Rhagymadrodd
Mae pilenni ceramig wedi dod yn dechnoleg a ffefrir ar gyfer trin dŵr a dŵr gwastraff diolch i'w cryfder mecanyddol, ymwrthedd cemegol, sefydlogrwydd thermol, a bywyd gwasanaeth hir o'u cymharu â philenni polymerig. Ond fel unrhyw broses bilen, mae pilenni ceramig yn dioddef o broblem barhaus: baeddu, yn enwedig gan ddeunydd organig toddedig a macromoleciwlaidd fel asidau humig, proteinau, a mater organig naturiol (NOM). Mae baeddu yn lleihau fflwcs treiddiad, yn codi costau ynni, ac yn byrhau bywyd y bilen.
Un o'r atebion mwy addawol sydd wedi dod i'r amlwg yn y blynyddoedd diwethaf yw paru pilenni ceramig â generaduron nanobubble (a micro{0}}nanobubble, MNB). Mae'r cyfuniad hwn yn cael ei ddefnyddio i atal baeddu yn ystod hidlo ac i lanhau pilenni sydd eisoes wedi'u baeddu - ac mewn rhai ffurfweddiadau, i ddiraddio llygryddion organig yn y dŵr bwydo ei hun.
Beth yw Nanobubbles?
Mae nanobubbles yn swigod nwy tua 100–200 nanometr i ychydig ficromedrau mewn diamedr - sy'n llawer llai na'r swigod a gynhyrchir gan awyru confensiynol. Oherwydd eu maint, maent yn ymddwyn yn wahanol iawn i swigod cyffredin:
- Nid ydynt yn codi'n gyflym ac yn popio.Mae gan nanobubbles hynofedd bron-niwtral a gallant aros mewn daliant mewn dŵr am ddyddiau neu wythnosau yn hytrach nag eiliadau.
- Mae ganddynt wefr arwyneb negyddol, sy'n eu helpu i arsugniad ar adweithio ag olion organig a gronynnau mewn daliant mewn dŵr.
- Pan fyddant yn cwympo, maent yn cynhyrchu grymoedd cneifio lleol ac, mewn rhai achosion, rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS)megis radicalau hydrocsyl (•OH), a all helpu i dorri i lawr moleciwlau organig.
- Maent yn cynyddu effeithlonrwydd trosglwyddo màs nwy yn sylweddol, sy'n bwysig iawn pan fo'r nwy dan sylw yn ocsidydd cryf fel osôn.
Mae generaduron nanobubble fel arfer yn cynhyrchu'r swigod hyn gan ddefnyddio un o ychydig fecanweithiau: dyfeisiau cneifio uchel cylchdroi/venturi, rhyddhau nwy toddedig dan bwysedd (yn debyg i arnofio aer toddedig), neu geudod uwchsonig. Gall y nwy a ddefnyddir fod yn aer plaen/ocsigen, neu'n - ar gyfer triniaeth fwy ymosodol - osôn.
Pam Cyfuno Nanobubbles â Pilenni Ceramig?
1. Atal Baeddu Yn ystod Hidlo
Mae micro a nanobubbles wedi dangos effeithiolrwydd rhyfeddol wrth atal baeddu a chynorthwyo glanhau pilenni ar draws technegau hidlo amrywiol, ac mewn hidlo trawslif, adferodd y defnydd o'r swigod hyn fflwcs pilen ceramig i 80% ar ôl adlif.Mae'r swigod fel arfer yn cael eu cyflwyno i'r llif porthiant neu eu defnyddio yn ystod cylchoedd golchi adôl, lle maen nhw'n helpu i sgwrio wyneb y bilen ac yn tarfu ar yr haen gacen o foulants organig cyn iddo gydgrynhoi.
2. Cemegol Gwell-Mewn-Lle (CIP) Glanhau ag Osôn
Efallai mai'r cymhwysiad yr ymchwiliwyd iddo fwyaf yw cyfuno osôn â chynhyrchu nanobubble ar gyfer glanhau CIP pilenni ceramig wedi'u baeddu gan organig toddedig a macromoleciwlaidd.Gall technoleg swigen micro osôn lacio'n effeithiol strwythur yr haen budr ar wyneb y bilen, gan leihau'r adlyniad o foulants, a gall y radicalau hydrocsyl a gynhyrchir trwy gatalysis gan yr alwmina yn y bilen ceramig gyflawni glanhau dwfn y bilen halogedig.Mae'r nanobubbles yn darparu'r grym cneifio sydd ei angen i ddadleoli'r haen budr, tra ar yr un pryd yn cyflawni effeithlonrwydd trosglwyddo màs osôn llawer uwch na thrylediad swigen confensiynol - sy'n golygu bod llai o nwy osôn yn cael ei wastraffu a bod mwy ohono'n adweithio â'r budr mewn gwirionedd.
Adeiladwyd astudiaeth gysylltiedigsystem generadur nanobubble osôn newydd i lanhau pilen seramig budr a ddefnyddir yn nodweddiadol yn y diwydiant lliwio, a chanfuwyd bod nodweddion wyneb y bilen wedi newid yn sylweddol, gyda llai o garwedd arwyneb a chroniad budr fel y cadarnhawyd gan ficrosgopeg grym atomig, microsgopeg electron sganio, fflworoleuedd pelydr X, a sbectrosgopeg gwasgaredig ynni.Dangosodd Fourier sbectrosgopeg trawsnewid isgoch (FTIR) o'r budr gweddilliol lofnodion organig nodweddiadol - hydrogen-grwpiau bondio a-bondiau carbon annirlawn - sy'n gyson â'r nanobubbles osôn yn torri lawr moleciwlau budr organig cymhleth yn hytrach na'u dadleoli'n gyfan yn unig.
3. Nanobubbles Aer/Ocsigen fel Dewis Amgen Is-Cost
Nid oes angen osôn ar bob cais.Roedd Ghadimkhani et al. dangos bod mandyllau pilen ceramig yn cael eu dad-gloi'n llwyddiannus gan ddefnyddio nanobubbles aer mewn ymchwiliadau ar raddfa beilot a mainc, gan adfer fflwcs treiddiad i'w werthoedd gwreiddiol.Mewn un arbrawf,Roedd asid humig yn rhwystredig yn llwyr â philen ceramig o fewn 6 awr, gan leihau fflwcs bron i sero, ond pan gafodd y bilen budr ei bwydo â dŵr nanobubble, adferwyd y fflwcs cychwynnol o fewn 2 awr - effaith a briodolir i ddadelfennu deunydd organig gan radicalau rhydd a gynhyrchir wrth i'r nanobubbles aer gwympo.Mae hyn yn awgrymu, hyd yn oed heb ocsidydd cryf fel osôn, y gall cwymp ffisegol nanobubbles gynhyrchu digon o rywogaethau adweithiol lleol i helpu i ddiraddio organig wedi'i arsugno.
Mae nanobubbles aer yn ddeniadol oherwydd eu bod yn osgoi costau cyfalaf a diogelwch cynhyrchu osôn ar-safle, gan eu gwneud yn opsiwn mwy hygyrch ar gyfer gweithfeydd trin llai neu ddiwydiannau megis prosesu llaeth, lle dangoswyd hefyd bod nanobubbles yn gwella fflwcs ac yn lleihau amser hidlo.
4. Pretreatment ar gyfer Prosesau Pilenni i lawr yr afon
Mae pilenni seramig hefyd yn cael eu defnyddio fel cam cyn-drin ar y blaen i bilenni tynnach fel nano-hidlo (NF), a-gall dulliau â chymorth nanobubble/osôn wella pa mor dda y mae'r rhagdriniaeth honno'n gweithio. Mewn un astudiaeth o yfed-dŵr-dŵr gwastraff cynhyrchu planhigion,cyflawnodd proses nanofiltradiad pilen ceramig hybrid gyfraddau tynnu cyfartalog o 95.60% ar gyfer carbon organig toddedig, 98.55% ar gyfer UV254 (procsi ar gyfer cynnwys organig aromatig), 34.50% ar gyfer dargludedd, a 50.71% ar gyfer gwelliannau calsiwm - o 4.70%, 1.40%, 30%, 3% yn sefyll, ac un yn fwy na 16% yn y drefn honno. nanofiltrau. Mae'r pretreatment bilen seramig hefyd yn lleihau baeddu anghildroadwy o'r bilen NF i lawr yr afon ar draws ystod o grynodiadau llygryddion, a chadarnhaodd sganio microsgopeg electron fod y pretreatment hwn yn lleddfu baeddu ar wyneb bilen NF.
Ar wahân, mae fflysio arwyneb sy'n seiliedig ar osôn wedi'i archwilio fel ffordd o leihau'r angen am driniaeth rag-hidlo confensiynol/uwch-hidlo cyn pilenni nano-hidlo ceramig. Mae rhag-driniaeth gonfensiynol sy'n defnyddio hidliad amlgyfrwng, microhidlo, neu uwch-hidlo cyn nano-hidlo yn ychwanegu cost cyfalaf sylweddol, ôl troed ffisegol, a chymhlethdod y system, felly mae newid proses sy'n seiliedig ar hidlo â phroses sy'n seiliedig ar osôn yn ffordd ddeniadol o leihau cost ac ôl troed, yn enwedig mewn gosodiadau ailgylchu dŵr trefol.
5. Diraddio Llygryddion Organig Uniongyrchol
Y tu hwnt i lanhau pilenni, mae systemau nanobubble micro yn cael eu hastudio'n gynyddol fel technoleg ocsideiddio ddatblygedig yn eu rhinwedd eu hunain.Mewn un astudiaeth trin dŵr gwastraff, cododd cyfuno generadur cavitation hydrodynamig gyda phroses ocsidiad ychwanegol gyfanswm effeithlonrwydd tynnu carbon organig i 40.01% dros 90 munud, o'i gymharu â dim ond 14.61% yn defnyddio'r generadur cavitation yn unig.
Sut mae System Nodweddiadol yn Gweithio
Yn gyffredinol, mae system bilen seramig nanobubble cyfun yn cynnwys:
- Cyflenwad nwy- aer amgylchynol, ocsigen, neu osôn a gynhyrchir ar-safle.
- Generadur nanobubble- uned fenturi, cneifio, neu -hydoddi dan bwysau sy'n chwistrellu'r nwy i mewn i ddŵr fel nanobubbles.
- Cam cyswllt/ymatebMae - nanobubble-dŵr wedi'i gyfoethogi naill ai'n cael ei fwydo'n barhaus i'r ffrwd bwydo bilen, neu'n cael ei ddefnyddio mewn cylchoedd ôl-olchi/CIP cyfnodol.
- Modiwl pilen ceramig- fel arfer alwmina, zirconia, neu titania-elfennau tiwbaidd neu fflat-seiliedig, yn gweithredu yn y modd croeslif neu farw-diwedd.
- MonitroMae pwysau fflwcs a thrawsbilen - yn cael eu holrhain i benderfynu pryd mae angen cylch glanhau â chymorth nanobubble.
Manteision y Dull Cyfunol
- Adferiad fflwcs uwchar ôl glanhau, yn aml heb asiantau glanhau cemegol llym.
- Llai o ddefnydd o gemegau- arbennig o werthfawr lle mae nanobubbles osôn yn disodli neu'n lleihau'r defnydd o gemegau glanhau asid/cwstig.
- Gwell trosglwyddo màs o ocsidyddion, felly mae angen llai o osôn neu aer i gyflawni'r un effaith glanhau.
- Hyd oes bilen estynedigoherwydd glanhau ysgafnach, mwy unffurf o'i gymharu â glanhau cemegol neu fecanyddol ymosodol.
- Potensial i leihau ôl troed rhag-driniaethpan gaiff ei ddefnyddio cyn pilenni tynnach fel NF neu RO.
Cyfyngiadau a Chwestiynau Agored
Er gwaethaf canlyniadau addawol, mae ymchwilwyr yn nodi rhai bylchau:
Nid yw dylanwad maint swigen a chanolbwyntio ar reoli baeddu wedi'i ddeall yn llawn eto, a gall paramedrau gweithredu optimaidd fod yn benodol i'r system ac yn fudr.
Mae systemau nanobubble osôn yn gofyn am wiriadau cydnawsedd deunydd gofalus, rheolaeth i ffwrdd-nwy, a rheolaethau diogelwch o ystyried gwenwyndra osôn.
Daw'r rhan fwyaf o'r canlyniadau cyhoeddedig o astudiaethau mainc- neu beilot; mae data gweithredol tymor hir ar raddfa fawr yn gyfyngedig o hyd.
Mae perfformiad yn dibynnu'n fawr ar natur y budr organig (ee, asidau hwmig yn erbyn proteinau yn erbyn llifynnau synthetig), felly nid yw canlyniadau bob amser yn cyffredinoli ar draws cymwysiadau.
Casgliad
Mae paru generaduron nanobubble â philenni ceramig yn cynrychioli un o'r datblygiadau mwyaf ymarferol mewn rheoli baeddu ar gyfer trin dŵr a dŵr gwastraff. P'un a ddefnyddir ar gyfer atal baeddu yn ystod hidlo, osôn-gwell glanhau CIP, neu fel pretreatment cyn nanofiltration, mae'r dechnoleg trosoledd ffiseg unigryw nanobubbles - sefydlogrwydd hir, adweithedd wyneb uchel, a throsglwyddo nwy effeithlon - i leihau defnydd cemegol, adfer fflwcs, ac ymestyn bywyd gwasanaeth bilen. Wrth i'r mecanweithiau sylfaenol gael eu nodweddu'n well, mae'r cyfuniad hwn yn debygol o weld mabwysiadu ehangach ar draws trin dŵr yfed, trin dŵr gwastraff diwydiannol, a chymwysiadau ailddefnyddio dŵr.