokkaampia, helppokäyttöisempiä ja halvempia erotustekniikoita tarvitaan, jotta vedenkäsittely saataisiin mahdollisimman korkealle tasolle, mahdollisimman laajalla alueella. Tässä työssä keskityttiin erityisesti suuria volyymeita käyttävien teollisuudenalojen suolapitoisten ja happamien jätevesien erityisominaisuuksiin ja niiden vaikutuksiin jätevedenkäsittelyssä.
Tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa erilaisia mahdollisia tekniikoita teollisen mittakaavan jäteveden käsittelylle, joista membraanierotus vaikutti erityisen lupaavalta. Työssä käsiteltiin tarkemmin eri membraanierotustekniikoiden periaatteita, eroavaisuuksia sekä erotusmekanismeja. Nanosuodatus valikoitui lupaavimmaksi tekniikaksi ja siinä käytettyjä kalvoja ja niiden rakennetta sekä erotukseen vaikuttavia ilmiöitä käsiteltiin tarkemmin.
Kokeellisessa osassa erilaisten nanosuodatuskalvojen tehokkuutta tutkittiin useilla erillisillä liuoksilla, jotka mallinsivat tutkittujen teollisuusalojen jätevesiä. Lopuksi membraaneja karakterisointiin niiden ominaisuuksien, kulumisen ja mahdollisen ”fouling” asteen määrittämiseksi.
Työn positiiviset tulokset osoittavat erityisesti kaksiarvoisen metalli-ionin erottelun olevan erittäin tehokasta sekä ionien erottelutehokkuuden kasvun happopitoisessa liuoksessa. Kaikki kalvot myös kestivät lyhytaikaisen käytön erittäin happamissa olosuhteissa.
The goal for this study was to map out different separation techniques for industrial scale wastewater treatment, from which membrane separation showed most potential. A closer look at different membrane separation process principles, separation mechanisms and differences between them was made. Nanofiltration had the most potential based on the research, therefore membranes and membrane systems currently used as well as separation mechanisms were studied more closely.
In the experimental part filtrations with different nanofiltration membranes were done to define their separation performance in laboratory scale tests. Wide variety of different types of solutions were used including real industrial wastewater. Lastly, membrane characterization was done to define differences between membranes that could explain differences between separation efficiency. Characterization was done to used and new membranes in order to study possible changes in membrane properties.
Results from this study were in line with the information found from literature. Multivalent cation rejection was extremely good and addition of acid in the feed solution increased permeate flux and zinc sulphate rejection while decreasing sodium sulfate rejection. All membranes did also sustain this short-term use in highly acidic environment without substantial change in performance.
Tutkimuksen tavoitteena oli kartoittaa erilaisia mahdollisia tekniikoita teollisen mittakaavan jäteveden käsittelylle, joista membraanierotus vaikutti erityisen lupaavalta. Työssä käsiteltiin tarkemmin eri membraanierotustekniikoiden periaatteita, eroavaisuuksia sekä erotusmekanismeja. Nanosuodatus valikoitui lupaavimmaksi tekniikaksi ja siinä käytettyjä kalvoja ja niiden rakennetta sekä erotukseen vaikuttavia ilmiöitä käsiteltiin tarkemmin.
Kokeellisessa osassa erilaisten nanosuodatuskalvojen tehokkuutta tutkittiin useilla erillisillä liuoksilla, jotka mallinsivat tutkittujen teollisuusalojen jätevesiä. Lopuksi membraaneja karakterisointiin niiden ominaisuuksien, kulumisen ja mahdollisen ”fouling” asteen määrittämiseksi.
Työn positiiviset tulokset osoittavat erityisesti kaksiarvoisen metalli-ionin erottelun olevan erittäin tehokasta sekä ionien erottelutehokkuuden kasvun happopitoisessa liuoksessa. Kaikki kalvot myös kestivät lyhytaikaisen käytön erittäin happamissa olosuhteissa.