Jednou z najviac mätúcich otázok pre operátorov, inžinierov a manažérov ultrafiltračných systémov je: „Dnešný vstupný tlak ultrafiltrácie sa opäť zvýšil. Je to kvôli zvýšenému membránovému znečisteniu alebo jednoducho preto, že teplota vody je dnes nižšia?“
Hlavným účelom štandardizácie údajov nie je zmeniť pôvodné údaje. Namiesto toho je to eliminovať vplyv kolísania prevádzkových podmienok (ako je teplota vody, prietok a kvalita vody) prostredníctvom výpočtov, obnovenie „údajov o výkonnosti“ na „štandardné podmienky“, a tým odhalí skutočný trend výkonnosti membránového systému (predovšetkým stupeň znečistenia).
I. Prečo sú prevádzkové údaje ultrafiltrácie potrebné na štandardizáciu?
Výkon membrány ultrafiltrácie je priamo ovplyvnený nasledujúcimi kľúčovými prevádzkovými parametrami:
1. Teplota: Teplota vody priamo ovplyvňuje viskozitu vody. Čím nižšia je teplota vody, tým vyššia je viskozita a čím väčšia je odolnosť proti vode prietokom cez membránové vlákna. Na udržanie konštantnej rýchlosti výroby vody (tok) musí systém zvýšiť frekvenciu vstupného čerpadla, čo vedie k zvýšeniu vstupného tlaku. Naopak, v lete sa tlak prirodzene znižuje. Bez štandardizácie by ste sa mohli mylne domnievať, že membrána je v zime vážne znečistená.
2. Prietok: Permeátový prietok (tok) a prietoková rýchlosť spätného preplachovania/vzduchu priamo ovplyvňujú šmykovú silu na povrchu membrány a účinnosť odstraňovania kontaminantov. Zmeny prietoku tiež ovplyvňujú tlak.
3. Kvalita vody: Zmeny v koncentrácii suspendovaných tuhých látok a organických látok v surovej vode priamo ovplyvňujú rýchlosť znečistenia.
Ak sa údaje o prvom tlaku a toku používajú priamo na určenie, či membrána potrebuje čistenie alebo na vyhodnotenie účinnosti čistenia, závery sú často chybné a zavádzajúce. Normalizácia údajov zahŕňa „vyrovnávanie“ údajov z rôznych období do rovnakého východiskového bodu na porovnanie.
II. Základné princípy a kľúčové parametre normalizácie údajov
Teoretický základ normalizácie je klasickým modelom odporu pre membránovú filtráciu:
Tmp=μ × r × j
TMP: Transmembránový rozdiel tlaku, hnacia sila prenikania vody cez membránu a metriku jadra, na ktorú sa zameriavame.
μ: Dynamická viskozita vody, funkcia teploty.
R: Celkový odpor, vrátane inherentnej rezistencie membrány a dodatočnej rezistencie spôsobenej kontamináciou. To je to, čo naozaj chceme vedieť! Čím závažnejšia kontaminácia, tým väčšia je hodnota R.
J: Membránový tok, množstvo vody vyrobenej na jednotku membránovej plochy na jednotku času.
Naším cieľom je monitorovať zmeny v R. Ako ukazuje vzorec, aj keď znečistenie zostáva nezmenené (R zostáva konštantné), ak sa zmení teplota vody alebo tok J, TMP sa tiež zmení.
Jadrom štandardizácie je teda fixovať tok J a teplotu μ (kalibrovať ich na štandardné hodnoty) a vypočítať štandardizovaný rozdiel tlaku transmembránu. Zmeny v tomto štandardizovanom TMP čisto odrážajú zmeny celkového odporu R, to znamená zmeny v úrovni znečistenia.
3. Ako normalizovať údaje
Predpokladajme, že existuje ultrafiltračný systém určený pre konštantný tok.
Krok 1: Definujte „štandardné podmienky“
Toto sú referenčné hodnoty pre všetky výpočty. Zvyčajne sa údaje z počiatočnej stabilnej prevádzky systému (zvyčajne prvých 24-48 hodín po uvedení do prevádzky, predtým, ako dôjde k významnému znečisteniu membrány)) sa vyberú ako „štandardné podmienky“.
Štandardná teplota (T_STD): Napríklad 20 stupňov alebo 25 stupňov (v závislosti od klímy a konštrukčných hodnôt).
Štandardný tok (J_STD): Dizajnový tok systému, napríklad 50 LMH (L/m² · H).
Štandardizované TMP (TMP_STD): Počiatočná hodnota TMP systému počas stabilnej prevádzky pri štandardnom toku teploty a výroby. Táto hodnota slúži ako referenčná hodnota pre budúce porovnania.
Krok 2: Zber údajov a organizácia
Pravidelne zhromažďujte nasledujúce nespracované údaje zo systému PLC/DCS (napr. Pohodné alebo na smenu):
Vstupný tlak (p_in) a tlak produktu (p_out): Používa sa na výpočet skutočného Tmp=(p_in + p_out)/2-p_out (pre externé tlakové membrány).
Výrobný prietok (q): Používa sa na výpočet skutočného toku j=q/celkovej membránovej oblasti.
Vstupná teplota (T).
Prevádzkový režim: Zadajte údaje zaznamenané počas fázy výroby, spätného preplachovania alebo fázy preplachovania. Normalizácia sa zvyčajne vykonáva iba na údajoch počas stabilnej výrobnej fázy.
Krok 3: Vypočítajte normalizovaný transmembránový tlak (TMP)
Toto je najdôležitejší krok výpočtu. Vzorec je nasledujúci:
Normalizovaný Tmp=tmp_measured × (μ_std / μ_measured) × (j_std / j_measured)
Kde:
TMP_Measured: Skutočný transmembránový tlak meraný v kroku 2.
μ_STD: Viskozita vody pri štandardnej teplote (T_STD) (k dispozícii z tabuľky).
μ_Measured: Viskozita vody pri skutočnej teplote vstupnej vody (T).
J_std: Štandardný tok.
J_Measured: Skutočný tok.
Kde:
(μ_std / μ_measured): faktor korekcie teploty. Ak je skutočná teplota vody nižšia ako štandardná teplota (μ_Measured> μ_STD), tento faktor bude menší ako 1, čo znamená, že korigovaný TMP bude nižší, čo eliminuje falošný vysoký tlak spôsobený nízkymi teplotami.
(J_std/j_measured): Flux korekčný faktor. Ak je skutočný tok permeate nižší ako konštrukčný tok (j_measured Krok 4: Analýza trendov a rozhodnutie - Vytvorenie Zastaví denný vypočítaný normalizovaný TMP do trendovej tabuľky. Toto je váš „prístrojový panel“ na hodnotenie zdravia systému. Stabilné a pomalé zvýšenie naznačuje, že kontaminácia sa pomaly hromadí, čo je normálny proces. Náhly skok naznačuje, že sa mohla vyskytnúť náhla kontaminácia (napr. Neúspešné dávkovanie chemikálie, náhla zmena kvality vody), čo si vyžaduje okamžité vyšetrenie. Trvalé a rýchle zvýšenie naznačuje, že konvenčné spätné preplachovanie už nie je účinné pri kontrole kontaminácie a sú potrebné prípravy na zvýšené chemické preplachovanie alebo restoratívne čistenie chemikácie. Významný pokles po čistení naznačuje, že čistenie bolo efektívne. Ak sa nezotaláte blízko - Počiatočné hodnoty po vyčistení označuje možné ireverzibilné znečistenie alebo starnutie membrány. Príklad: Zimné „falošné poplachy“ v ultrafiltračnom systéme WaterWorks Štandardné podmienky: T_STD=25 Stupel, j_std=60 lmh, počiatočné tmp_std=30 kPa. Údaje zo zimného dňa: teplota vody T=10 Stupeň, skutočný tok j=60 lmh, namerané tmp=45 kPa. Normalizovaný výpočet: Tabuľka: Viskozita vody pri 25 stupňoch, μ_std=0.890 MPa · s; Viskozita vody pri 10 stupňoch, μ_measured=1.307 mPa · s. Pomer toku: j_std/j_measured=60/60=1. Pomer viskozity: μ_std/μ_measured=0.890/1,307 ≈ 0,681. Normalizovaný Tmp=45 kPa × 0,681 × 1 ≈ 30,6 kPa. Záver: Normalizovaný tlak bol takmer 30 kPa, čo je v súlade s počiatočnou hodnotou. To naznačuje, že zvýšenie tlaku bolo čisto v dôsledku poklesu teploty vody. Neexistovala prakticky žiadna nová kontaminácia samotnej membrány a chemické čistenie bolo úplne zbytočné. Nepotrebnému vypnutiu čistenia sa zabránilo, čím šetrí náklady a predĺžilo membránovú životnosť.