Abstrait
Les eaux usées en circulation provenant de la production de fibre de verre contiennent des microfibres de verre, des colloïdes et des substances acides. La qualité de son eau se détériore facilement, affectant la qualité du produit, et les processus de traitement traditionnels sont difficiles à recycler. Ce papier utilise la technologie des membranes d'ultrafiltration pour traiter les eaux usées en circulation provenant de la production de fibre de verre. Le flux membranaire, la différence de pression transmembranaire, la qualité des effluents et la stabilité opérationnelle des processus de filtration à flux croisés et de filtration sans issue sont comparés. Le cycle de filtration et le schéma de nettoyage sont optimisés pour vérifier la faisabilité de la réutilisation des membranes d'ultrafiltration. Les résultats expérimentaux montrent que les deux méthodes de filtration peuvent permettre une purification efficace des eaux usées, produisant des effluents clairs et transparents. La filtration à flux croisés-présente une plus grande stabilité de fonctionnement continu, tandis que la filtration sans issue-est plus compacte. Lorsque le cycle de filtration est inférieur ou égal à 2h, la différence de pression transmembranaire reste stable, et un nettoyage physique combinant épuration de l'air + rétrolavage + rinçage vers l'avant peut restaurer complètement les performances de la membrane. Les effluents traités peuvent être directement réutilisés dans la chaîne de production, réduisant considérablement les rejets et la consommation d'eau douce, offrant ainsi une solution d'ingénierie pour la réutilisation basée sur les ressources-des eaux usées de fibre de verre.
Mots clés : Membrane d'ultrafiltration; Eaux usées en fibre de verre; Recyclage; Filtration à flux croisés- ; Filtration sans issue- ; Différence de pression transmembranaire ; Nettoyage physique
Introduction
Lors de la production de séparateurs en fibre de verre et de batteries, le système de circulation d'eau génère une grande quantité d'eaux usées contenant des microfibres de verre, des colloïdes et des substances acides. La qualité de l'eau se détériore rapidement, entraînant une baisse de la qualité des produits, des arrêts de chaînes de production pour remplacer l'eau et une augmentation des rejets d'eaux usées, augmentant ainsi la charge de traitement des eaux usées. Les processus traditionnels de sédimentation et de filtration ne peuvent pas éliminer les fibres fines et les colloïdes, ce qui rend difficile le respect des exigences de recyclage.
La technologie des membranes d'ultrafiltration, pilotée par la pression, peut retenir efficacement les particules fines, les colloïdes et les matières en suspension, offrant des avantages tels qu'une précision de séparation élevée, un équipement intégré et un fonctionnement automatisé, ce qui la rend adaptée au traitement des eaux usées en fibre de verre. La filtration à flux croisés et la filtration sans issue sont deux processus de fonctionnement essentiels des membranes d'ultrafiltration, avec des différences significatives dans leurs caractéristiques de fonctionnement, leur contrôle de la pollution et leurs coûts de maintenance. La recherche sur l’optimisation des processus spécifiquement pour les eaux usées de fibres de verre est limitée. Cet article compare les performances opérationnelles des deux processus à travers des expériences pilotes-à l'échelle, optimise les paramètres de fonctionnement et les programmes de nettoyage, réalise le recyclage des eaux usées et améliore l'efficacité de la production et l'utilisation des ressources en eau.
1. Matériels et méthodes expérimentaux
1.1 Analyser les échantillons d'eau
Des échantillons d'eau ont été prélevés dans le bassin de circulation d'eau blanche d'un fabricant de séparateurs de batterie. Les caractéristiques des eaux usées étaient : contenant des microfibres de verre et des colloïdes, pH≈2, d'apparence blanc laiteux, riches en fibres, eaux usées en circulation fortement acides, avec un cycle de circulation de 1 à 2 jours et de grandes fluctuations de la qualité de l'eau.
1.2 Appareillage expérimental
Un appareil pilote d'ultrafiltration entièrement automatisé-a été utilisé, avec un seul module de membrane d'ultrafiltration. Le matériau de la membrane était une membrane d'ultrafiltration résistante aux acides, avec une précision de rétention adaptée à la rétention des fibres fines. L'appareil avait deux modes de fonctionnement : flux croisé-et impasse-, permettant un nettoyage automatisé par épuration de l'air, lavage à contre-courant et rinçage vers l'avant.
1.3 Processus expérimental
Filtration à flux transversal : débit d'influent 8 m³/h, débit de perméat 3 m³/h, concentré recirculé vers le réservoir d'eau brute pour un traitement ultérieur ;
Filtration sans issue- : Débit d'influent=Débit de perméat=3 m³/h, pas de recirculation du concentré, cycles de filtration réglés sur 1 h, 2 h et 4 h ;
Processus de nettoyage : lavage à l'air 2 min + lavage à contre-courant 2 min + rinçage vers l'avant 1 min, nettoyage purement physique, sans agents chimiques.
1.4 Indicateurs d'évaluation
Les principaux indicateurs d'évaluation sont la différence de pression transmembranaire, le flux membranaire, la qualité des effluents et la stabilité opérationnelle. La différence de pression transmembranaire reflète le degré d'encrassement de la membrane et la clarté de l'effluent caractérise l'effet de séparation.
2 Résultats expérimentaux et analyse
2.1 Test d’adéquation de l’équipement à membrane d’ultrafiltration
L'unité pilote d'ultrafiltration a fonctionné par intermittence pendant 33 h. L'influent était constitué d'eaux usées acides d'un blanc laiteux, et le perméat est resté clair et transparent partout, prouvant que la membrane d'ultrafiltration convient aux eaux usées en fibre de verre et présente des performances de séparation stables.
2.2 Performances du processus de filtration à flux croisés
Lors du fonctionnement continu de la filtration à flux croisés-, la différence de pression transmembranaire augmente lentement au fil du temps. Après échange d’eau et rétrolavage de la membrane, la différence de pression se rétablit entièrement. Le fonctionnement continu ne montre aucun encrassement incontrôlé de la membrane et la qualité du perméat reste stable, répondant aux exigences de recyclage des chaînes de production.
Avantages : La recirculation du concentré réduit le dépôt de contaminants sur la surface de la membrane, ralentissant ainsi le taux d'encrassement. Il convient à la production continue à grande échelle-à cycle long-, présentant une stabilité opérationnelle optimale.
2.3 Performances du processus de filtration sans issue-
Tests de cycle de filtration sans issue :
1h, 2h : Pas de changement significatif du différentiel de pression transmembranaire ; fonctionnement stable.
4h : Augmentation significative du différentiel de pression transmembranaire ; encrassement accru de la membrane. Cependant, après un nettoyage physique, la différence de pression se rétablit rapidement et les performances de la membrane ne présentent aucun déclin.
Conclusion : La filtration sans issue-avec un cycle contrôlé dans les 2 heures peut fonctionner de manière stable pendant des périodes prolongées. L'appareil ne produit aucun rejet de concentré, a une structure plus compacte et convient aux scénarios de traitement compacts à petite échelle-.
2.4 Contrôle de l’encrassement des membranes et performances de régénération
L’encrassement des membranes d’ultrafiltration est un phénomène inévitable pendant le fonctionnement. Un processus de nettoyage physique combiné de récurage à l'air + lavage à contre-courant + lavage avant élimine efficacement les fibres et les dépôts colloïdaux de la surface de la membrane, ne laissant aucun résidu chimique, n'endommageant pas le module de membrane et permettant une restauration complète du flux de la membrane et des performances de séparation, garantissant un fonctionnement stable à long terme.
2.5 Effet de réutilisation et avantages techniques
Réutilisation de l'eau du perméat : le perméat d'ultrafiltration peut être directement réutilisé dans le système d'eau en circulation de la ligne de production, garantissant une qualité d'eau stable, améliorant la qualité du produit à membrane et prolongeant le cycle de changement d'eau de la ligne de production.
Réduction de la pollution et réduction du carbone : les rejets d'eaux usées sont considérablement réduits, ce qui réduit la charge sur la station d'épuration des eaux usées ; la consommation d'eau douce est considérablement réduite, ce qui permet d'économiser les ressources en eau et les coûts d'exploitation.
Efficacité de la production : les temps d'arrêt fréquents liés aux changements d'eau sont évités, ce qui augmente la durée de fonctionnement continu de la ligne de production et améliore l'efficacité de la production.
3. Optimisation des processus et recommandations d'ingénierie
Sélection du processus : la filtration à flux croisés-est recommandée pour la production continue à grande échelle-en raison de sa grande stabilité ; la filtration sans issue-est recommandée pour les projets compacts à petite échelle-en raison de sa facilité d'exploitation et de maintenance.
Paramètres de fonctionnement : Cycle de filtration sans issue-Inférieur ou égal à 2 heures ; La filtration à flux croisés - combinée à un lavage à contre-courant périodique contrôle la différence de pression transmembranaire dans une plage raisonnable.
Programme de nettoyage : un nettoyage combiné purement physique est utilisé, ne nécessitant aucun agent chimique, ce qui le rend respectueux de l'environnement et peu coûteux-, adapté aux conditions d'eaux usées acides.
4. Conclusion
La technologie des membranes d'ultrafiltration peut traiter efficacement les eaux usées acides en circulation provenant de la production de fibres de verre, en retenant efficacement les microfibres de verre et les colloïdes, produisant ainsi des effluents clairs et conformes qui peuvent être directement réutilisés dans la chaîne de production.
La filtration à flux croisés-et la filtration sans issue-sont adaptées à ce traitement des eaux usées. La filtration à flux croisés-offre un fonctionnement plus stable, tandis que les dispositifs de filtration-sans issue sont plus compacts, permettant une sélection flexible en fonction de l'échelle du projet.
Un cycle de filtration inférieur ou égal à 2 heures et un nettoyage physique combiné contrôlent efficacement l'encrassement de la membrane, garantissant ainsi des performances stables à long terme.
La technologie de réutilisation des membranes d'ultrafiltration peut permettre de récupérer les ressources en eaux usées et de réduire le volume, d'améliorer la qualité des produits et l'efficacité de la production, et présente des avantages économiques et environnementaux significatifs.