Пречишћавање отпадне воде из процеса производње биоетанола микрофилтрацијом

Abstract

Циљ овог истраживања је да се испита примене „cross-flow“ микрофилтрације на oбраду џибре од скробних сировина и утицај оперативних параметара (рН, трансмембрански притисак и проток) на флукс пермеата и ефикасност пречишћавања у систему са и без присуства статичког мешача. Микрофилтрација је изведена у условима потпуне рециркулације флуида. Током експеримента коришћене су једноканалне керамичке мембране, са пречницима пора 200 nm, 450 nm i 800 nm (TAMI). У току филтрације одређиван је флукс пермеата, односно његова промена током времена. Поред тога на мембрани од 200 nm испитана је могућност употребе статичког мешача (тип: Kenics) у циљу повећања флукса пермеата, односно смањења прљања површине мембране. Добијени резултати указују на то да је употребом микрофилтрације загађење отпадне воде смањено у односу на почетну вредност у џибри. Проценат смањења ХПК и БПК у пермеату, у систему без мешача, износиo je око 36% и 45%, редом, док је у систему са статичким мешачем овај проценат био нешто мањи, и износио је за ХПК 32%, а за БПК 42%. Садржај суве материја, укупног азота и фосфата такође је смањен, а суспендоване честице су у потпуности уклоњене из џибре. Међутим, садржај пепела у пермеатима повећан је у односу на вредност у џибри. На основу добијених резултата утврђено је да су нешто бољи резултати, у смислу смањења загађења, постигнути након микрофилтрације без употребе статичког мешача. Такође је утврђено да оперативни параметри немају утицаја на ефикасност пречишћавања џибре. На основу резултата статистичке анализе утврђено је да се применом поступка одзивне површине на адекватан начин може описати утицај одабраних оперативних параметара (проток напојне суспензије, трансмембрански притисак и рН напојне суспензије) на флукс пермеата током микрофилтрације џибре у системима без и са присуством статичког мешача. Уметањем статичког мешача долази до пораста флукса пермеата услед стварања турбулентних услова и карактеристичног начина протицања флуида кроз канал мембране, као последица специфичне конструкције примењеног мешача. Примена статичког мешача оправдана је смањењем специфичне потрошње енергије у поређењу са системом без мешача. Оптимални услови извођења процеса микрофилтрације испитиване џибре указују на то да је процес потребно изводити при максималним вредностима протока и трансмембранског притиска (TMP=0,9 bar, Q=160 l/h) на ниским рН вредностима.

Cilj ovog istraživanja je da se ispita primene „cross-flow“ mikrofiltracije na obradu džibre od skrobnih sirovina i uticaj operativnih parametara (rN, transmembranski pritisak i protok) na fluks permeata i efikasnost prečišćavanja u sistemu sa i bez prisustva statičkog mešača. Mikrofiltracija je izvedena u uslovima potpune recirkulacije fluida. Tokom eksperimenta korišćene su jednokanalne keramičke membrane, sa prečnicima pora 200 nm, 450 nm i 800 nm (TAMI). U toku filtracije određivan je fluks permeata, odnosno njegova promena tokom vremena. Pored toga na membrani od 200 nm ispitana je mogućnost upotrebe statičkog mešača (tip: Kenics) u cilju povećanja fluksa permeata, odnosno smanjenja prljanja površine membrane. Dobijeni rezultati ukazuju na to da je upotrebom mikrofiltracije zagađenje otpadne vode smanjeno u odnosu na početnu vrednost u džibri. Procenat smanjenja HPK i BPK u permeatu, u sistemu bez mešača, iznosio je oko 36% i 45%, redom, dok je u sistemu sa statičkim mešačem ovaj procenat bio nešto manji, i iznosio je za HPK 32%, a za BPK 42%. Sadržaj suve materija, ukupnog azota i fosfata takođe je smanjen, a suspendovane čestice su u potpunosti uklonjene iz džibre. Međutim, sadržaj pepela u permeatima povećan je u odnosu na vrednost u džibri. Na osnovu dobijenih rezultata utvrđeno je da su nešto bolji rezultati, u smislu smanjenja zagađenja, postignuti nakon mikrofiltracije bez upotrebe statičkog mešača. Takođe je utvrđeno da operativni parametri nemaju uticaja na efikasnost prečišćavanja džibre. Na osnovu rezultata statističke analize utvrđeno je da se primenom postupka odzivne površine na adekvatan način može opisati uticaj odabranih operativnih parametara (protok napojne suspenzije, transmembranski pritisak i rN napojne suspenzije) na fluks permeata tokom mikrofiltracije džibre u sistemima bez i sa prisustvom statičkog mešača. Umetanjem statičkog mešača dolazi do porasta fluksa permeata usled stvaranja turbulentnih uslova i karakterističnog načina proticanja fluida kroz kanal membrane, kao posledica specifične konstrukcije primenjenog mešača. Primena statičkog mešača opravdana je smanjenjem specifične potrošnje energije u poređenju sa sistemom bez mešača. Optimalni uslovi izvođenja procesa mikrofiltracije ispitivane džibre ukazuju na to da je proces potrebno izvoditi pri maksimalnim vrednostima protoka i transmembranskog pritiska (TMP=0,9 bar, Q=160 l/h) na niskim rN vrednostima.

The aim of this study was to evaluate the usage of microfiltration for starch-based stillage purification. Also, the influence of operating factors (transmembrane pressure, feed flow rate and pH) on permeate flux and removal efficiency was investigated. The microfiltration experiments were carried out in condition of complete recirculation of the fluid. The single channel ceramic membranes used for experiments had a nominal pore sizes of 200 nm,450 nm and 800 nm (TAMI). Another aim was to investigate the improvement of process using Kenics static mixer as turbulence promoter. The obtained results indicates that COD and BOD values in permeates were decreased compared to initial value in the stillage. Removal efficiency of COD and BOD, in the system without static mixer, was about 36% and 45%, respectively, while in the system with static mixer, this efficiency was slightly lower (about 32% for COD and 42% for BOD). Total nitrogen, phosphate and dry matter content were also decreased. Suspended solids were completely removed from the stillage. The ash content of the permeates obtained after microfiltration was higher compared to initial value in the stillage. On the basis of the presented results, it can be said that better results, in terms of removal efficiency, were achieved under the conditions without static mixer. Also, it was determined that experimental factors not affected on the efficiency of stillage purification. According to the results of statistical analyses it was determined that with Response Surface Methodology the influence of operating factors (transmembrane pressure, feed flow rate and pH) on permeate flux can be described in an adequateway. The increase in flux that occurs by placing a static mixer in the membrane channel was caused by the establishment of turbulent flow conditions and the characteristic flow of fluid along the membrane channel, which is a consequence of the characteristic geometry of Kenics static mixer. Application of static mixer was justified by a reduction in specific energy consuption compared with the system without static mixer. Optimal conditions of the investigated stillage microfiltration indicate that the process should be conducted at the maximum values of transmembrane pressure and feed flow rate (TMP=0,9 bar, Q=160 l/h) on low pH values.