Låg vattentemperatur ger minskande pordiameter vid membranfiltrering. Uppvärmning med varmt vatten under sex timmar kan återställa porstrukturen visar kanadensiska försök.
Av: Jörgen Hanaeus
Effekter av låg vattentemperatur, av ökad vattentemperatur vid spolning och av spoltid förmembranfunktion och porstruktur har studerats med flata polyvinyliden (PVDF)-membran. Extrem kallvattentemperatur minskade membranens permeabilitet och gav minskande porstorlek, särskilt för de större porerna.
Periodisk uppvärmning med varmvatten av 35 ºC gav en nära komplett återställning av porstrukturen. Om vatten av rumstemperatur, 23 ºC valdes kunde större delen av kapacitetsminskningen återställas.
Bakgrund
Membranfilterteknik används numera för dricksvattenframställning över hela världen; även i kalla regioner. Fördelar är minskad kemikalieåtgång, minskat lokalbehov, miljövänlighet, enkelhet i drift och möjlighet att skapa bättre dricksvattenkvalitet, jämfört med äldre alternativ.
Många faktorer påverkar reningsresultatet, råvattnets kvalitet, membranfiltrets karakteristika (råhet, porstorlek, hydrofobicitet), driftsparametrar (pH, flöde, temperatur) samt successiv igensättning (fouling). Temperaturens inflytande kan anges utifrån viskositet och ytspänning, men dess påverkan på membranmaterialet är lite studerad. Viskositeten förklarar en del av den minskande fluxen genom membranet, men inte allt. Ofta tolkas fenomenet i termer av otillräcklig rengöring, varför kemikalietillsatsen ökas.
Målet för denna studie var därför att undersöka membranstruktur och -kapacitet vid en vattentemperatur under produktion av 0,3 ºC samt att testa om periodisk varmvattenkontakt kunde återställa membrankapaciteten efter de kalla perioderna.
Försök
Vatten till studien bestod av avjonat och destillerat vatten med 1 vikts-% natriummetabisulfit (Na2S2O5) tillsatt för att hämma eventuell biofilmtillväxt. Nyproducerade platta membran av polyvinylidenfluorid (PVDF) med porstorleken 0,1 µm användes; en modul innehöll två skivor med en sammanlagd yta av 0,03 m2 insatta med gummipackning i varsin rostfri stålram. Tre moduler, A,B,C, tillverkades från en och samma duk plus att två mindre bitar, D,E, togs ut från duken.
Råvattnet som hölls kallt i kylrum pumpades genom membranet och samlades sedan upp i en graderad cylinder. Fluxen var 30 L/m2, h. Studien pågick under tre månader i kylrum med råvattentemperaturen 0,3-1,0 ºC. Initiell permeabilitet var 1015,1007 och B2B3D4D7-0841-4BF9-9E26-E10ABE474736 L/m2, h, bar vid 20 ºC för modulerna A, B och C respektive.
Efter varje tvåveckorsperiod togs modulerna A och B ut från kylrummet och placerades i 23 resp 35 ºC vatten under 6 h, medan modul C fick arbeta vidare vid den låga temperaturen i kylrummet. Efter 6 h bestämdes permeabiliteterna (via trycken 0,022-0,061 bar) med avjonat och destillerat vatten av 23 ºC. Efter varje test återfördes membranen till kylrummet för nya två veckors drift.
Efter varje två veckors period togs membranstyckena D och E (ofiltrerade) ut ur vattenlösningen i kylrummet och två 1cm * 4 cm bitar från var och en delades ner till 1cm*1cm, elektronmikroskoperades och porstorleksfördelningen bestämdes. Parametrarna d10, d50 och d90 angavs för porerna där d10 anger den diameter för vilka 10 % av antalet porer är mindre än denna osv.
På liknande sätt togs prover ut från membranen A, B och C efter tre månaders drift för porstorleksbestämning.
Resultat
Det kalla vattnet, 0,3 ºC, gjorde att membranets permeabilitet sjönk. Den initiella porstorleken minskade med tiden, särskilt genom att de större porerna (>30 nm) krympte.
Den periodiska uppvärmningen om 6 h varannan vecka gjorde att huvuddelen av porstorlekar och permeabilitet återställdes vid rumstemperatur (23 ºC). Vid 35 ºC var återställningen fullständig. Försök med 24 h uppvärmningspass indikerade att längre tid än 6 h gav marginell, om ens någon förbättring.
Porstorlekskurvor och permeabilitetsdata presenteras.
Slutsatser
Författarna drog slutsatsen att periodisk kemisk rening av membranfilter med fördel kan genomföras med varm kemikalielösning i regioner med kallt råvatten.
Eftersom försöken genomförts med PVDF-membran och materialets värmeegenskaper är centrala vid krympning av porerna, kan inte resultaten överföras okritiskt på andra membranmaterial.
Källa: Tikka, Adrianna1), Gao, Wa 2)& Liao, Baoqiang1)c(2019): Reversibility of membrane performance and structure changes caused by extreme cold water temperature and elevated conditioning water temperature. Water Research, 151, pp 260-270.
Hela artikeln i Water Resarch finns att köpa här.
Författarna från:
- Department of Chemical Engineering, Lakehead University, Thunder Bay, ON, P7B 5E1, Canada
- , Department of Civil Engineering, Lakehead University, Thunder Bay, ON, P7B 5E1, Canada.
Korresponderande författare:
