Membrandestillation har visat sig gångbar vid saltrika vatten t ex koncentrat från lakvattenrening. Foulingproblem angrips med olika kemikalier där natriumdodecylsulfat lyckades väl.
Av: Jörgen Hanaeus
Membrandestillation med direktkontakt är den metod som varit utgångspunkt för arbetet i denna artikel. Den har här följt lakvattnet efter bassänger för utjämning, sedimentering, hydrolys och surgöring, anox-behandling, aktivslam, sandfiltrering, ultrafiltrering och tvåstegs omvänd osmos. Osmosens koncentrat är mycket salt och lämpat för membrandestillation, som utvinner ytterligare vatten ur koncentratet.
Beläggningar (fouling) och membranvätning (hydrofil yta) är de svåraste driftproblemen för membrandestillationen och här har flera rengöringskemikalier provats, där natriumdodecylsulfat-lösningen lyckats klart bäst.
Bakgrund
Deponier är ett vanligt sätt att hantera ökande mängder kommunalt fast avfall. Ökningen gör också att den utifrån nederbörd avrinnande lakvattenmängden ökar och utgör en starkt förorenad vätska. Den innehåller t ex humussyror, ammonium, tungmetaller och oorganiska salter. Kraven på behandling av lakvattnet före utsläpp ökar med tiden.
För behandling har membranteknik, t ex omvänd osmos, fått ökad popularitet. Koncentratet (brine) från osmossteget kan uppgå till 13-30 % av inkommande lakvattenmängd och ytterligare behandling av the brine är önskvärd. En teknik på frammarsch är membrandestillation, där det upphettade vattnet bildar ånga på tillförselsidan. Denna kyls på permeatsidan förenat med värmeåtervinning. Den direkta membrandestillationen har vissa fördelar, men också en del värmeförluster.
Försök
Den kommunala deponi som bidrar med lakvatten, behandlat enligt ovan, är belägen i norra Beijing och har nyttjats sedan 1996. Koncentratet från osmosanläggningen testades i en direkt membrandestillation med membran av polyvinylidenfluorid (PVDF). När kapaciteten sjunkit påtagligt rensades membranen med en av följande kemikalier: HCl (pH=2), NaOH (pH=12), EDTA-Na (pH=11,5), 2 vikts-% NaClO-lösning, 2 vikts-% Citronsyralösning eller 3 vikts-% Natriumdodecylsulfat-lösning.
Det membran som användes hade karakteristika: Medeldiameter 0,16 µm, Kontaktvinkel 118,6º, Porositet 85 %, Innerdiameter för hålfibern 0,80 mm, Membrantjocklek 0,15 mm, Antal hålfibrer 50, Membranlängd 100 mm och Membranarea 126 cm2.
Koncentratdata: pH 8,28, Konduktivitet 33,5 mS/cm, Na 7 060 mg/L, Ca 653 mg/L, Mg 1 735 mg/L, Cl- 5 248 mg/L, COD 5 443 mg/L, TDS 18 900 mg/L.
Fouling-tester gjordes med Osmosbrinen. Tillförseln styrdes till 53 ºC med 45 L/h och destillatet med motsatt flödesriktning hölls vid 20 ºC och 27 L/h. Varje experiment drevs i 30 h innan membranen togs loss och analyserades. Det gick till som följer:
- Membranen rensades med avjonat vatten under 30 min för att frigöra lösa beläggningar
- Den aktuella reningskemikalien pumpades in i hålfibrerna från insidan med 45 L/h
- Avjonat vatten av 50 ºC spolades motströms igenom under 1 h varefter den kemiska rengöringen upprepades
- Membranen torkades i en box med varmluft (50 ºC) under 2 h.
- Membranytan skannades med elektronmikroskop och kontaktvinkeln vatten-membranyta mättes (hydrofobiciteten).
Resultat
Under de första 18 h ökade saltkoncentrationen i tillfört vatten pga recirkulerande permeat med ökande koncentration. Fluxen genom membranen minskade med ca 55 % och permeatets koncentration ökade från 36 till 118 µS/cm. Indikation på fouling (foton och svepelektronmikroskop (SEM) foton visas). SEM-foton visade även beläggningar inne i membranens porer.
Den kemiska rensningen kontrollerades med att 4 vikts-%ig NaCl-lösning tillfördes (flux och permeatets konduktivitet).
Återvunnen initial flux efter rensning blev: Citronsyra 78 %, HCl + NaOH 63 %, EDTA+HCl 71 %, NaClO 98 % och Natriumdodecylsulfat 99,7 %. De bästa höll fluxen vid 12 kg/m2, h och permeatet låg stabilt under 20 µS/cm.
Som mått på graden av hydrofobicitet användes kontaktvinkeln. Hydrofila membranytor ökar risken för vatten i porerna, vilket hindrar ångtransporten och minskar fluxen. Större kontaktvinkel betyder högre hydrofobicitet och här erhölls efter rensning: (ny membranyta = 118,6º), Na-dodecylsulfat 116,4º, NaClO 109,2º, EDTA-HCl 99,5º, citronsyra 97,2º samt HCl+NaOH 42,5º.
Tagna SEM-fotografier visade att membranytan för ögat återställts till utgångskvalitet med Na-dodecylsulfat (3% lösning) och relativt nära med NaClO (2 % lösning).
Slutsatser
Natriumdodecylsulfat (3% lösning) var den framgångsrikaste kemikalien av de testade vid rensning av membran från membrandestillation av koncentrat från osmosbehandlat lakvatten.
Källa: Jia, X.1,2), Li, K. 1), Wang, B.3), Zhao, Z.1,2) Hou, D. 1,2,4) & Wang, J.1,2,4) Membrane cleaning in membrane distillation of reverse osmosis concentrate generated in landfill leachate treatment. Water Science & Technology Vol 85, No 1, pp 244-256.
National Engineering Research Center of Industrial Wastewater Detoxication and Resource Recovery, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100 085, Kina
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100 049, Kina
School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100 083, Kina
Beijing Key Laboratory of Industrial Wastewater Treatment and Reuse, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100 085, Kina.
Kontakt: dyhou [a] rcees.ac.cn
