lọc tiếp tuyến (filtration tangentielle crossflow filtration) ứng dụng trong xử lý môi trường và công nghệ thực phẩm (chương 1-3)

Trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Bộ Môn Công Nghệ Hoá Học LỌC TIẾP TUYẾN(FILTRATION TANGENTIELLE/ CROSSFLOW FILTRATION) ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝÝ MÔI TRƯỜN VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Chương – Tổng quát chung màng lọc Chương – Lọc thẳng đứng (dead-end filtration) NỘI DUNG lọc tiếp tuyến (crossflow filtration)  Nguyên tắc hoạt động/ ưu_nhược điểm/ phạm vi ứng dụng  Yếu tố ảnh hưởng đến suất lọc Chương – Các vấn đề liên quan đến lọc tiếp tuyến  Các tượng hạn chế/ ảnh hưởng chúng  Biện pháp hạn chế khắc phục Chương – Mô hình hóa trình lọc  Đại lượng vật lý đặc trưng  Các định luật liên PHẦN THỰC HÀNH – Xác định đặc tính dịch lọc ban Mun 1: Ứng dụng lọc tiếp tuyến xử lý đầu nước thải –Mun Chọn màng thích hợp/ lưu lượng 2: Ứng dụng lọc tiếpđo tuyến lọc nước trái xác định nước, tính thấm ban đầu màng – Xác định thông số hoạt động thích hợp cho trình (T0C, t, P, V) – Lưu lượng/ chất lượng “permeat” thu – Rửa màng lọc CHƯƠNG – TỔNG QUÁT CHUNG VỀ MÀNG Màn LỌC Thế điện g P Permsélecti ve Perme ùat C Réten tat Quá trình màng lọc: - Tách/ cô đặc phân tử ion dung dịch - Tách phần tử VSV dạng huyền phù Động lực học là:  Gradien áp suất: OI (thẩm thấu ngược), NF, MF  Thế điện: ED (electrodialyse)  Gradien nồng độ CHƯƠNG – TỔNG QUÁT CHUNG VỀ MÀNG LỌC Tiêu chuẩn chọn lọc:  Đặc tính chất cần tách ( Kích thước phân tử, đặc tính hóa lý, điện cực phân tử )  Đặc tính màng ( )  Điều kiện thủy động học trình lọc (P, V, F… …) CHƯƠNG – TỔNG QUÁT CHUNG VỀ MÀNG LỌC Réten tat Nhựa cao su Phân tử polymer cô đặc Permé Proteines Sérum, đường Hévéine,ions… at Ưu điểm:  Nhiệt độ vừa phải  không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (CNTP, CNSH )  Không có đổi pha  tiết kiệm so với trình chưng Flux (dòng chảy, thông lượng ) Định luật Darcy thời điểm t: Ptm Jo = = Lp.Ptm µRm 32 X Rm = ed Jo: Flux nước tinh khiết (L.h-1.m-2) m.s-1 -1 (1 m.s = 3,6.10 L.h m-2) Ptm: áp suất qua màng (bar atm) µ: Độ nhớt động học (Pa.s) Rm: trở kháng nội màng (m-1) TR = Lp: tính thấm nước màng X: bề dày màng (m) d: đường kinh lỗ lọc (m) ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT MÀNG LỌC Công nghệ thực phẩm: lọc trong/ xử lý nước uống, nước trái cây, rượu …; cô đặc nước trái cây, sữa  Công nghệ môi trường: xử lý nước thải, xử lý thu hồi cao su từ Skim latex Công nghệ sinh học: thu hoạch sinh khối, cô (MT) đặc/ phân tách tế bào_protein… Công nghệ hóa học: tách dầu, trích ly dầu, (MT, UT) tách muối, loại kim loại nặng, thu hồi chất xúc tác,  tách màu Y học : cô đặc chất kháng sinh dung môi hữu PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH LỌC OI NF “Dense” ≤ 1nm Ions Ion đa hóa trị phân tử Phân tử lớn Vi sinh vật/ phần tử hạt Permeat Dung môi Dung môi, ion đơn hóa trị, phân tử nhỏ Dung môi, muối, phân tử nhỏ Dung môi, phần tử hòa tan Áp suất qua màng Cao Trung bình Yếu Yếu KT lỗ lọc Retent UF MF - 100 nm 0,1 – 10 µm Áp suất Phân loại trình lọc theo kích thước lọc tác dụng củ thường 20 bar 4- 20 bar 0,5 – bar 0,1 – bar gradient áp≥ suất dùng  OI : Tách muối  sản xuất nước uống Sản xuất nước “siêu sạch” dùng CN dược phẩm Cô đặc nước trái cây, kháng sinh, acid amin lý nước thải, tái sử dụng…  NF: Xử Xử lý nước (khử cứng nước ngầm/ nước bề mặt CN sữa thực phẩm: khử khoáng lactoserum, tách acid amine peptide…  UF: Khử trùng nước uống Xử lý chất thải: CN giấy, gỗ, nhuộm Cô đặc proteine sữa, lactoserum Tách nhũ tương dầu- nước  MF:Làm nước dịch lỏng CNTP XỬ LÝ SƠ BỘ (PRETRAITEMENT) Mục đích: - Protection: bảo vệ màng tránh điều kiện hạn chế/ cấm kỵ làm hư hỏng màng - Tối ưu hóa chức hoạt động màng  Đạt suất tối đa  Đảm bảo tính chọn lọc màng  Giảm chi phí QT Phương pháp?????? Ưu điểm Sự gạn lọc Ly tâm Rây lọc - Đơn giản - tốn NL Nhược điểm - Đông tụ/ ly tâm trước Tắc nghẽn Chậm Hiệu suất thấp - Dành cho huyền phù C lớn - Có khả tách bùn, dầu nước - QT liên tục - Hao tổn lượng lớn - Gây tiếng ồn - Chi phí cao - Hiệu cao khi: + Bùn có đặc tính ổn định + Nồng độ ổn định - Phần tử lớn - Bảo hành dễ dàng - Ít tốn hao lượng - Dễ vỡ, bền - Tắc nghẽn - Lưu lượng - Chỉ có hiệu phần tử không biến dạng - Đơn giản Lọc qua cát - Ít tốn - Chậm - Dễ bị nhiễm khuẩn Đông tụ/ kết Coagulation/ Floculation - Hiệu cao đốâi vơi dịch keo - Chi phi thấâp - Độc hại dư thừa acid - Liều lượng hóa chấât sử dụng - Thể tích bùn (theo lượng kết) - Cần nồng độ ổn định Than hoạt tinh - Tự tái sinh - Dạng bột: rẻ, dễ sử dụng - Dễ nhiễm khuẩn - Năng suất chất lượng tốt - Đơn giản Thay đổi pH - Hiệu cao đốâi vơi muối kim loại - Thời gian, thiết bị - Dư lượng chất hóa học - Liều lượng thay đổi theo nồng độ PHÂN TÍCH DỊCH TRƯỚC KHI LỌC MỤC ĐÍCH: - Xác định “đối tượng” lọc (cấu tạo, nguồn gốc, số lượng, hòa tan hay dạng thể vẩn, kích thước, nồng độ…) - Lựa chọn trình lọc: MF UF - Lựa chọn đặc tính màng: cấu tạo học, hình dạng… - Thiết kế mô hình lọc: giai đoạn xử lý, nhiệt độ, … Thể lỏng, chất gạn lọc XỬ LY DỊCH LỌC được: - Màu: chất bẩn vô hữu cơ/ pp so màu, quang phổ UV… Các yếu tố pH, nhiệt pp độsắc - Mùi: nhiễm khuẩn?/ kýđộ khí nhớt: - Chất lỏng dạng nhũ tương hay xà - pH  phân tử ion hóa hay phòng ?  kết tủa xửdạng lý sơ bộ? không? (tónh điện màng lọc) - T0C: màng hữu chịu T0C < 50/ ảnh hưởng đếân chất lượng dịch lọc (kết tủa, fouling ) - Độ nhớt: định luật Darcy  chọn hình dạng cấu Phần tử huyền phù: - MES độ đục: kÍch thước < 1µm, chất vô (cát, kim loại, muối khoáng ), vi khuẩn, VSV; độ lắng? / pp ? - Định lượng chất keo «chỉ số» fouling + Chất keo: tónh điện (-) + ôChổ soỏằ fouling: Vớ duù: dead-end (acetat cellulose 0,45àm/ 15 mn) thời điểm tm=0, t= 28s/ 500ml thời100 điểm t= )44s/ 500ml × (1t−m=15, 28 / 44 Fl = 15 15 = 2,4 Fl >5: nước có đặc tính fouling Phần tử huyền phùLỌC (tt): XỬ LÝ DỊCH - Sự thống kê đo hạt granulometrie phần tử: Xác định kích thước số lượng phần tử Granulometrie (nhiễu xạ laze): 0, 02µm  2mm ( thể keo, virus, protein, vi khuẩn ) Quang phổ học: 1nm 3µm - Phân tích vi sinh : ảnh hưởng đếân dịch lọc, fouling màng lọc, Chất hòa tan: - Muối hòa tan: - Phospho, KL nặng, thuốc trừ sâu,… LỰA CHỌN MÀNG LỌC Sau xác định đặc tính dịch lọc Chọn vật liệu màng ngưỡng lọc hình Vậtliệu màng: - Đặc tính dịch lọc - Điều kiện hoạt động trình: nhiệt độ, pH, diện thành phần có tác động ảnh hưởng đến màng (vd: màng hữu cơ vô cơ/ chọn pp xử lý sơ hợp - Chilý) phí màng chi phí lắp đặt: Chi phí khấu hao thiết bị + chi phí màng + chi phí lương + chi phí rửa màng+ chí phí nhân công  điều kiện hoạt động tối ưu cho suất cao (tính giá theo suất hoạt động Ε /m3) 2300 - 7500 Ε /m2 (ceramic); 300 – 750 Ε /m2 LỰA CHỌN MÀNG LỌC Vật liệu màng Màng ceramic TiO2 Al α Zn pH T0C Màng hữu Acetat 0-14 0-14 0-14 3- 8.5 Không có giới