Inngangur
Keramikhimnur hafa orðið ákjósanleg tækni fyrir vatns- og skólphreinsun þökk sé vélrænni styrk, efnaþol, hitastöðugleika og langan endingartíma samanborið við fjölliða himnur. En eins og öll himnuferli, þjást keramikhimnur af viðvarandi vandamáli: óhreinindi, sérstaklega uppleyst og stórsameinda lífræn efni eins og humic sýrur, prótein og náttúrulegt lífrænt efni (NOM). Sóun dregur úr gegnflæði, hækkar orkukostnað og styttir endingu himnunnar.
Ein af vænlegri lausnum sem hafa komið fram á undanförnum árum er að para keramikhimnur við nanobúlu (og ör-nanobólu, MNB) rafala. Þessi samsetning er bæði notuð til að koma í veg fyrir óhreinindi við síun og til að hreinsa himnur sem eru þegar óhreinar - og í sumum uppsetningum, til að brjóta niður lífræn mengunarefni á virkan hátt í fóðurvatninu sjálfu.
Hvað eru Nanobubbles?
Nanóbólur eru gasbólur sem eru u.þ.b. 100–200 nanómetrar til nokkurra míkrómetra í þvermál - mun minni en loftbólur sem myndast með hefðbundinni loftun. Vegna stærðar sinnar hegða þeir sér mjög öðruvísi en venjulegar loftbólur:
- Þeir rísa ekki hratt og poppa.Nanókúlur hafa næstum-hlutlaust flot og geta haldist í vatni í daga eða vikur frekar en sekúndur.
- Þeir bera neikvæða yfirborðshleðslu, sem hjálpar þeim að aðsogast á og hafa samskipti við lífræn fósturefni og agnir sem eru sviflausnar í vatni.
- Þegar þeir hrynja mynda þeir staðbundna klippikrafta og í sumum tilfellum hvarfefna súrefnistegundir (ROS)eins og hýdroxýlradicals (•OH), sem geta hjálpað til við að brjóta niður lífrænar sameindir.
- Þeir auka verulega skilvirkni gas-í-massaflutnings í vökva, sem skiptir miklu máli þegar gasið sem um ræðir er sterkt oxunarefni eins og óson.
Nanobúluframleiðendur framleiða venjulega þessar loftbólur með því að nota einn af nokkrum aðferðum: hár-snúnings-/venturi búnaði, losun uppleysts- undir þrýstingi (svipað og uppleyst loftflot) eða úthljóðskavitation. Gasið sem notað er getur verið venjulegt loft/súrefni, eða - fyrir árásargjarnari meðhöndlun á - ósoni.
Af hverju að sameina Nanobubbles með keramikhimnum?
1. Forvarnir gegn gróðursetningu meðan á síun stendur
Ör- og nanókúlur hafa sýnt ótrúlega virkni við að koma í veg fyrir fóstur og aðstoða við himnuhreinsun á margvíslegum síunaraðferðum, og í krossflæðissíun endurheimti notkun þessara loftbóla keramikhimnuflæði í 80% eftir bakþvott.Bólurnar eru venjulega settar inn í fóðurstrauminn eða notaðar í bakskolunarlotum, þar sem þær hjálpa til við að hreinsa yfirborð himnunnar og trufla kökulagið af lífrænum óhreinindum áður en það festist.
2. Aukin efnahreinsun-í-stað (CIP) með ósoni
Kannski er mest rannsakaða forritið að sameina óson með nanobúlumyndun fyrir CIP hreinsun á keramikhimnum sem eru óhreinar af uppleystum og stórsameinda lífrænum efnum.Óson ör-nano-bólutækni getur á áhrifaríkan hátt losað uppbyggingu óhreinindalagsins á yfirborði himnunnar, dregið úr viðloðun óhreinindaefna og hýdroxýlróteiningarnar sem framleiddar eru með hvötun af súrálinu í keramikhimnunni geta náð djúphreinsun á menguðu himnunni.Nanobúlurnar veita þann skurðkraft sem þarf til að losa sig af óhreinindum, en á sama tíma ná mun meiri skilvirkni ósonmassaflutnings en hefðbundin loftbóludreifing - sem þýðir að minna ósongas fer til spillis og meira af því hvarfast í raun og veru við óhreinindi.
Tengd rannsókn byggðnýtt óson-nafúlu rafallkerfi til að hreinsa óhreina keramikhimnu sem venjulega er notuð í litunariðnaðinum og komst að því að yfirborðseiginleikar himnunnar breyttust verulega, með minni yfirborðsgrófleika og uppsöfnun óhreininda eins og staðfest er með frumeindakraftsmásjá, skanna rafeindasmásjá, röntgen-orkugreiningu, röntgen-orku og geisla.Fourier-transform infrared (FTIR) litrófsgreining á afgangsfótsefninu sýndi einkennandi lífræn einkenni - vetnis-tengda hópa og ómettuð kolefnis-kolefnistengi - í samræmi við óson nanobúlurnar sem brjóta niður flóknar lífrænar óhreinindi sameindir í stað þess að losa þær einfaldlega í stað þess að losa þær.
3. Loft-/súrefnis-nanobólur sem kostalægri-valkostur
Ekki er þörf á ósoni í hverju forriti.Ghadimkhani o.fl. sýnt fram á árangursríka losun á keramikhimnuholum með því að nota nanobúlur í lofti í bæði tilrauna-- og bekkjarrannsóknum, sem endurheimti gegndræpisflæðið í upprunalegt gildi.Í einni tilraun,huminsýra stíflaði keramikhimnu að fullu innan 6 klukkustunda og minnkaði flæðið næstum í núll, en þegar óhreina himnan var fóðruð með nanobúluvatni var upphafsflæðið endurheimt innan 2 klukkustunda - áhrif sem rekja má til niðurbrots lífrænna efna af sindurefnum sem myndast þegar nanobúlurnar hrundu.Þetta bendir til þess að jafnvel án sterks oxunarefnis eins og ósons, getur líkamlegt hrun nanobúla myndað nógu staðbundnar hvarfgjarnar tegundir til að hjálpa til við að brjóta niður aðsogað lífræn efni.
Nanópúlur í lofti eru aðlaðandi vegna þess að þær forðast fjármagns- og öryggiskostnað vegna-ósonmyndunar á staðnum, sem gerir þær að aðgengilegri valkosti fyrir smærri hreinsistöðvar eða iðnað eins og mjólkurvinnslu, þar sem einnig hefur verið sýnt fram á að nanópúlur bæta flæði og draga úr síunartíma.
4. Formeðferð fyrir niðurstreymishimnuferli
Keramikhimnur eru einnig notaðar sem formeðferðarskref á undan þéttari himnum eins og nanósíun (NF) og nanobúlu/óson-aðstoðaraðferðir geta bætt hversu vel sú formeðferð virkar. Í einni rannsókn á afrennsli-vatns- frá plöntuframleiðslu,blendingur keramikhimnu-nanosíunarferli náði að meðaltali 95,60% fjarlægingarhlutfalls fyrir uppleyst lífrænt kolefni, 98,55% fyrir UV254 (staðli fyrir arómatískt lífrænt innihald), 34,50% fyrir leiðni og 50,71% fyrir kalsíum - bætingar um 4,70%, 14,70% og 14,70% 10,36% í sömu röð yfir sjálfstæða nanósíun. Formeðferð keramikhimnunnar dró einnig úr óafturkræfum gróðursetningu NF-himnunnar í neðri straumnum á ýmsum styrkleika mengunarefna, og rafeindasmásjárskoðun staðfesti að þessi formeðhöndlun dregur úr gróðursetningu á yfirborði NF-himnunnar.
Sérstaklega hefur óson-undirstaða yfirborðsskolun verið könnuð sem leið til að draga úr þörfinni fyrir hefðbundna örsíun/ofsíunarformeðferð á undan keramik nanósíunarhimnum. Hefðbundin formeðferð með marg-miðlasíun, örsíun eða ofsíun fyrir nanósíun bætir við umtalsverðum fjármagnskostnaði, líkamlegu fótspori og kerfisflækjum, svo að skipta út síunar-formeðferð með óson-ferli er aðlaðandi leið til að draga úr kostnaði og fótspor, sérstaklega í þéttbýlisvatnsendurvinnslustillingum.
5. Beint niðurbrot lífrænna mengunarefna
Fyrir utan himnuhreinsun eru ör-nafúlukerfi í auknum mæli rannsökuð sem háþróuð oxunar-aðliggjandi tækni í sjálfu sér.Í einni rannsókn á skólphreinsun, með því að sameina vatnsafnfræðilegan kavitation rafall með viðbótar oxunarferli, hækkaði heildarnýtni lífræns kolefnisfjarlægingar í 40,01% á 90 mínútum, samanborið við aðeins 14,61% með því að nota kavitation rafallinn einn.
Hvernig dæmigert kerfi virkar
Samsett nanobúlu-keramik himnukerfi inniheldur almennt:
- Gas framboð- umhverfisloft, súrefni eða óson sem myndast á-síðunni.
- Nanobúlu rafall- venturi, klippi-dæla eða þrýsti-upplausnareining sem dælir gasinu í vatn sem nanóbólur.
- Snerti/viðbragðsstig- nanobubble-auðgað vatn er annaðhvort gefið stöðugt inn í himnustrauminn eða notað í reglubundnum bakskolun/CIP lotum.
- Keramik himna mát- venjulega súrál, sirkon eða títan-undirstaða pípulaga eða flata-plötuþættir, starfræktir í þverflæði eða dauða-ham.
- EftirlitFylgst er með - flæði og yfirhimnuþrýstingi til að ákvarða hvenær þörf er á nanobúlu-aðstýrðri hreinsunarlotu.
Kostir samsettrar aðferðar
- Meiri flæðibatieftir hreinsun, oft án sterkra efnahreinsiefna.
- Minni efnanotkun- sérstaklega dýrmætt þar sem óson nanóbólur koma í stað eða draga úr notkun á sýru/ætandi hreinsiefnum.
- Betri massaflutningur oxunarefna, þannig að minna óson eða loft þarf til að ná sömu hreinsunaráhrifum.
- Lengdur líftími himnuvegna mildari, jafnari hreinsunar samanborið við árásargjarna efna- eða vélrænni hreinsun.
- Möguleiki á að minnka formeðferðarfótsporþegar það er notað á undan þéttari himnum eins og NF eða RO.
Takmarkanir og opnar spurningar
Þrátt fyrir lofandi niðurstöður taka vísindamenn fram nokkrar eyður:
Áhrif bólustærðar og styrks á óhreinindisstýringu eru enn ekki að fullu skilin og ákjósanlegar rekstrarbreytur geta verið kerfis- og óhreinindi-sértækar.
Óson nanobúlukerfi krefjast vandlegrar athugunar á efnissamhæfi, slökkt á-gasstjórnun og öryggiseftirliti með hliðsjón af eiturhrifum ósons.
Flestar birtar niðurstöður koma úr - eða tilraunarannsóknum á-kvarða; stór-, langtíma-rekstrargögn eru enn takmörkuð.
Frammistaða veltur að miklu leyti á eðli lífræna óhreinindaefnisins (td humic sýrur á móti próteinum á móti tilbúnum litarefnum), þannig að niðurstöður eru ekki alltaf almennar yfir notkun.
Niðurstaða
Pörun nanobúlugjafa við keramikhimnur táknar eina af hagnýtustu framfarunum í gróðurstjórnun fyrir vatns- og skólphreinsun. Hvort sem tæknin er notuð til að koma í veg fyrir gróðursetningu við síun, óson-auka CIP-hreinsun eða sem formeðferð á undan nanósíun, nýtir tæknin einstaka eðlisfræði nanobubblna - langan stöðugleika, mikla yfirborðsviðbrögð og skilvirkan gasflutning - til að draga úr efnanotkun, endurheimta endingartíma flæðis og lengja líftíma himnunnar. Eftir því sem undirliggjandi fyrirkomulag verður betur einkennt, er líklegt að þessi samsetning muni sjá til víðtækari notkunar á meðferð með drykkjarvatni, meðhöndlun iðnaðar frárennslisvatns og endurnýtingu vatns.