Απομάκρυνση χαλκού από συνθετικά απόβλητα με συνδυασμό κροκίδωσης-μικροδιήθησης:
Creators: name: Σαρασίδης, Βασίλης Χαράλαμπος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Μικροδιήθηση
Κροκίδωση
Χαλκός
Microfiltration
Coagulation
Copper

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η απόδοση της μικροδιήθησης στην απομάκρυνση του χαλκού από συνθετικά απόβλητα σε σύγκριση με την αντίστοιχη ικανότητα που προσφέρει ο συνδυασμός κροκίδωσης-μικροδιήθησης σε πιλοτική κλίμακα. Η διεξαγωγή των εργαστηριακών πειραμάτων πραγματοποιήθηκε με το στοιχείο Maxipur® 4M της γερμανικής εταιρίας ATB Umwelttechnologien GmbH, το οποίο αποτελείται από εμβαπτισμένες μεμβράνες σε διάταξη επίπεδων φύλλων και με μέγεθος πόρων 0,4 μm. Για τη διεργασία της κροκίδωσης, που προστέθηκε ως ένα στάδιο προεπεξεργασίας της μικροδιήθησης, χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά κροκιδωτικά, το κοινό εμπορικό ανόργανο άλας FS [Fe2(SO4)3•5H2O] και το νέο συνθετικό ανόργανο-οργανικό κροκιδωτικό με βάση το σίδηρο PFS-PAA. Τα συνθετικά απόβλητα περιείχαν διάφορες συγκεντρώσεις χουμικών οξέων, καολίνη και ιόντων Cu2+ σε νερό ύδρευσης, ενώ κατά τη διάρκεια των πειραμάτων μετρήθηκαν παράμετροι όπως το pΗ, η αγωγιμότητα, η αλκαλικότητα, η θολότητα, η τελική συγκέντρωση των χουμικών οξέων και των ιόντων Cu2+ στο διήθημα, καθώς και η διαμεβρανική πίεση. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η μικροδιήθηση μετά από 20 min λειτουργίας είναι ικανή να απομακρύνει τα ιόντα Cu2+ σε ποσοστό 90-98%, ενώ παράλληλα επιτυγχάνει πλήρη απομάκρυνση της θολότητας και ανάλογα με τις συνθήκες αρκετά υψηλή απομάκρυνση της φυσικής οργανικής ύλης. Σε pH 7,5-8 η μικροδιήθηση μπορεί να επεξεργαστεί απόβλητα με συγκέντρωση έως και 100 mg/L Cu2+, δίνοντας σε κάθε περίπτωση τελική συγκέντρωση Cu2+ στα επίπεδα 0,9-1 mg/L, οριακά χαμηλότερη από το ανώτατο επιτρεπτό όριο διάθεσης βιομηχανικών αποβλήτων σε υδάτινους και επιφανειακούς αποδέκτες του Νομού Θεσσαλονίκης (1 mg/L). Σε pH 6-7 η μικροδιήθηση μπορεί να επεξεργαστεί ικανοποιητικά απόβλητα με συγκέντρωση έως και 50 mg/L Cu2+, δίνοντας μάλιστα τελικές συγκεντρώσεις Cu2+ σε ακόμα χαμηλότερα επίπεδα έως και 0,5-0,6 mg/L, για τα απόβλητα με 10 mg/L Cu2+. Αντίθετα, στην περίπτωση των 100 mg/L Cu2+, η μικροδιήθηση φαίνεται να υστερεί, καθώς η τελική συγκέντρωση Cu2+ στο διήθημα κυμαίνεται μεταξύ 3-3,75 mg/L. Ο διπλασιασμός του χρόνου λειτουργίας της μικροδιήθησης σε 40 min προκάλεσε ελαφρώς μεγαλύτερη απόδοση, χωρίς να δώσει αισθητά καλύτερα αποτελέσματα σε όρους τελικής συγκέντρωσης Cu2+. Παράλληλα, η μείωση της ροής διηθήματος από τα 70-75 LMH στα 35-37 LMH συνεπάγεται σημαντική ελάττωση του φαινομένου της ρύπανσης των μεμβρανών, όπως προκύπτει από τη συμπεριφορά της διαμεμβρανικής πίεσης. Τέλος, βρέθηκε ότι ο συνδυασμός κροκίδωσης-μικροδιήθησης ενισχύει την απόδοση απομάκρυνσης του χαλκού, ιδιαίτερα στην περίπτωση επεξεργασίας αποβλήτων με 10 mg/L Cu2+. Το νέο κροκιδωτικό PFS-PAA εμφανίζει ελαφρώς καλύτερη απόδοση συγκριτικά με το συμβατικό FS, όταν επεξεργάζονται απόβλητα με αρχικές συγκεντρώσεις 10 mg/L χουμικών οξέων και 10 mg/L καολίνη.
description: The scope of this master thesis is to investigate the performance of microfiltration for the removal of copper from synthetic wastewaters, in comparison with a combined process of coagualtion-microfiltration, in a pilot scale membrane plant. The membrane module that has been used in all experiments was Maxipur® 4M of the German company ATB Umwelttechnologien GmbH. It consists of immersed type flat-sheet membranes with a nominal pore size of 0.4 μm. In the coagualtion-microfiltration hybrid process, a coagualtion stage was added prior to microfiltration. A conventional inorganic salt (FS, Fe2(SO4)3•5H2O) and a novel composite inorganic-organic coagulant based on ferrous ions (PFS-PAA) were applied as coagulation agents. The synthetic wastewater streams comprise of various concentrations of humic acids, kaolin (clay) and Cu2+ ions dissolved in tap water. Several parameters were measured during the experimental period, including pH, conductivity, alkalinity, turbidity, concentration of humic acids and Cu2+ concentration at the permeate stream, as well as the trans-membrane pressure was monitored. The experimental results showed that microfiltration process effectively removes 90-98% of Cu2+ ions after 20 min of operation, whereas complete removal of turbidity and quite high removal rates of natural organic matter -under specific operating conditions- are also achieved. At pH 7.5-8 microfiltration process alone can effectively treat wastewaters with Cu2+ concentration up to 100 mg/L, producing effluents with a Cu2+ concentration around 0.9-1 mg/L in any case. These concentrations are marginally lower than the upper limit for wastewaters discharge to surface water bodies in Thessaloniki prefecture (1 mg/L). At pH 6-7 microfiltration process alone can effectively treat wastewaters with Cu2+ concentration as high as 50 mg/L Cu2+, providing Cu2+ effluent concentrations at even lower levels (approx. 0.5-0.6 mg/L) for wastewaters with 10 mg/L Cu2+. However, under these operating conditions, microfiltration process can not treat effectively wastewaters with an initial Cu2+ concentration 100 mg/L, since Cu2+ concentration at the permeate ranges between 3 to 3.75 mg/L. Doubling the operating time of microfiltration to 40 min resulted in a slightly higher efficiency, without exhibiting significant variations, in terms of Cu2+ removal rate, whereas, based on the measurements of trans-membrane pressure, the reduction of permeate flux from 70-75 LMH to 35-37 LMH lead to a substantial decline of the fouling phenomenon on membrane surfaces. Finally, the combination of coagulation and microfiltration process enhances further the efficiency regarding removal of copper, especially at the examined case of treating wastewaters with 10 mg/L Cu2+. The novel coagulant PFS-PAA presents slightly greater removal efficiency, compared to the conventional FS, when wastewaters with an initial concentration of 10 mg/L humic acids and 10 mg/L kaolin are treating.