Lämpötilan vaikutus kalvojen likaantumiseen erityisesti adsorptiolla

Abstract

Työssä tutkittiin lämpötilan vaikutusta kalvon likaantumiseen mustalipeällä ja puuperäisellä hydrolysaatilla lämpötiloissa 20, 45 ja 70 °C:tta. Työn tavoitteena oli löytää lämpötila, jossa tutkimuksessa käytetyt puuperäiset liuokset likasivat kalvoja mahdollisimman vähän.

Tutkimuksessa käytettiin Alfa Lavalin UFX5-ultrasuodatuskalvoa sekä Microdyn-Nadirin ultrasuodatuskalvoa UP010 ja nanosuodatuskalvoa NP010. Ennen puuperäisten liuosten adsorboimista kalvoihin säilöntäaineet poistettiin kalvoista sekä kalvojen toiminta stabiloitiin esikäsittelemällä kalvot. Esikäsittelyssä kalvoja pestiin alkalisella pesuaineella, puristettiin 8 bar:n paineessa sekä huuhdeltiin vedellä ja etikkahapolla. Esikäsitellyt kalvot karakterisoitiin mittaamalla malliaineliuoksen vuo ja malliaineiden retentiot suodattamalla polyetyleeniglykoliliuosta kolmikennosuodattimella paineissa 2, 4 ja 6 bar. Tämän jälkeen kalvot altistettiin lämpötiloissa 20, 45 ja 70 °C:tta mustalipeälle ja hydrolysaatille. Altistuksen jälkeen karakterisointi tehtiin uudelleen, jotta vuoarvoja ja retentioita vertaamalla voitiin arvioida altistuksen aikana tapahtunutta kalvojen likaantumista. Adsorboituneen lian puhdistusta kalvoista tutkittiin pesemällä kalvoja alkalisella pesuliuoksella 20 °C:ssa tehdyn altistuksen jälkeen.

Mustalipeälle altistettujen kalvojen likaantuminen oli vähäisintä kokeissa, joissa lämpötila oli 20 °C. Alfa Lavalin UFX5-kalvolla 70 °C:ssa tehdyssä kokeessa kalvon likaantuminen oli myös erittäin vähäistä, sillä permeabiliteetti pieneni mustalipeäaltistuksen seurauksena alle 5 %. Hydrolysaatille altistetut kalvot likaantuivat adsorptiolla vähiten Alfa Laval UFX5-kalvoilla 20 °C:ssa tehdyissä kokeissa ja 45 °C:ssa Microdyn-Nadir NP010-kalvoilla tehdyissä kokeissa. Kokeiden perusteella tutkituista vaihtoehdoista korkein tutkimuksessa käytetty lämpötila 70 °C ja Alfa Lavalin UFX5-kalvo soveltuvatkin parhaiten mustalipeän kalvosuodatukseen adsorptiivisen likaantumisen kannalta.

The purpose of this work was to study with black liquor and wood based hydrolysate how temperature effected to membrane fouling in temperatures 20, 45 and 70 °C. Goal of this study was to find a temperature in which wood based solutions used in this study fouled membranes as little as possible.

Membranes used in this study were Alfa Laval UFX5, Microdyn-Nadir UP010 and NP010. Before adsorbing wood based solutions into the membranes preservatives were removed from membranes and membranes were stabilized by pre-treatment. In pre-treatment membranes were washed with alkaline washing solution and compressed in pressure of 8 bar as well as flushed with water and acetic acid. After pre-treatment characterization was performed. In characterization fluxes were measured and model substance retentions were calculated by filtrating polyethyleneglycol based solution in pressures 2, 4 and 6 bar. After adsorption made in temperatures 20, 45 and 70 °C characterization was also performed. Then the magnitude of membrane fouling was solved by comparing fluxes and retentions. Cleaning of substances fouled by adsorptive fouling was examined by membrane washing in 20 °C with all membranes used in this study.

Membrane fouling in black liquor adsorption was smallest in experiments where adsorption temperature was 20 °C. Membrane fouling was also very small in experiments made in 70 °C with Alfa Laval UFX5 membrane. In those experiments permeability drop caused by black liquor adsorption was under 5 %. Hydrolysate fouled Alfa Laval UFX5 membranes least in adsorption experiments made in 20 °C and Microdyn-Nadir NP010 membranes in adsorption experiments made in 45 °C. Therefore by adsorptive fouling point of view high temperature like 70 °C and Alfa Laval membrane will probably suit well to black liquors membrane filtration.