Las condiciones para la limpieza química por ultrafiltración que figuran en los manuales técnicos de la mayoría de los fabricantes de membranas de ultrafiltración incluyen "una disminución del 25% en el flujo de agua estandarizado". Esta condición es relativa y se refiere a la disminución de la producción real de agua de ultrafiltración en comparación con el flujo de producción de agua en condiciones estándar. Sin embargo, muchos operadores de tratamiento de agua no comprenden el concepto de "flujo de producción de agua estandarizado" y no saben cómo calcular este valor. Este artículo parte de los factores que afectan el flujo de producción de agua de las membranas de ultrafiltración, brinda un método de cálculo simple para el flujo de producción de agua estandarizado y utiliza casos típicos para ilustrar la diferencia entre el juicio de cálculo científico y el juicio macro, como referencia para el personal de tratamiento de agua.
Factores que afectan la producción de agua con membranas de ultrafiltración.
En el funcionamiento de membranas de ultrafiltración, al monitorear los cambios de flujo causados por la contaminación de la membrana, se puede determinar cuándo es necesaria la limpieza. Debido a que el flujo está determinado por la presión y la viscosidad del agua, al determinar el grado de contaminación de la membrana, debemos considerar de manera integral los cambios naturales en el flujo de la membrana causados por los cambios de presión y temperatura. En diferentes condiciones de temperatura, la diferencia de temperatura entre el agua en verano e invierno puede superar los 20 grados. Dado que la temperatura determina la viscosidad del agua, el flujo de la membrana puede ser un 70% mayor en verano que en invierno.
Método de cálculo de la producción de agua estandarizada.
La temperatura de condición estándar de la mayoría de los fabricantes de membranas de ultrafiltración es de 20 grados o 25 grados, pero nuestra ultrafiltración no está a la temperatura estándar la mayor parte del tiempo. Esto requiere que conviertamos el flujo de producción de agua a la temperatura real en el flujo de producción de agua en condiciones estandarizadas, que se puede calcular de la siguiente manera.
En la fórmula: Js es el flujo de producción de agua a temperatura estándar, L/(m2·h); Jm es el flujo de producción de agua a temperatura real, L/(m2·h); Ts es la temperatura de condición estándar, grados; Tm es la temperatura real del agua de entrada, grados.
La fórmula anterior sólo considera la influencia de la temperatura, es decir, la influencia de la viscosidad del agua, pero no considera la influencia del cambio de presión en el flujo de la membrana, por lo que no es lo suficientemente precisa. Después de introducir la influencia del cambio de presión en el flujo de la membrana, obtenemos un nuevo concepto de flujo específico a temperatura estándar, y su valor se puede calcular de la siguiente manera.
Donde: Jsp es el flujo específico L/(m2·h·MPa) a temperatura estándar; Δp es la diferencia de presión transmembrana de ultrafiltración, MPa.
Entonces, ¿cómo debería utilizarse un cálculo tan simple como la fórmula anterior en la producción real? A continuación utilizamos tres casos típicos para ilustrar la diferencia y la brecha entre el método macroempirista para juzgar si la ultrafiltración necesita limpieza química (es decir, por el cambio en la producción de agua y la diferencia de presión) y el cálculo científico.
Ejemplo
Ejemplo 1: En una planta de tratamiento de agua, la temperatura de estandarización de la membrana de ultrafiltración instalada es de 25 grados, y un solo conjunto de elementos de membrana de ultrafiltración 40 77m2, durante la operación inicial, la temperatura del agua es de 22 grados, la diferencia de presión es {{ 4}}.05 MPa, y el caudal de producción de agua es de 155 m³/h; Después de medio año de funcionamiento, la temperatura del agua es de 18 grados, la diferencia de presión es de 0,08 MPa y el caudal de producción de agua es de 150 m³/h. Determine si la membrana necesita limpieza química.
(1) Calcule el flujo de producción de agua real Jm1 durante la operación inicial de la membrana.
(2) Calcule el flujo de producción de agua estandarizado Js1 durante la operación inicial de la membrana.
(3) Calcule el flujo específico Jsp1 a la temperatura estándar durante la operación inicial de la membrana.
(4) Calcule el flujo real de producción de agua Jm2 después de medio año de funcionamiento.
(5) Calcule el flujo estandarizado de producción de agua Js2 después de medio año de operación.
(6) Calcule el flujo específico Jsp2 a la temperatura estándar después de medio año de funcionamiento.
(7) Determinar si la membrana necesita limpieza química.
De la fórmula anterior, se puede ver que el flujo de producción de agua estandarizado de la membrana ha disminuido en un 31,93%, superando el 25%. La membrana está contaminada y necesita limpieza química.
Ejemplo 2: En una planta de tratamiento de agua, la temperatura estándar de la membrana de ultrafiltración instalada es de 25 grados, y un solo conjunto de ultrafiltración tiene 40 elementos de membrana con una capacidad de 77 m2. Durante la operación inicial, la temperatura del agua es de 18 grados, la diferencia de presión es 0.05 MPa y el caudal de producción de agua es de 155 m³/h; Después de medio año de funcionamiento, la temperatura del agua es de 29 grados, la diferencia de presión sigue siendo de 0,05 MPa y el caudal de producción de agua es de 157 m³/h. Determine si la membrana necesita limpieza química.
(1) Calcule el flujo de producción de agua real Jm1 durante la operación inicial de la membrana.
(2) Calcule el flujo de producción de agua estandarizado Js1 durante la operación inicial de la membrana.
(3) Calcule el flujo específico Jsp1 a la temperatura estándar durante la operación inicial de la membrana.
(4) Calcule el flujo real de producción de agua Jm2 después de medio año de funcionamiento.
(5) Calcule el flujo estandarizado de producción de agua Js2 después de medio año de operación.
(6) Calcule el flujo específico Jsp2 a la temperatura estándar después de medio año de funcionamiento.
(7) Determinar si la membrana necesita limpieza química.
De la fórmula anterior, se puede ver que el flujo específico estandarizado de producción de agua de la membrana ha disminuido en un 25,42%, superando el 25%. La membrana está contaminada y necesita limpieza química.
Ejemplo 3: En una planta de tratamiento de agua, la temperatura estándar de la membrana de ultrafiltración instalada es de 25 grados, y un solo conjunto de ultrafiltración tiene 40 elementos de membrana con una capacidad de 77 m2. Durante la operación inicial, la temperatura del agua es de 24 grados, la diferencia de presión es 0.05 MPa y el caudal de producción de agua es de 155 m³/h; Después de medio año de funcionamiento, la temperatura del agua es de 17 grados, la diferencia de presión es de 0,07 MPa y el caudal de producción de agua es de 150 m³/h. Determine si la membrana necesita limpieza química.
(1) Calcule el flujo de producción de agua real Jm1 durante la operación inicial de la membrana.
(2) Calcule el flujo de producción de agua estandarizado Js1 durante la operación inicial de la membrana.
(3) Calcule el flujo específico Jsp1 a la temperatura estándar durante la operación inicial de la membrana.
(4) Calcule el flujo real de producción de agua Jm2 después de medio año de funcionamiento.
(5) Calcule el flujo estandarizado de producción de agua Js2 después de medio año de operación.
(6) Calcule el flujo específico Jsp2 a la temperatura estándar después de medio año de funcionamiento.
(7) Determinar si la membrana necesita limpieza química.
De la fórmula anterior, se puede ver que el flujo de producción de agua estandarizado de la membrana ha disminuido en un 14,98%, que no ha superado el 25%, y no se requiere limpieza química.
Resumen
Los tres casos típicos anteriores tienen sus propias características. En el caso 1, desde el rendimiento macroscópico, la producción de agua de ultrafiltración disminuyó y la diferencia de presión aumentó. Después del cálculo, se requiere limpieza química, lo cual es consistente con el método de juicio convencional de la mayoría del personal de tratamiento de agua, pero esta no es una regla sustancial; en el caso 2, a partir del rendimiento macroscópico, la producción de agua de ultrafiltración aumentó y la diferencia de presión se mantuvo sin cambios. Si se utiliza el método de evaluación convencional, no se requiere limpieza química. Sin embargo, después del cálculo, el flujo de producción de agua estandarizado por membrana disminuyó en un 25,42%. La membrana ha sido seriamente contaminada y necesita limpieza química; en el caso 3, desde el rendimiento macroscópico, la producción de agua de ultrafiltración disminuyó y la diferencia de presión aumentó. Si se utiliza el método de juicio convencional, se requiere limpieza química. Sin embargo, después del cálculo, el flujo de producción de agua estandarizado de la membrana solo disminuyó en un 14,98% y no se requiere limpieza química. Esto se debe principalmente a la disminución de la temperatura del agua. En este momento, se debe aumentar la presión de entrada de ultrafiltración para garantizar una producción de agua suficiente.
En resumen, no es científico juzgar si la ultrafiltración necesita limpieza química observando macroscópicamente los cambios en el flujo de producción de agua y la diferencia de presión. Esto provocará una limpieza excesiva y un desperdicio de reactivos o una limpieza inoportuna, lo que dificultará la eliminación de los contaminantes. El cálculo científico de los cambios en el flujo de producción de agua de ultrafiltración es la base para garantizar una limpieza química eficaz y oportuna de las membranas de ultrafiltración.