Badania nad zastosowaniem koagulacji i filtracji we wstępnym uzdatnianiu wody przed mikrofiltracją

• Autorzy: Sąkol D. , Konieczny K.

Warianty tytułu

EN

The studies of the application of coagulation and conventional filtration in raw water pretreatment before microfiltration membranes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano wpływ zastosowania kilkuetapowego wstępnego procesu przygotowania wody na wartość współczynników retencji wybranych substancji. Celem badań było ograniczenie efektu blokowania polipropylenowych membran mikrofiltracyjnych o średnicy porów 0,2 mm, pracujących przy przepływie jednokierunkowym. Proces prowadzono w skali technicznej. Wodę surową stanowiły odsoliny z obiegu chłodzącego elektrowni. Wstępne przygotowanie wody obejmowało: koagulację chlorkiem żelaza(III) z dodatkiem polielektrolitu anionowego, sedymentację, koagulację za pomocą koagulantu zawierającego glin oraz filtrację i korektę pH przy użyciu roztworu HCl. Tak prowadzony proces umożliwił usunięcie 63% żelaza ogólnego, 76% glinu i 24% krzemionki już w czasie procesu wstępnego uzdatniania wody. We wstępnym etapie usunięto także 14% twardości ogólnej i niewielkie ilości jonów siarczanowych(VI), stanowiących zagrożenie dla membran odwróconej osmozy, znajdujących się w dalszej części układu technologicznego. Usunięto także większość substancji nierozpuszczonych w wodzie (współczynnik retencji zawiesiny we wstępnym uzdatnianiu wody wyniósł 75%). Znacznemu podwyższeniu uległy współczynniki retencji dla absorbancji UV254 (z 20 na 55%), utlenialności (z 6 na 40%). Wszystkie wyniki poparte zostały odpowiednimi testami statystycznymi, stwierdzającymi istotność różnic średnich stężeń poszczególnych substancji w wodzie po kolejnych etapach uzdatniania.

EN

Two-step coagulation using iron coagulant (FeCl3) with anionic polyelectrolyte in the first step and aluminum containing coagulant in the second one was made to reduce the negative effect of the fouling phenomenon. The process was operated in the commercial scale. The raw water was the blow-off water from the power plant cooling system. The dead-end microfiltration units provided with 0.2 mm polypropylene membranes produced about 210 m³ of water per hour. The technological process was divided into four stages: 1st - raw water from the cooling system (three times condensed decarbonized river water) 2nd - water after the first step coagulation and sedimentation, 3rd - water after the second step coagulation, conventional filtration on multimedia filters and pH correction, 4th - permeate. The changes of contents of several water soluble chemical substances were investigated, namely: turbidity, total hardness, chlorides, sulfates(VI), total iron, aluminum, silica, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, oxygen consumption and absorbance (254 nm). The results of statistical tests show a significant difference among the values of turbidity, total hardness, sulfates(VI), total iron, aluminum, silica, nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, permanganate COD and absorbance (254 nm) in the water during the whole process. 63% of total iron, 76% of aluminum and 24% of silica were removed during the first three stages. The results described previously had shown that the formation of cake layer was the main reason for the fouling phenomenon occurring on the investigated membranes. It was strictly connected with the presence of suspended solids in the raw water. It is significant that 75% of the suspension has been removed during the pretreatment stages. These results were confirmed by the scanning microscope observations of the suspension received after filtration of a 500 cm³ sample of water from each stage. X-ray photography of contaminations deposited on the filters surface showed that the main inorganic chemical compounds found in suspension were silica, aluminosilicates and calcium carbonate. The hydrobiological observations show the presence of Bacillariophyceae, and Cyanophyta which may produce the biofouling. The Bacillariophyceae's cell walls containing silica can produce a hardly soluble deposit on the membrane surface. It is possible to remove them during the coagulation and prefiltration stages. The investigations results show that it is possible to protect the polypropylene membrane against the fouling occurring inside membrane pores as well as the formation of the cake layer. The use of a hybrid process combining the traditional raw water pretreatment with a membrane process may be well-founded.

Słowa kluczowe

PL

filtracja; fouling; koagulacja; membrana polipropylenowa; mikrofiltracja; przepływ jednokierunkowy; woda przemysłowa; wstępne uzdatnianie wody

EN

coagulation; filtration; raw water pretreatment; microfiltration; fouling; industrial water; polypropylene membrane; dead-end; statistical analysis

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 6, nr 3/4
• Strony: 325--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Sąkol D.

• PKE S.S. Elektrownia "Łagisza", Wydział Wodno-Chemiczny, ul. Pokoju 14, 42-504 Będzin

autor

Konieczny K.

• Politechnika Śląska, Instytut Inżynierii Wody i Ścieków ul. Konarskiego 18,44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Krain F., Sąkol D., Wawrzyńczyk J., Zsirai I., Z chłodni do kotła, Mat. VII Konf. Nauk.-Techn. nt. Udział chemii energetycznej we wzroście efektywności urządzeń, Wyd. ZIAD, Katowice, Szczyrk 1998, 93-105.
• [2] Krain F., Sąkol D., Wykorzystanie technik membranowych w jednoczesnym procesie produkcji wody zdemineralizowanej i odsalania obiegu chłodzącego, Mat. III Ogólnopolskiej Konf. Nauk. nt. Membrany i techniki membranowe w ochronie środowiska, Szczyrk 1999,1.1, 83-95.
• [3] Sąkol D., Zależności pomiędzy wybranymi parametrami wody surowej a długością cykli pracy jednostki mikrofiltracji, Mat. IV Ogólnopolskiej Konf. Nauk. nt. Membrany i techniki membranowe w ochronie środowiska, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Inżynieria Środowiska z. 46, Zakopane 2002,155-162.
• [4] Sąkol D., Urbaś P., Krzyżak W., Badania nad sposobem wstępnej obróbki wody z układu chłodzącego przed membranami mikrofiltracyjnymi, Mat. IX Konf. Nauk.-Techn. nt. Udział chemii energetycznej we wzroście efektywności urządzeń, Wyd. Pro Novum, Katowice, Szczyrk 2002, 56-66.
• [5] Darton E.G., Fazel M., A statistical review of 150 membrane autopsies, Proc. of the 62nd Annual International Water Conference, Pittsburgh 2001,1-7.
• [6] Konieczny K., Ultrafiltracja i mi kro filtracja w uzdatnianiu wód do celów komunalnych, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Inżynieria Środowiska z. 42, Gliwice 2000.
• [7] Kowal A.L., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody, WN PWN, Warszawa-Wroclaw 1998.
• [8] Kabsch-Korbutowicz M., Majewska-Nowak K., Analiza zjawiska blokowania membran ultrafil- tracyjnych w procesie oczyszczania wód, Ochr. Śród. 1998, 4, 71,11-15.
• [9] Carroll T., King S., Gray S.R., Bolto B.A., Booker N.A., The fouling of microfiltration membranes by NOM after coagulation treatment, Wat. Res. 2000, 34, 11, 2861-2868.
• [10] Cho J., Amy G., Pellegrino J., Yoon Y., Characterization of clean and natural organic matter (NOM) fouled NF and UF membranes, and foulants characterization, Desalination 1998, 118, 101-108.
• [11] Howe K.J., Ishida K.P., Clark M.M., Use of ATR/FTIR spectrometry to study fouling of microfiltration membranes by natural waters, Desalination 2002, 147, 251-255.
• [12] Sąkol D., Konieczny К., Badanie zjawiska „foulingu” polipropylenowej membrany mikrofiltra- cyjnej pracującej przy przepływie jednokierunkowym, Inż. i Ochr. Śród. (w druku).
• [13] Altmann J., Ripperger S., Particle deposition and layer formation at the crossflow microfiltration, J. Membr. Sei. 1997,124,119-128.
• [14] Altmann J., Ripperger S., Experimental and theoretical study of the influence of particle interaction forces in crossflow micro- and ultrafiltration, Sep. Sei. Technol. 1989, b24, 383-398.
• [15] Song L., Flux decline in crossflow microfiltration and ultrafiltration mechanisms and modeling of membrane fouling, J. Membr. Sei. 1998, 139, 183-200.
• [16] Wiesner M.R., Laine J.M., Coagulation and membrane separation, Water Treatment Membrane Processes, McGraw-Hill 1996.
• [17] Lencki R.W., Riedl K., Effect of fractal flocculation behavior on fouling layer resistance during apple juice microfiltration, Food Research International 1999, 32, 279-288.
• [18] Abdessemed D., Adin A., Ben Aim R., Coupling flocculation with micro-ultrafilltration for waste water treatment and use, Desalination 1998,118, 323.
• [19] Judd S.J., Hillis P., Optimisation of combined coagulation and microfiltration for water treatment, Wat. Res. 2001, 35, 12, 2895-2904.
• [20] Bodzek M., Konieczny K., Metody określania zdolności wód i ścieków do powlekania membran substancjami koloidalnymi, Gospodarka Wodna 1990, 2, 37-40.
• [21] Maliński M., Szymszal J., Współczesna statystyka matematyczna w medycynie, Śl. Akademia Med., Katowice 1999.
• [22] Siegel S., Castellan N.J., Nonparametric statistics for the behavioral scienses, McGraw-Hill 1998.
• [23] Narębska A., Membrany i membranowe techniki rozdziału, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Toruń 1997.
• [24] Dojlido J.R., Chemia wód powierzchniowych, Wyd. Ekonomia i Środowisko, Białystok 1995.