Polymeerituotannon vedenkierron optimointi membraanisuodatuksella

Abstract

Tämä diplomityö käsittelee polymeeri- ja lipeäpitoisen teollisuusveden puhdistamista membraaniteknologisin menetelmin. Erityinen haaste tällaisten teollisuusvesien käsittelyssä on niiden korkea kemiallisten yhdisteiden pitoisuus, joka voi aiheuttaa suodatusmateriaalien tukkeutumista ja suorituskyvyn heikkenemistä. Työ keskittyi erilaisten membraanityyppien soveltamiseen näiden vesien käsittelyssä. Kirjallisessa osassa käsiteltiin yleisesti membraaneja, niihin liittyviä tekniikoita ja niiden soveltuvuutta teollisuusvesien käsittelyyn. Tutkimuskohteena olivat erityisesti teollisuusprosessien, polymeerien valmistamisen, tuottamat jätevedet. Lisäksi tutkittiin membraanien kemiallista kestävyyttä ja niiden likaantumista pidempiaikaisessa prosessissa.

Kokeellisessa osassa valittiin ja testattiin viisi erilaista membraania, jotka kattoivat laajan molekyylipainon katkaisualueen (1000–150 000 Da). Näiden membraanien suodatuskykyä testattiin käyttäen erilaisia suodatuslaitteistoja, ja niiden suorituskyky arvioitiin mittaamalla retentiota ja permeaatin laatua. Erityistä huomiota kiinnitettiin siihen, kuinka hyvin eri membraanityypit kykenivät käsittelemään vaihtelevan polymeeri- että lipeäpitoisuuden omaavia vesinäytteitä.

Tulokset osoittivat, että tutkittavan teollisuuden jäteveden kierrätettävyys membraanisuodatusta käyttäen on hyvä. Tutkimuksessa kierrätettävyyden osoittava johtokyky saatiin laskettua 2500 μS/cm:stä noin 10 μS/cm:n, eli 0.4 %:n alkuperäisen näytteen sisältämästä ionikoostumuksesta. Tämä puhtaustaso itsessään ei ole kuitenkaan riittävällä tasolla siihen, että saatua käänteisosmoosilla puhdistettua vettä voitaisiin käyttää prosessissa sellaisenaan.

This thesis explores the purification of industrial water containing polymers and lye using membrane technology methods. A significant challenge in treating such industrial waters is their high concentration of chemical compounds, which can cause clogging of filtration materials and reduced performance. The work focused on applying different types of membranes for treating these waters. The literature review covered membranes in general, related techniques, and their suitability for industrial water treatment. The study specifically examined wastewater produced by industrial processes in polymer manufacturing. Additionally, the chemical resistance of membranes and their fouling during long-term operation were investigated.

In the experimental part, five different membranes were selected and tested, covering a wide range of molecular weight cut-offs (100–150 000 Da). The filtration capacity of these membranes was tested using various filtration setups, and their performance was evaluated by measuring retention and permeate quality. Special attention was paid to how well different membrane types could handle water samples with varying polymer and lye concentrations.

The results showed that the recyclability of the industrial wastewater using membrane filtration is good. The study demonstrated that conductivity, indicating recyclability, could be reduced from 2,500 μS/cm to approximately 10 μS/cm, which is 0.4% of the original sample's ion content. However, this level of purity is still not sufficient for the reverse osmosistreated water to be used directly in the process.