Abstracto
Las aguas residuales circulantes procedentes de la producción de fibra de vidrio contienen microfibras de vidrio, coloides y sustancias ácidas. La calidad del agua se deteriora fácilmente, afectando la calidad del producto, y los procesos de tratamiento tradicionales son difíciles de reciclar. Este artículo utiliza tecnología de membranas de ultrafiltración para tratar las aguas residuales circulantes procedentes de la producción de fibra de vidrio. Se comparan el flujo de membrana, la diferencia de presión transmembrana, la calidad del efluente y la estabilidad operativa de los procesos de filtración de flujo cruzado y de filtración sin salida. El ciclo de filtración y el esquema de limpieza están optimizados para verificar la viabilidad de la reutilización de la membrana de ultrafiltración. Los resultados experimentales muestran que ambos métodos de filtración pueden lograr una purificación eficiente de las aguas residuales, produciendo un efluente claro y transparente. La filtración de flujo cruzado muestra una mayor estabilidad de funcionamiento continuo, mientras que la filtración sin salida es más compacta. Cuando el ciclo de filtración es menor o igual a 2 h, la diferencia de presión transmembrana permanece estable y la limpieza física que combina lavado de aire + retrolavado + lavado directo puede restaurar completamente el rendimiento de la membrana. El efluente tratado se puede reutilizar directamente en la línea de producción, lo que reduce significativamente la descarga y el consumo de agua dulce, proporcionando una solución de ingeniería para la reutilización basada en recursos-de las aguas residuales de fibra de vidrio.
Palabras clave: Membrana de ultrafiltración; Aguas residuales de fibra de vidrio; Reciclaje; Filtración de flujo-cruzado; Filtración sin salida-; Diferencia de presión transmembrana; limpieza fisica
Introducción
En la producción de fibra de vidrio y separadores de baterías, el sistema de agua en circulación genera una gran cantidad de aguas residuales que contienen microfibras de vidrio, coloides y sustancias ácidas. La calidad del agua se deteriora rápidamente, lo que provoca una disminución de la calidad del producto, cierres de líneas de producción para reemplazar el agua y un aumento de la descarga de aguas residuales, lo que aumenta la carga de tratamiento de aguas residuales. Los procesos tradicionales de sedimentación y filtración no pueden eliminar las fibras finas y los coloides, lo que dificulta cumplir con los requisitos de reciclaje.
La tecnología de membranas de ultrafiltración, impulsada por la presión, puede retener eficientemente partículas finas, coloides y sólidos suspendidos, ofreciendo ventajas como una alta precisión de separación, equipos integrados y operación automatizada, lo que la hace adecuada para el tratamiento de aguas residuales con fibra de vidrio. La filtración-de flujo cruzado y-la filtración sin salida son dos procesos operativos centrales de las membranas de ultrafiltración, con diferencias significativas en sus características operativas, control de la contaminación y costos de mantenimiento. La investigación sobre optimización de procesos específicamente para aguas residuales de fibra de vidrio es limitada. Este documento compara el rendimiento operativo de los dos procesos a través de experimentos a escala piloto-, optimiza los parámetros operativos y los esquemas de limpieza, logra el reciclaje de aguas residuales y mejora la eficiencia de la producción y la utilización de los recursos hídricos.
1. Materiales y métodos experimentales.
1.1 Muestras de agua de prueba
Se tomaron muestras de agua de la piscina de circulación de aguas blancas de un fabricante de separadores de baterías. Las características de las aguas residuales fueron: contener microfibras de vidrio y coloides, pH ≈2, apariencia blanca lechosa, alto contenido de fibra-, aguas residuales circulantes fuertemente ácidas, con un ciclo de circulación de 1 a 2 días y grandes fluctuaciones en la calidad del agua.
1.2 Aparato experimental
Se utilizó un aparato de escala piloto{0}}de ultrafiltración totalmente automatizado, con un único módulo de membrana de ultrafiltración. El material de la membrana era una membrana de ultrafiltración resistente a los ácidos-, con una precisión de retención adaptada a la retención de fibras finas. El aparato tenía dos modos de funcionamiento: flujo-cruzado y extremo-sin salida, lo que permitía una limpieza automatizada mediante depuración de aire, retrolavado y lavado directo.
1.3 Proceso experimental
Filtración de flujo-cruzado: caudal de entrada de 8 m³/h, caudal de permeado de 3 m³/h, concentrado recirculado de regreso al tanque de agua cruda para su posterior tratamiento;
Filtración-sin salida: caudal de entrada=caudal de permeado=3 m³/h, sin recirculación de concentrado, ciclos de filtración establecidos en 1 h, 2 h y 4 h;
Proceso de limpieza: Fregado con aire 2 min + retrolavado 2 min + lavado directo 1 min, limpieza puramente física, sin agentes químicos.
1.4 Indicadores de evaluación
Los indicadores principales de evaluación son la diferencia de presión transmembrana, el flujo de la membrana, la calidad del efluente y la estabilidad operativa. La diferencia de presión transmembrana refleja el grado de contaminación de la membrana y la claridad del efluente caracteriza el efecto de separación.
2 Resultados y análisis experimentales
2.1 Prueba de idoneidad del equipo de membrana de ultrafiltración
La unidad piloto de ultrafiltración funcionó de forma intermitente durante 33 h. El afluente era agua residual ácida de color blanco lechoso y el permeado permaneció claro y transparente en todo momento, lo que demuestra que la membrana de ultrafiltración es adecuada para aguas residuales de fibra de vidrio y exhibe un rendimiento de separación estable.
2.2 Rendimiento del proceso de filtración de flujo cruzado-
Durante el funcionamiento continuo de la filtración de flujo cruzado-, el diferencial de presión transmembrana aumenta lentamente con el tiempo. Después del intercambio de agua y el retrolavado de la membrana, el diferencial de presión se recupera por completo. El funcionamiento continuo no muestra contaminación incontrolada de la membrana y la calidad del permeado se mantiene estable, cumpliendo con los requisitos para el reciclaje de la línea de producción.
Ventajas: La recirculación del concentrado reduce la deposición de contaminantes en la superficie de la membrana, lo que ralentiza la tasa de contaminación. Es adecuado para producción continua de ciclo largo-a gran escala-y presenta una estabilidad operativa óptima.
2.3 Rendimiento del proceso de filtración-sin salida
Pruebas del ciclo de filtración-sin salida:
1 h, 2 h: ningún cambio significativo en el diferencial de presión transmembrana; funcionamiento estable.
4h: aumento significativo en el diferencial de presión transmembrana; aumento del ensuciamiento de la membrana. Sin embargo, después de la limpieza física, el diferencial de presión se recupera rápidamente y el rendimiento de la membrana no muestra disminución.
Conclusión: La filtración-sin salida con un ciclo controlado dentro de 2 horas puede funcionar de manera estable durante períodos prolongados. El dispositivo no produce descarga de concentrado, tiene una estructura más compacta y es adecuado para escenarios de tratamiento compactos a pequeña-escala.
2.4 Rendimiento del control y regeneración de incrustaciones de membranas
La contaminación de la membrana de ultrafiltración es un fenómeno inevitable durante el funcionamiento. Un proceso de limpieza física combinado de decapado con aire + retrolavado + lavado directo elimina eficazmente los depósitos de fibras y coloidales de la superficie de la membrana, sin dejar residuos químicos, sin causar daños al módulo de la membrana y permitiendo la restauración completa del flujo de la membrana y el rendimiento de separación, lo que garantiza un funcionamiento estable a largo plazo-.
2.5 Efecto de reutilización y beneficios de ingeniería
Reutilización del agua permeada: el permeado de ultrafiltración se puede reutilizar directamente en el sistema de agua en circulación de la línea de producción, lo que garantiza una calidad estable del agua, mejora la calidad del producto del diafragma y extiende el ciclo de cambio de agua de la línea de producción.
Reducción de la contaminación y reducción de carbono: la descarga de aguas residuales se reduce significativamente, lo que reduce la carga en la planta de tratamiento de aguas residuales; El consumo de agua dulce se reduce significativamente, ahorrando recursos hídricos y costes operativos.
Eficiencia de producción: Se evitan tiempos muertos frecuentes por cambios de agua, aumentando el tiempo de operación continua de la línea de producción y mejorando la eficiencia de producción.
3. Optimización de procesos y recomendaciones de ingeniería.
Selección de proceso: se recomienda la filtración de flujo cruzado-para producción continua a gran-escala debido a su alta estabilidad; La filtración sin salida-se recomienda para proyectos compactos y de pequeña-escala debido a su facilidad de operación y mantenimiento.
Parámetros operativos: Ciclo de filtración sin salida-Inferior o igual a 2 horas; La filtración de flujo cruzado- combinada con retrolavado periódico controla el diferencial de presión transmembrana dentro de un rango razonable.
Esquema de limpieza: se emplea una limpieza combinada puramente física, que no requiere agentes químicos, lo que la hace respetuosa con el medio ambiente y de bajo costo-, adecuada para condiciones de aguas residuales ácidas.
4. Conclusión
La tecnología de membranas de ultrafiltración puede tratar eficazmente las aguas residuales ácidas circulantes procedentes de la producción de fibra de vidrio, reteniendo eficazmente las microfibras de vidrio y los coloides, produciendo un efluente transparente y compatible que puede reutilizarse directamente en la línea de producción.
Tanto la filtración-de flujo cruzado como la filtración-sin salida son adecuadas para este tratamiento de aguas residuales. La filtración de flujo cruzado ofrece un funcionamiento más estable, mientras que los dispositivos de filtración sin salida son más compactos, lo que permite una selección flexible según la escala del proyecto.
Un ciclo de filtración inferior o igual a 2 horas y una limpieza física combinada controlan eficazmente la contaminación de la membrana, lo que garantiza un rendimiento estable-de la membrana a largo plazo.
La tecnología de reutilización de membranas de ultrafiltración puede lograr la recuperación de recursos de aguas residuales y la reducción del volumen, mejorar la calidad del producto y la eficiencia de la producción, y tiene importantes beneficios económicos y ambientales.