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Deckschichtbildung in Kapillarmembranen bei der Querstrom-Mikrofiltration und ihre Beeinflussung durch polymere Flockungsmittel
Die Dissertation beschäftigt sich mit dem Einfluss von polymeren Flockungsmitteln auf das Filtrationsverhalten bei der Querstromfiltration von feinsten Partikeln. Ergänzend wurde eine Modellrechnung der Deckschichtbildung innerhalb einer Kapillarmembran bei der Querstromfiltration entwickelt. Die Untersuchung zur Flockenbildung durch polymere Flockungsmittel bei der Membranfiltration ist für die Erhöhung und Erweiterung der Leistungsfähigkeit der Mikro- bzw. Ultrafiltration bei großtechnischen Prozessen von großem Interesse, da dadurch der Filtratstrom und die Prozessstabilität, welche durch die Deckschichtbildung und durch Fouling eingeschränkt werden, erhöht werden können. Mittels der experimentellen Untersuchung wurde bestätigt, dass mit der Zugabe von polymeren Flockungsmitteln eine Filtratstromerhöhung bei der Mikrofiltration erzielt werden kann. Jedoch ist der Einfluss der polymeren Flockungsmittel auf das Filtrationsverhalten vielfältig. Eine Überdosierung von polymeren Flockungsmitteln kann auch zu einem Filtratstromabfall führen und sollte deshalb vermieden werden. Die Ursache dafür liegt in der Wechselwirkung Membran - Partikel - polymere Flockungsmittel. Sobald polymere Flockungsmittel in einem Filtrationssystem eingeführt werden, bilden die PFM-Moleküle nicht nur Flocken mit den suspendierten Partikeln, sondern sie kommen in Kontakt mit der Membran oder liegen frei in der Lösung vor. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass der freie Anteil von polymeren Flockungsmitteln, der nicht an Partikeln adsorbiert ist, für die Erhöhung des hydraulischen Widerstandes des Filtrationsprozesses verantwortlich ist. Es wurde festgestellt, dass eine optimale Zugabekonzentration von polymeren Flockungsmitteln existiert, bei der eine maximal mögliche Filtratstromerhöhung für gegebene Filtrationsbedingungen erreicht werden kann. Die optimale Zudosierung von polymeren Flockungsmitteln wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst: pH-Wert der Suspension, Stoffeigenschaften der Membran, Feststoff- und PFM-Gehalt, Stabilität der Flocken. Es konnte experimentell bestätigt werden, dass die mit der Rührzelle erzielten Ergebnisse bzw. der optimale Zugabekonzentrationsbereich für diesen Fall auf eine Querstromfiltration mit Membranmodulen übertragen werden können. In der Modellrechnung zur Deckschichtbildung innerhalb einer Kapillarmembran bei der Querstrommikrofiltration wird die Ermittlung der Änderung von zahlreichen Parametern sowohl über der Filtrationszeit als auch entlang der Kapillarlänge ermöglicht. Basis dieser Modellierung sind die von Altmann (Partikelablagerung und Deckschichtbildung an überströmten Membranen. Dissertation. Technische Universität Dresden, 2000) formulierten Ablagerungsbedingungen von Partikeln an einer überströmten Membran und die Berechnung der Strömung entlang der Kapillare. Mit der Modellrechnung kann neben der Überströmgeschwindigkeit, der transmembranen Druckdifferenz, dem Filtratstrom und der Deckschichtdicke auch die Partikelgrößenverteilung der Deckschicht entlang der Kapillare ermittelt werden. Dabei kann die Berechnung mit beliebiger Partikelgrößenverteilung der Zufuhrsuspension durchgeführt werden. Die Eingabe der Partikelgrößenverteilung des Stoffsystems kann in Form sowohl einer mathematischen Funktion als auch einer Datei mit Messwerten (tabellarisch) erfolgen. Die berechneten Ergebnisse wurden experimentell bestätigt. Auch die Filtration einer geflockten Suspension konnte rechnerisch beschrieben werden. Die Rechenergebnisse zeigen, dass große Änderungen der Parameter entlang der Kapillare auftreten. Dies führt auch zu einer ungleichförmigen Deckschicht. Mit der Berechnung konnte auch der Einfluss wesentlicher Betriebsparametern beschrieben werden. Unter anderem wird die Filtration sehr stark vom Stoffsystem bzw. von der Partikelgrößenverteilung beeinflusst. Bei gleichen Filtrationsbedingungen wird bei einem groben Stoffsystem ein deutlich höherer Filtratstrom erzielt.
Deckschichtbildung in Kapillarmembranen bei der Querstrom-Mikrofiltration und ihre Beeinflussung durch polymere Flockungsmittel
Die Dissertation beschäftigt sich mit dem Einfluss von polymeren Flockungsmitteln auf das Filtrationsverhalten bei der Querstromfiltration von feinsten Partikeln. Ergänzend wurde eine Modellrechnung der Deckschichtbildung innerhalb einer Kapillarmembran bei der Querstromfiltration entwickelt. Die Untersuchung zur Flockenbildung durch polymere Flockungsmittel bei der Membranfiltration ist für die Erhöhung und Erweiterung der Leistungsfähigkeit der Mikro- bzw. Ultrafiltration bei großtechnischen Prozessen von großem Interesse, da dadurch der Filtratstrom und die Prozessstabilität, welche durch die Deckschichtbildung und durch Fouling eingeschränkt werden, erhöht werden können. Mittels der experimentellen Untersuchung wurde bestätigt, dass mit der Zugabe von polymeren Flockungsmitteln eine Filtratstromerhöhung bei der Mikrofiltration erzielt werden kann. Jedoch ist der Einfluss der polymeren Flockungsmittel auf das Filtrationsverhalten vielfältig. Eine Überdosierung von polymeren Flockungsmitteln kann auch zu einem Filtratstromabfall führen und sollte deshalb vermieden werden. Die Ursache dafür liegt in der Wechselwirkung Membran - Partikel - polymere Flockungsmittel. Sobald polymere Flockungsmittel in einem Filtrationssystem eingeführt werden, bilden die PFM-Moleküle nicht nur Flocken mit den suspendierten Partikeln, sondern sie kommen in Kontakt mit der Membran oder liegen frei in der Lösung vor. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass der freie Anteil von polymeren Flockungsmitteln, der nicht an Partikeln adsorbiert ist, für die Erhöhung des hydraulischen Widerstandes des Filtrationsprozesses verantwortlich ist. Es wurde festgestellt, dass eine optimale Zugabekonzentration von polymeren Flockungsmitteln existiert, bei der eine maximal mögliche Filtratstromerhöhung für gegebene Filtrationsbedingungen erreicht werden kann. Die optimale Zudosierung von polymeren Flockungsmitteln wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst: pH-Wert der Suspension, Stoffeigenschaften der Membran, Feststoff- und PFM-Gehalt, Stabilität der Flocken. Es konnte experimentell bestätigt werden, dass die mit der Rührzelle erzielten Ergebnisse bzw. der optimale Zugabekonzentrationsbereich für diesen Fall auf eine Querstromfiltration mit Membranmodulen übertragen werden können. In der Modellrechnung zur Deckschichtbildung innerhalb einer Kapillarmembran bei der Querstrommikrofiltration wird die Ermittlung der Änderung von zahlreichen Parametern sowohl über der Filtrationszeit als auch entlang der Kapillarlänge ermöglicht. Basis dieser Modellierung sind die von Altmann (Partikelablagerung und Deckschichtbildung an überströmten Membranen. Dissertation. Technische Universität Dresden, 2000) formulierten Ablagerungsbedingungen von Partikeln an einer überströmten Membran und die Berechnung der Strömung entlang der Kapillare. Mit der Modellrechnung kann neben der Überströmgeschwindigkeit, der transmembranen Druckdifferenz, dem Filtratstrom und der Deckschichtdicke auch die Partikelgrößenverteilung der Deckschicht entlang der Kapillare ermittelt werden. Dabei kann die Berechnung mit beliebiger Partikelgrößenverteilung der Zufuhrsuspension durchgeführt werden. Die Eingabe der Partikelgrößenverteilung des Stoffsystems kann in Form sowohl einer mathematischen Funktion als auch einer Datei mit Messwerten (tabellarisch) erfolgen. Die berechneten Ergebnisse wurden experimentell bestätigt. Auch die Filtration einer geflockten Suspension konnte rechnerisch beschrieben werden. Die Rechenergebnisse zeigen, dass große Änderungen der Parameter entlang der Kapillare auftreten. Dies führt auch zu einer ungleichförmigen Deckschicht. Mit der Berechnung konnte auch der Einfluss wesentlicher Betriebsparametern beschrieben werden. Unter anderem wird die Filtration sehr stark vom Stoffsystem bzw. von der Partikelgrößenverteilung beeinflusst. Bei gleichen Filtrationsbedingungen wird bei einem groben Stoffsystem ein deutlich höherer Filtratstrom erzielt.
Deckschichtbildung in Kapillarmembranen bei der Querstrom-Mikrofiltration und ihre Beeinflussung durch polymere Flockungsmittel
Covering layer formation in capillary membranes during cross-flow microfiltration and its influence by means of flocculants
Minh Tan Nguyen (author)
2004
122 Seiten, Bilder, Tabellen, 132 Quellen
Theses
German
Waschwasserkreislaufführung ohne Flockungsmittel
Online Contents | 2000
Waschwasserkreislaufführung ohne Flockungsmittel
Online Contents | 2000