Filtrasyon membranı, belirli itici güçler altında maddelerin iki farklı fazını ayıran bir ortamı ifade eder. İtici kuvvetin etkisi altında, karışık çözeltideki iyonlar, moleküller ve bazı parçacıklar, zarın geçirgenliği sayesinde ayrılabilir.
Malzeme türüne göre membranlar organik membranlar ve inorganik membranlar olarak sınıflandırılır. Organik membranlar, yüksek ayırma verimliliği, basit ekipmanı ve kolay şekillendirme prosesi nedeniyle ilk kez su arıtımında tanıtıldı ve yaygın olarak kullanıldı. Ancak yine de kısa ömür, zayıf kimyasal stabilite, mikroorganizmalara karşı zayıf direnç ve zayıf termal stabilite gibi doğal dezavantajları vardır.
İnorganik membranlar, özellikle seramik membranlar giderek ilgi görmeye başlamıştır. 1990'lı yıllardan bu yana inorganik membranların yıllık büyüme oranı %30-35'e ulaşmış olup, seramik membranlar bu büyümenin yaklaşık %80'ini oluşturmaktadır.
İnorganik Seramik Membranların Performans Özellikleri
Seramik membranlar, gözenekli seramik malzemelerden oluşan destekleri ve mikro gözenekli seramik membranlardan oluşan filtreleme katmanıyla bir tür katı hal membranıdır. Boru şeklinde, düz veya çok kanallı olabilirler. Seramik membranların yüzeyi, tipik olarak 0,004 ila 15μm arasında değişen gözenek boyutlarına sahip, düzgün şekilde düzenlenmiş mikro gözeneklere sahiptir. Al2O3, TiO2, ZrO2 ve SiO2 gibi malzemelerden hazırlanan seramik membranlar, mükemmel kimyasal stabiliteleri, yüksek sıcaklık dirençleri ve uzun ömürleriyle bilinir.
1. Yüksek Sıcaklık Dayanımı
İnorganik seramik membranlar mükemmel ısı direncine sahiptir ve çoğu seramik membran 1000-1300°C arasındaki sıcaklıklarda çalışabilmektedir. Yüksek sıcaklıktaki ve yüksek viskoziteli akışkanların ayrılması için uygundurlar. Gıda, süt ürünleri ve ilaç endüstrilerinde olduğu gibi kimyasal temizlemenin mümkün olmadığı senaryolarda veya artan sıcaklık yoluyla malzeme viskozitesinin azaltılması gerektiğinde,
2. İyi Kimyasal Kararlılık
İnorganik seramik membranlar asit, alkali ve biyolojik korozyona karşı dayanıklıdır ve korozyon direnci açısından metal ve diğer organik membran malzemelerinden daha iyi performans gösterir. Aşırı pH değerlerine sahip malzemeleri, özellikle alkali malzemeleri işlemek için kullanılabilirler, aynı zamanda mükemmel antibakteriyel özelliklere ve biyolojik bozunmaya karşı dirence sahiptirler.
3. Yüksek Geçirgenlik Seçiciliği
Gözenekli seramik membranların küçük gözenek boyutları nedeniyle geçirgenlik seçiciliği yüksektir ve ultrafiltrasyon ve mikrofiltrasyon için uygulanabilir. Ayrıca seramik nanofiltrasyon membranları iyonları farklı ayırma özelliklerine sahip olduğundan, seramik malzeme ayrıştırılacak hedef iyonlara göre seçilebilir.
4. Kirlenme yok, temizlenmesi kolay, uzun servis ömrü
Seramik membranlar, ayırma işlemi sırasında faz değişimi veya kimyasal reaksiyon olmaksızın mükemmel kimyasal stabiliteye sahiptir, dolayısıyla sıvıda herhangi bir kirlenme olmaz.
Seramik membran temizliği oldukça kolaydır, membran yüzeyindeki çözünmeyen çökeltileri, yağlı maddeleri ve proteinleri uzaklaştırmak için asidik, alkali ve enzimatik temizleyiciler kullanılabilir, sterilizasyon için buhar ve kaynar su kullanılabilir, kirleticilerin membran yüzeyinden uzaklaştırılması için geri yıkama yöntemi uygulanabilir. Seramik membranlar asimetrik yapıya sahip olduğundan membran gözenekleri bulunur.
Seramik membranlar mükemmel dayanıklılığa sahiptir, tipik ömrü 3-5 yıldır ve hatta bazıları uygun bakımla 8-10 yıla kadar ulaşabilir.
5. Fotokataliz
TiO2 membranları gibi bazı seramik membran türleri güçlü fotokatalitik özelliklere sahiptir. Ultraviyole ışık altında yem materyalindeki bakterileri ve diğer mikroorganizmaları öldürerek su arıtma, hava temizleme ve sterilizasyon uygulamalarına uygun hale getirebilirler.
Atıksu Arıtımında Seramik Membranların Uygulanması
1. Gıda Endüstrisi Atıksu
Seramik membranlar yüksek sıcaklık direncine, kimyasal stabiliteye ve asit, alkali ve biyolojik korozyona karşı dirence sahiptir, bu nedenle gıda endüstrisi atık su filtrasyon arıtımında, özellikle meyve suyu üretim fabrikaları için geniş bir uygulama alanına sahiptirler. bitkisel ilaçların filtrasyonunda bira, soya sosu, sirke, ginkgo suyu, çay vb. de kullanılabilir.
2. Tekstil ve Kağıt Yapımı Atıksuları
Tekstil ve kağıt yapımı atıksuları, büyük hacimli, yüksek renkli ve karmaşık bileşimli, boyalar, kağıt hamuru, lif yabancı maddeleri, ağır metaller ve diğer maddeleri içeren, yüksek biyolojik toksisiteye sahip ve ciddi kirliliğe neden olan karmaşık bileşimlerle karakterize edilir. Seramik membranlar, çözünmeyen boyaların işlenmesinde özellikle etkilidir ve çözünebilir boyalar için, yüzey aktif maddenin eklenmesiyle giderim oranı önemli ölçüde artırılabilir.
3. Biyokimyasal Atık Su
Hücre uzaklaştırma, steril su üretimi, düşük moleküler ağırlıklı organik bileşiklerin arıtılması ve biyoreaktör membranlarını içeren biyokimya mühendisliği alanında seramik membranların uygulanması son zamanlarda büyük ilgi görmüştür. Bakterileri fermantasyon et suyundan ayırmak için seramik membranların kullanılması, birden fazla endüstriyel ölçekli kurulumla sonuçlandı; yalnızca ürün üretkenliğini artırdı, ekipman yükünü azalttı, aynı zamanda atık su deşarjını da önemli ölçüde azalttı.
4. Yağ İçeren Atık Su
Petrol içeren atık su, petrokimya, petrol çıkarma, nakliye, işleme, deri, tekstil, gıda ve ilaç gibi çeşitli kaynaklardan kaynaklanır. Kimyasal olarak oldukça oksijen gerektirir ve büyük miktarda yağ içerir, bu da ciddi çevre kirliliğine neden olur. Petrol içeren atık suyun etkili bir şekilde ayrılması, çevresel iyileştirme, petrol geri kazanımı ve suyun yeniden kullanımı için çok önemlidir. Seramik membran filtrasyon teknolojisi, mükemmel ayırma etkisi ve ikincil kirliliğin olmaması nedeniyle araştırmaların sıcak noktası haline geldi.
5. Evsel ve Kentsel Atık Su
Alümina membranlar evsel ve kentsel atık suların arıtılmasında kullanılabilir, mikro gözeneklerin tıkanması kolay değildir, temizlenmesi kolaydır, sıkışan kirleticiler sadece kontrol katmanının yüzeyinde kalır. Temizlendikten sonra tutma oranı ve mevcut akış hızı neredeyse %100'e geri kazanılabilir. 0,1-0,35μm arasında değişen kontrol katmanı gözenek boyutuna sahip alümina membran tüpleri, BOİ5 için %83, CODcr için %67 ve 0,1μm'den büyük katı askıdaki madde için %100'lük bir giderim oranına sahiptir.
Su Arıtmada Seramik Membran Biyoreaktörlerin Uygulaması
Su arıtımında seramik membranların uygulanması, özellikle endüstriyel atık su olmak üzere atık suların arıtımında oldukça yaygındır; evsel atık su arıtımında seramik membranların araştırılması ve uygulanması hala nispeten nadirdir. Evsel atık su arıtımında seramik membranların birincil uygulamaları iki türe ayrılabilir: membran ayırma ve membran ayırmayı biyoreaktör teknolojisiyle birleştiren seramik membran biyoreaktörler (CMBR). Şu anda, uygulamalı araştırmalarda membran ayrımı daha az görülüyor; çabaların çoğunluğu seramik membran biyoreaktörlere, ağırlıklı olarak anaerobik proseslere odaklanıyor.
Membran biyoreaktör (MBR), membran ayırma ünitelerini biyolojik arıtma üniteleriyle birleştiren yenilikçi bir su arıtma teknolojisidir. Geleneksel aktif çamur yönteminde kullanılan ikincil çökeltme tankı, yüksek verimli ayırma özelliğine sahip membran modül ile değiştirilerek, benzeri görülmemiş çamur-su ayrımı ve çamur konsantrasyon etkileri elde edilmektedir. Ek olarak membran, atık sudaki askıda katı maddeleri, organik maddeleri, patojenleri ve virüsleri verimli bir şekilde tutarak arıtılan suyun kalitesini önemli ölçüde artırır.
Geleneksel biyokimyasal arıtma teknikleriyle karşılaştırıldığında MBR, yüksek arıtma verimliliği, mükemmel su kalitesi, kompakt ekipman, küçük zemin alanı, kolay otomasyon ve basitleştirilmiş işletme ve yönetim gibi önemli avantajlara sahiptir. 1980'li yıllardan bu yana bu teknoloji artan ilgiyi çekmiş ve su arıtma araştırmalarında sıcak bir konu haline gelmiştir. Şu anda membran biyoreaktörler Amerika Birleşik Devletleri, Almanya, Fransa, Japonya ve Mısır dahil ondan fazla ülkede uygulanmaktadır .
Merkezi belediye atık su arıtımında, arıtılacak suyun büyük hacmi ve kirletici maddelerin nispeten düşük konsantrasyonu, membran filtrasyonunu enerji yoğun ve ekonomik olarak daha az uygulanabilir hale getirir. Bununla birlikte, seramik membran biyoreaktörler, bir konut kompleksinde atık suyun yeniden kullanımı gibi evsel atık suların dağıtılmış arıtımı için kullanılabilir. Seramik membran biyoreaktörler kararlı çalışma, minimum bakım gereksinimi, yüksek mekanik dayanım, uzun hizmet ömrü ve kimyasal korozyona direnç sunarak organik membranlarla karşılaştırıldığında oldukça rekabetçi olmalarını sağlar.
Özetle, seramik membran biyoreaktörler, uzun hizmet ömürleri, yüksek güvenilirlikleri, tutarlı arıtma etkileri, daha az işletme ve bakım gereksinimleri nedeniyle endüstriyel su arıtımında geniş çapta övgü kazanmıştır ve dağıtılmış evsel atık su arıtımında büyük uygulama beklentilerine sahiptir.
