Sheep wool scouring, membrane filtration of the scouring effluents and evaluation of the filtration efficacy

Abstract

Sheep wool is an excellent material which can be utilized in many ways e.g. as apparels. However, it contains different impurities, like dirt and grease, which must be removed before further processing of wool. The objective of the literature review of this thesis was to summarize different scouring methods and investigate how wastewater (i.e. wool scouring effluent) produced in this process is purified. It was noticed that no new scouring method consuming less water than the traditional one has been found. Based on the literature options to decrease environmental impacts of wool scouring are development of treatment methods for the effluent and recycling the purified water back to scouring process.

The aim of the experimental part was to evaluate suitability of the ultrafiltration to purify the wool scouring effluent and possibilities to recycle the effluent back to the wool scouring process. First, different regenerated cellulose membranes (with cut-off values of 1–10 kDa) were compared by filtrating wool scouring effluent in small scale using the dead-end filtration unit. Based on permeate flux, analytical results and visual observations, the RC70PP membrane (with cut-off value of 10 kDa) was selected for further testing. Additional experiments were conducted in large scale using the crossflow filtration system to study how the RC70PP retains its filtration capacity when the feed is concentrated.

Interestingly, no fouling with the RC70PP membrane was observed. Based on analysis, filtration with the RC70PP membrane purified the wool scouring effluent efficiently as over 95 % rejection of turbidity, colour and chemical oxygen demand (COD) was achieved. Visually permeate was almost colourless and its turbidity result (< 1 NTU) supported this. In addition, the results showed that COD concentrated into the retentate approximately in the same ratio than the volume of the feed was reduced. Preliminary results indicated also that the concentrations of sterols and steryl esters were higher in the retentate than in the effluent feed. Overall, according to the experimental results of this study the wool scouring effluent could be recycled back to the wool scouring process after ultrafiltration with the RC70PP membrane.

Lampaan villaa voidaan hyödyntää monin tavoin mm. villalankana. Koska keritty villa on likaista, se pestään lämpimässä pesuainevedessä ennen kehräystä. Tutkielman kirjallisuusosassa selvitettiin villan pesuprosesseja ja pesuprosessissa syntyvän ympäristölle haitallisen pesuveden puhdistamista. Selvityksen perusteella toistaiseksi ei ole löydetty uutta pesumenetelmää, joka kuluttaisi vähemmän vettä kuin perinteinen pesumenetelmä. Lisäksi huomattiin, että käytössä olevien villan pesuvesien puhdistusmenetelmien teho vaihtelee. Menetelmiä tulisi kehittää edelleen, jotta puhdistettu vesi voitaisiin kierrättää takaisin pesuprosessiin.

Diplomityön kokeellisen osan tavoitteena oli testata ultrasuodatuksen soveltuvuutta villan pesuveden käsittelyyn. Tämä tehtiin suodattamalla villan pesuvettä erilaisilla kaupallisilla regeneroidusta selluloosasta valmistetuilla ultrasuodatuskalvoilla, joiden katkaisukoko oli 1–10 kDa. Suodatustulosta arvioitiin analysoimalla mm. permeaatin sameutta ja kemiallista hapenkulutusta (COD). Vertailtaessa eri suodatuskalvoja, suodatukset tehtiin pienessä mittakaavassa käyttäen dead-end suodatuslaitteistoa. Suodatuskapasiteetin ja analyysitulosten perusteella soveltuvimmaksi kalvoksi osoittautui RC70PP kalvo, jonka katkaisukoko on 10 kDa. RC70PP kalvon suodatuskapasiteettia testattiin edelleen suodattamalla 10 L villan pesuvettä poikkivirtaussuodatuslaitteistolla (crossflow).

RC70PP suodatuskalvon ei havaittu likaantuvan villan pesuveden suodatuksessa, kun likaantumista arvioitiin puhtaan veden suodatuskapasiteetin perusteella.. Kalvon puhdistusteho oli myös erinomainen, sillä sameuden, COD:n ja värin retentiot olivat yli 95 %. Visuaalisesti tarkasteltuna permeaatti oli lähes väritöntä ja sen sameus oli alle 1 NTU. Vastaavasti esimerkiksi retentaatin sameus lisääntyi samassa suhteessa kuin syötteen tilavuus pieneni. Lisäksi alustavat analyysitulokset osoittivat steroleiden ja steryyliestereiden konsentroituvan ultrasuodatuksessa retentaattiin. Diplomityön perusteella ultrasuodatus on toimiva menetelmä villan pesuveden käsittelyssä ja suodatettu permeaatti olisi mahdollista kierrättää takaisin pesuprosessiin.