Jednou z nejmodernějších otázek pro operátory ultrafiltračního systému, inženýry a manažery je: „Dnešní ultrafiltrační vstupní tlak se opět zvýšil. Je to kvůli zvýšenému znečištění membrány, nebo jednoduše proto, že je dnes teplota vody nižší?“
Hlavním účelem standardizace dat není změnit původní data. Místo toho má eliminovat dopad fluktuací v provozních podmínkách (jako je teplota vody, průtok a kvalita vody) prostřednictvím výpočtů, obnovení „údajů o výkonu“ na „standardní podmínky“ a tak odhalení skutečného trendu výkonu membránového systému (především stupeň znečištění).
I. Proč jsou pro standardizaci nezbytná provozní data ultrafiltrace?
Výkon ultrafiltrace membrány je přímo ovlivněn následujícími provozními parametry klíčů:
1. Teplota: Teplota vody přímo ovlivňuje viskozitu vody. Čím nižší je teplota vody, tím vyšší je viskozita a tím větší je odolnost vůči proudění vody membránovými vlákny. Pro udržení konstantní rychlosti výroby vody (tok) musí systém zvýšit frekvenci vstupního čerpadla, což má za následek zvýšení vstupního tlaku. Naopak, tlak se přirozeně snižuje v létě. Bez standardizace můžete mylně věřit, že membrána je v zimě vážně znečištěna.
2. tok: průtok permeátu (tok) a průtok proplachování/zpětného vyplacení přímo ovlivňují smykovou sílu na povrchu membrány a účinnost odstranění kontaminantů. Změny průtoku také ovlivňují tlak.
3. Kvalita vlivu vody: Změny v koncentraci suspendovaných pevných látek a organických látek v surové vodě přímo ovlivňují rychlost znečištění.
Pokud se údaje o surovém tlaku a toku používají přímo k určení, zda membrána potřebuje čištění nebo k vyhodnocení účinnosti čištění, závěry jsou často chybné a zavádějící. Normalizace dat zahrnuje „vyrovnávání“ dat z různých období do stejného výchozího bodu pro srovnání.
Ii. Základní principy a klíčové parametry normalizace dat
Teoretický základ normalizace je klasický model odporu pro filtraci membrány:
TMP=μ × R × J
TMP: Rozdíl tlaku transmembránového tlaku, hlavní hnací síla pro pronikání vody přes membránu a metrika jádra, na kterou se zaměřujeme.
μ: Dynamická viskozita vody, funkce teploty.
R: Celkový odpor, včetně přirozené rezistence membrány a další odpor způsobený kontaminací. To je to, co opravdu chceme vědět! Čím závažnější je kontaminace, tím větší je hodnota r.
J: Membránový tok, množství vody vyrobené na jednotku membránové plochy za jednotku času.
Naším cílem je sledovat změny v R. Jak ukazuje vzorec, i když znečištění zůstává nezměněné (R zůstává konstantní), pokud se změní teplota vody μ nebo toku J, TMP se také změní.
Jádrem standardizace je tedy opravit tok J a teplotu μ (kalibrace na standardní hodnoty) a vypočítat standardizovaný transmembránový tlakový rozdíl. Změny v tomto standardizovaném TMP čistě odrážejí změny v celkovém odporu r, tj. Změny úrovně znečištění.
3. jak normalizovat data
Předpokládejme, že existuje ultrafiltrační systém určený pro konstantní tok.
Krok 1: Definujte „standardní podmínky“
Toto jsou benchmarky pro všechny výpočty. Obvykle jsou údaje z počátečního stabilního provozu systému (obvykle prvních 24-48 hodin po uvedení do provozu, než dojde k významnému znečištění membrány) jako „standardní podmínky“.
Standardní teplota (T_STD): Například 20 stupňů nebo 25 stupňů (v závislosti na hodnotách klimatu a designu).
Standardní tok (J_STD): Tok návrhu systému, například 50 LMH (L/m² · H).
Standardizovaný TMP (TMP_STD): Počáteční hodnota TMP systému během stabilního provozu při standardní teplotě a výrobním toku. Tato hodnota slouží jako měřítko pro budoucí srovnání.
Krok 2: Sběr dat a organizace
Pravidelně shromažďujte následující nezpracovaná data ze systému PLC/DCS (např. Hodinu nebo posun):
Vstupní tlak (P_IN) a tlak produktu (P_out): Používá se pro výpočet skutečného TMP=(p_in + p_out)/2-p_out (pro externí tlakové membrány).
Produkční průtok (Q): Používá se pro výpočet skutečného toku J=Q/Celková membránová oblast.
Vstupní teplota (t).
Režim provozu: Zadejte data zaznamenaná během fáze výroby, zpětného proplachování nebo proplachovací fáze. Normalizace se obvykle provádí pouze na datech během stabilní produkční fáze.
Krok 3: Vypočítejte normalizovaný transmembránový tlak (TMP)
Toto je nejdůležitější krok výpočtu. Vzorec je následující:
Normalizovaný TMP=TMP_Measured × (μ_std / μ_measured) × (j_std / j_measured)
Kde:
TMP_Measured: Skutečný transmembránový tlak měřený v kroku 2.
μ_std: Viskozita vody při standardní teplotě (T_STD) (k dispozici z tabulky).
μ_medured: Viskozita vody při skutečné vstupní teplotě vody (T).
J_STD: Standardní tok.
J_Measured: Skutečný tok.
Kde:
(μ_std / μ_measured): faktor korekce teploty. Pokud je skutečná teplota vody nižší než standardní teplota (μ_measured> μ_std), bude tento faktor menší než 1, což znamená, že korigovaný TMP bude nižší, což eliminuje falešný vysoký tlak způsobený nízkými teplotami.
(J_STD/J_MEASURED): FOCTOREK FOLU. Pokud je skutečný tok permeátu nižší než tok návrhu (j_measured Krok 4: Analýza a rozhodnutí o trendech - Vykresluje denní vypočítaný normalizovaný TMP do trendového grafu. Toto je váš „řídicí panel“ pro hodnocení zdraví systému. Stabilní a pomalé zvýšení naznačuje, že kontaminace se pomalu hromadí, což je normální proces. Náhlý skok naznačuje, že může dojít k náhlé kontaminaci (např. Neúspěšné chemické dávkování, náhlá změna kvality vody), což vyžaduje okamžité zkoumání. Trvalé a rychlé zvýšení naznačuje, že konvenční proplachování zpětného proplachování již není účinné při kontrole kontaminace a jsou nezbytné přípravy na zvýšené chemické proplachování nebo restorativní chemické čištění. Významný pokles po čištění naznačuje, že čištění bylo účinné. Neschopnost se zotavit na - počáteční hodnoty po čištění označuje možné nevratné znečištění nebo stárnutí membrány. Příklad: Zimní „falešné poplachy“ v systému Ultrafiltration Waterworks Standardní podmínky: t_std=25 stupeň, j_std=60 lmh, počáteční tmp_std=30 kpa. Data z zimního dne: Teplota vody t=10 stupeň, skutečný tok j=60 lmh, měřeno TMP=45 KPA. Normalizovaný výpočet: Tabulka: Viskozita vody při 25 stupních, μ_std=0.890 mPa · s; Viskozita vody při 10 stupních, μ_measured=1.307 mPa · s. Poměr Flux: j_std/j_measured=60/60=1. Poměr viskozity: μ_std/μ_measured=0.890/1,307 ≈ 0,681. Normalizovaný TMP=45 KPA × 0,681 × 1 ≈ 30,6 KPA. Závěr: Normalizovaný tlak byl téměř 30 kPa, konzistentní s počáteční hodnotou. To ukazuje, že zvýšení tlaku bylo čistě způsobeno poklesem teploty vody. Prakticky nedošlo k žádné nové kontaminaci samotné membrány a chemické čištění nebylo zcela zbytečné. Bylo zabráněno zbytečnému vypnutí čištění, úspory nákladů a prodloužení membránového života.