membranfiltrasyon

8/17/2019 membranfiltrasyon

1/14

ITU, Çevre Mühendisliği Lisans Programı

Bahar Yarıyılı

CEV324 Temel İşlemler ve Prosesler Laboratuvarı Raporu

Membran Filtrasyonu !iren" #esapları$%İRİ&!eneyin 'nemi

Gerek dünyada gerekse ülkemizde memran konsan!re akımlarının y"ne!imi, mev#$! y"ne!im

!ekniklerinin ekonomik olmaması nedeniyle hala %rolemli ir alan olarak g"rülmek!e ve kon$

"nemini kor$mak!adır& B$ kon$da li!era!ürde 'ok sayıda 'alı(ma $l$nmakla irlik!e halen

ekonomik ir y"n!em geli(!irilememi(!ir& )onsan!re akımının ekonomik olarak y"ne!imi,

memran %roseslerinin ülkemizde de yaygınla(ması a'ısından "nemlidir&

!eneyin (ma)ı ve *apsamı

Ya%ılan deneyin ama#ı* Çevre Mühendisliği alanında old$k'a yaygın olarak k$llanılan

memran +il!rasyon$n$n gerekli sis!em ile akı değerlerinin hesa%laması,aynı zamanda memran

+il!rasyon$ i'in old$k'a "nemli %arame!re olan s%esi+ik kek diren#i ile gerekli diğer

diren'lerinin hesa%lanmasıdır&

TEMEL *(VR(ML(R

Memranlar, memran eki%manı sayesinde arı!ılmı( s$ ve iyokü!lenin +iziksel olarak

+il!rasyon ile ayrıldığı süs%ansiyon üyüme mod$ndaki iyokimyasal oksidasyon ak!i+ 'am$r

gii- %rosesidir .!e%henson vd&, /000-& )onvansiyonel ak!i+ 'am$r %rosesinde iki ayrı !ankdager'ekle(en iyokimyasal oksidasyon havalandırma !ankında- ve s$1iyokü!le ayrımı

sediman!asyon ile '"kel!im !ankında- memranlarda !ek !ank!a ger'ekle(mek!edir& B$ !ank

i'inde havalandırma s$re!iyle ak!i+ 'am$r ol$(!$r$lmak!a, !ankın i'inde s$da g"mülü olan

memran kase!lerindeki +ierlerin ya da düz !aaka memranların 'ok kü'ük g"zeneklerinden

vak$m $yg$lanarak arı!ılmı( s$ 'ekilmek!e ve iyooksidasyon ile karon giderimini ya%an

iyokü!le !ank i'erisinde kalmak!adır&& Genellikle mikro+il!rasyon yakla(ık 0,/ 2m g"zenek

üyüklüğü- ya da $l!ra+il!rasyon yakla(ık 0,03 2m g"zenek üyüklüğü- memran üni!eleri

k$llanılmak!adır& 4rı!ma sırasında zamanla +ierler üzerinde ol$(an kek1kirlenme !aakası

1


2/14

+o$lan! layer- $ g"zenekleri daha da kü'ül!mek!e ve s$1iyokü!le ayrımını, askıda ka!ı madde

ve mikroorganizma giderme verimini ar!ırmak!adır&

Besleme s$y$5 Memran sis!emine gelen giri( s$y$d$r&

.üzün!ü s$y$5 Memran sis!eminden elde edilen !emiz 'ıkı( s$y$d$r&

.üzün!ü s$y$ akısı5 Memran !o%lam yüzey alanına "lünmü( süzün!ü s$y$ deisi5

6!7 8P 14

6! 7 ! zamanındaki anlık süzün!ü s$y$ akısı L1m/9saa!* LM:-

8P 7! zamanındaki süzün!ü s$y$ deisi L1saa!-

4 7!o%lam memran yüzey alanı m/-&

.%esi+ik akı %ermeaili!e, )-5 Transmemran asın#ına g"re normalize edilmi( süzün!ü s$y$

akısı5

6!m 7 6! 1 TMP

6!m7 ! zamanındaki s%esi+ik akı LM:1%si* %si7lire1in#h/-

6!7 ! zamanındaki süzün!ü s$y$ akısı LM:-

TMP7 !ransmemran asın#ı %si-&

;r!alama !ransmemran asın#ı a(ağıdaki ağın!ı ile hesa%lanır5

TMP7Pi deki süzün!ü s$y$ akısı ("yle hesa%lanailir ?@A;A

@nv& In#, /00/-5

6 !m /0>- 7 8% Ce=0&0/DECT9/0- 14

6!m7 ! zamanındaki anlık s%esi+ik akı L1m/9saa!-

8P7 ! zamanındaki süzün!ü s$y$ deisi L1saa!-

T7 sı#aklık >-

2


3/14

47 !o%lam memran yüzey alanı m/-&

.is!em s$ geri kazanımı sys!em re#overy-5 giri( s$y$ deisine g"re geri kazanılan !emiz s$

süzün!ü s$y$- deisinin yüzdesi sis!em s$ geri kazanımı olarak i+ade edilir5

F .$ Geri )azanimi 7300 ⎡8%⎤ 1⎢8+ ⎥

8%7süzün!ü s$y$ deisi L1saa!-

8+7giri( s$y$ deisi L1saa!-&

Memran %roseslerin i(le!ilmesinde dikka!e alınan en "nemli kri!erlerin a(ında akı azalması

gelmek!edir& 4kı azalması, kü!le !a(ınımı olayına ağlı olarak, memranın g"zenekleri veya

yüzeyi üzerinde iriken malzemelerin, memran kirlenmesi olarak or!aya 'ıkardıkları, zamana

ağlı olarak süzün!ü akısı mik!arındaki azalma olarak !anımlanmak!adır M$lder, 3EE3-& B$

olay, memrandaki kirlenmenin ne!i#esi olarak or!aya 'ıkan %roses %er+ormansını ol$ms$z y"n9

de e!kilemek!edir& B$ da, %rosesin daha sık aralıklarla devre dı(ına alınarak, memranların da9

ha kısa zaman aralıklarında !emizlenmesine seeiye! vermesi dolayısıyla i(le!me maliye!leri9

ni ar!ırmak!adır T$rano vd&, /00/-& Memran kirlenmesi, !emizleneilir ve !emizlenemez

kirlenme olarak iki gr$%!a ele alınmak!adır& 4kının zamana ağlı olarak hızla azalma g"s!erdiği

nok!ada, memran yüzeyindeki kirlenme ve sınır !aakadaki konsan!rasyon %olarizasyon$

olayına ağlı olarak memranda !emizleneilir kirlenme meydana gelmek!edir& 4n#ak akının

zamanla azalmasının old$k'a yava(ladığı, $na kar(ılık sınır !aakadaki !a(ınım olayına kar(ı

koyan diren'lerin old$k'a ar!!ığı nok!ada ise* yüzey kirlenmesi, adsor%siyon, Hel !aaka

ol$($m$, memran g"zeneklerinin !ıkanması veya daralması, memran üzerinde kek ol$($m$

ve %ar'a#ıkların memran üzerine !$!$nması olaylarının +onksiyon$ olarak memranda

!emizlenemez kirlenme ol$(mak!adır >heryan, 3EE-&

Memran %roseslerde akı5

67 JP=JK 1 2m < # -

e(i!liği ile $l$n$r& JK , osmo!ik asın' !erimi ol$%, osmo!ik asın#a ka!kıda $l$nan ile(enler

kü'ük moleküllerdir& JK !erimi makromoleküllerle 'alı(ıldığında ihmal edilir& 4kı aynı

zamanda*

6 7 3 14- dN1d!- denklemi ile de verileilir&

# 7O& (eklinde i+ade edileilir&

3


4/14

7> N B$ denklemlerden +aydalanarak , 7O>BN 1 4

denklemi elde edilir ve denklemi # , 67 JP=JK 1 2m < # - denkleminde yerine koy$larak

en!egre edilirse*

denklemi elde edilir& N Q 7 N 1 4 d"nü(ümü ya%ılırsa

denklemi elde edilir& B$ denklemden de g"rüle#eği gii N Q ye kar(ı ! 1 N Q

gra+iğe ge'irilirse elde edilen doğr$n$n eğimi ize 2O>B 1/JP yi verir ki $ %arame!reye

modi+iye edilmi(

kirlenme indeksi MRI, modi+ied +o$ling inde- adı verilir& MRIS dan hareke!le s%esi+ik kek diren'leri O - hesa%lanailir& Çoğ$ kek sıkı(ailme "zelliğine sahi% ol$%, sıkı(ma +ak!"rü n- ile

s%esi+ik kek diren#i O - arasındaki ili(ki*

O7O &JPn

denklemi ile i+ade edilir& B$rada* denklemin her iki !ara+ının logari!ması alınır ise,

LnO7LnO0


5/14

& >am malzemeler mezür, eher v&-Z& .%ek!ro+o!ome!re B.4 "l'ümleri i'in-[& Ril!renin kon$lması i'in gerekli ka%& Ç"zel!inin hazırlanması i'in gerekli ka(ık E& Beher

30& Mezür 33& )arı(!ırılması i'in alık 3/& )ronome!re

-Kullanılan Kimyasallar

3& Çi+! dis!ile s$/& Pro!ein '"zel!isi 300 mg1L B.4, ovin ser$m alümin %ro!eini-

Membran : @.30B $l!ra+il!rasyon memranı k$llanıldı& Memranın "zellikleri*

\ M]>; dal!on- 5 30,000\ Ma!eryal5 P@.\ .a+lık L:M1ar - 5 330

-Deney Yürütülüşü

Ç"zel!inin :azırlanması*

3&Pro!ein '"zel!isi 0,0/gr ola#ak (ekilde hassas !erazide "l'üm ger'ekle(!irilerekalındı&Tar!ımda "l'üm 0,0/gr "l'üldü +aka! hem hesa% hem de deneyin hassaslığı a'ısından

0,0/gr olarak alındı&B.4 '"zel!isinin 0,0/ gr alınması ise 300 mg1L i'in /0 mL alon HoHe

hazırlanması (eklinde hesa%landı&3 mL i'in 300 mg,"yle#e /0 mL i'in ise 0,0/gr

hesa%laması oran oran!ı ile hesaı ya%ıldı&

/&Çi+! dis!ile s$ ya%ılan #ihazdan /0mL 'i+! dis!ile s$ mezürle alındı&

D&)a(ıkla alınan B.4 '"zel!inin i'ine karı(!ırılarak 300mL ehere alındı&

Membran filtrasyon hücresinin deneye hazırlanması;

3& Ril!rasyon deneylerinde azo! gazı ile is!enilen asın#ın ayarlandığı laora!$var "l'ekli

.!erli!e#h :PX[0 marka ve model manye!ik karı(!ırmalı memran yüzeyinde 'a%raz akı(

yara!mak ama#ıyla- klasik +il!rasyon hü#resi k$llanıldı&

/& )$llanılan +il!rasyon sis!eminin memran 'a%ı XE mm ve ak!i+ memran alanı ise 3X&Z

#m/Sdir& Maksim$m 'alı(ma ha#mi ise D00 mlSdir&

5


6/14

D& ^n#elikle makas yardımıyla +il!rasyon yüzeyine kon$la#ak memran kesildi&.onrasında ise

memranın hassas !erazi ile !ar!ımı ger'ekle(!irildi& Mo ağırlığı 0,/[3gr ola#ak (ekilde

kaydedildi&Memran yüzeyi akı(ın ger'ekle(e#eği (ekilde yerle(!irile#ek +il!rasyon sis!emine

yerle(!irildi&Vekil 3 a9-&

X& Waha sonra memranın sis!emde hareke! e!memesi ve asın'!an zarar g"rmesini engellemek

i'in +il!rasyon !a(ı kon$larak ,gerekli kili!lerin yerle(!irili% sıkılmasıyla ka%a!ıldı&Vekil 39#-&

& 4l! ka%ak ve vidalar da aynı (ekilde !akıldı&Vekil 3 d9e-&

Z& Memran yüzeyinde karı(ımın sağlanması i'in karı(!ırı#ı a%ara!ı i'eri yerle(!irilerek

ka%a!ıldı& Vekil 39 +-&

[& _lk olarak memran diren#ini hesa%lamak ama#ıyla sa+s$ hü#reye kon$ld$ ve D0 dak&

oy$n#a her dk i'in D arda +il!rasyon ya%ılır, her dk da süzün!ü !ar!ılarak değerler man$al

olarak kaydedilerek denge akı değerinden m hesa%landı&Ne ilgisayar or!amında gerekli gra+ik

ol$(!$r$larak denge d$r$m$ hakkında yor$m ya%ıldı&

& Waha sonra 300 ml 300 mg1L B.4 '"zel!isi hü#renin i'ine d"külü% ve üs! ka%ak ka%a!ıldı

Vekil 3 g9h-&

E& Basın' is!enilen değere ayarlanır ve deney a(la!ıldı&Waha sonra her dk da ir ir saa!

oy$n#a süzün!üler !ar!ılarak man$al olarak kaydedildi,ve akı değeri hesa%lanarak gerekli

gra+ik ilgisayar or!amında 'izilerek denge d$r$m$ i'in gerekli yor$mlar ya%ıldıVekil 3 i-&

30& Weney i!!iğinde ilk olarak asın' kaynağı olan gaz !ü%ünün vanaları ka%a!ılır daha sonra

+il!rasyon hü#resindeki asın' kon!rollü ir (ekilde o(al!ıldı& B$ i(lemler emniye! i'erisinde

ya%ılmalıdır& Basın' o(al!ımı ger'ekle(!irildik!en sonra sis!em a'ıldı ve gerekli !emizlik

i(lemleri ger'ekle(!irildi&

33&Memran +il!rasyon sis!eminden alındık!an sonra 30 0>Sde yakla(ık 3 saa! k$r$!$l$r ve

memran üzerindeki kek !aakası ile !ekrar !ar!ılır, $ değer memran


7/14

&e0il 1& Ril!rasyon :ü#resinin Weneye :azırlanması

-.+L(R

4(ağıdaki !aloda deney ile ilgili ir!akım "zellikler yer almak!adır&

Tablo 1 : Deney VerileriWeney Tarihi /3&0X&/03Z

Memran 4lanı 3X,Z #m/10,003XZ m/

Memran Ti%i

Basın' D ar

(0ı esabı

4kı, a(ağıdaki gii hesa%lanır5

67JN14! 65 4kı L1m/&sa- JN5 .üzün!ü :a#mi L-

45 Memran 4lanı m/- !5 ?aman 4ralığı sa-

63 7 30,0X ` ,/ -0,003--13X,Z 0,000331Z0- 7 3,[DX L1m/sa

.a+ s$ i'in elirli sürelerde süzün!ü kü!leleri ve akı değerleri, Tablo 2Sde verilmi(!ir& G"rsel

olarak ise Şekil 2Sdeki gra+ik!e g"s!erilmi(!ir&

7


8/14

Tablo 2: Membran Filtrasyonda Saf S !"in #kı$%aman Verileri!istile su i"in

-5resa$ -5re 60$*5tle7r$ 8 L9m2:sa$

0,000 0 0

0,03[ 3 ,/ 3,[DX0,0DD / 30,0X 3Z,[D0,00 D 3X, 3Z,EZD0,0Z[ X 3E,3D /00,EE0,0D /X,0/ /03,[00,300 Z /,ED 3EZ,XED0,33[ [ DD,[/ 3EZ,XDX0,3DD D, 3ED,E[/Z0,30 E XD,// 3E,0X330,3Z[ 30 X[,/ 3EX,DDZ

0,3D 33 /, 3EX,DDZ0,/00 3/ [,/ 3E0,ZXE0,/3[ 3D Z3,E/ 3Z,3ZXX0,/DD 3X ZZ,X 3E0,/[X00,/0 3 [3,0 3E,0X330,/Z[ 3Z [,Z 3,DX/0,/D 3[ 0,3E 3Z,3ZXX0,D00 3 X,[/ 3Z,EZD0,D3[ 3E E,/[ 3[X,/XZZ0,DDD /0 ED,3 3Z,[D0,D0 /3 E,0 3,DX/

0,DZ[ // 30/,Z 3[E,E00,DD /D 30Z,ED 3X,ED30,X00 /X 333,XD 3[Z,D03X0,X3[ / 33,[/ 3/,XZ0,XDD /Z 3/0,3Z 3[[,DX/0,X0 /[ 3/X,X 3[E,E00,XZ[ / 3/, 3[D,DZ0,XD /E 3DD,0 3[,DZ/0,00 D0 3D[,X/

30,X

;r!alama akı 7 30,X L1m/sa


9/14

Şekil 2: #kı$%aman &rafi'i

Memran Wiren#i7Basın'1Niskozi!e .a+ s$ akısı

Wiren' 7 m93 -

6akı- 7 dmD1m/&sa

670,30X/0 m1sa 6 7,03/ m1sn

süzün!ü viskozi!esi-7 0,000E Pa&sn

P 7 D ar 7 D0000 Pa

m 7 D0000 Pa 1 0,000E Pa&sn ,03/ m1sn-

m 7 Z,ZXE m93

B.4 '"zel!isi i'in memran +il!resindeki akı hesa%lamarı Tablo (bde, g"rsel olarak da Şekil

(bde verilmi(!ir&

Tablo : Membran Filtrasyonda )S# "*zelisi i"in #kı$%aman Verileri;-(

-5resaat$

-5re60$

*5tle7r$

8L9m2:sa$

0,000 0 3,// 330,X[E0,0D 3X,Z[ EE,X/30,3Z[ 30 /Z,[[ E3,E0X0,/0 3 D[,E E0,00000,DDD /0 X,E0 X,[DE[0,X3[ / E,/3 /,/[X00,00 D0 ZE,// [Z,DZ/0,D D [,3 [,DX/0,ZZ[ X0 [,[ Z[,30[0,[0 X E,[ Z,[EX

0,DD 0 30X,/X ZX,XED0,E3[ 33/,3D E,DX/


10/14

3,000 Z0 33E,D

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.2000.00002.0000

4.0000

6.0000

8.0000

10.0000

12.0000

Akı Zaman Grafği(BSA)

T (saat)

Akı (dm3/m2.sa)

Şekil : )S# i"in #kı$%aman &rafi'i

B.4 '"zel!isinin memran +il!rasyon$nda s%esi+ik kek diren#i O- ve zamanla kek diren#ini

$lailmek i'in "n#elikle*

4 !- 1 N değeri hesa%lanır*

0,003XZ -13X,Z[130Z-7 X/,[0E/EX

N14 irim alandan ge'en irim ha#im-*

3X,Z[130Z-10,003XZ 70,0300X[EX

.%esi+ik kek diren#i *@ğim 7 ( μ x α x ρc)/(2 x ∆ P) +ormülünde O yalnız ırakılarak hesa%lanır&

α =(eğimx 2 x ∆ P)/( μ x ρc)

O5s%esik kek diren#i

N 7 /0 mL

c kg1mD-5 kek ağırlığı m39m0-1 ha#im 7 0,033D gr 7 0,000033D kg1/0130Z-mD

P5 asın'7 D0000 Pa

5viskozi!e70,000E Pa&sB.4 '"zel!isi i'in akı9zaman gra+iğinden elde edilen eğim *


11/14

0 0.010.020.030.040.050.060.070.080.090

200

400

600

800

1000

1200

f(x) = 5886.75x + 478.31R² = 0.97

Chart Title

T (saat)

Akı (dm3/m2.sa)

Şekil !: )S# i"in #kı$%aman +rafi'inin e'imi

y7Z,[


12/14

0 10 20 30 40 50 60 700.00E+00

2.00E+00

4.00E+00

6.00E+00

8.00E+00

1.00E+01

1.20E+01

Rc

Zaman

Rc

Şekil ": -c$ %aman +rafi'i

%i6erim Verimi esabı

Giderim verimi, ($ (ekilde hesa%lanır5

7>G9>Ç-1>g300

5Giderim Nerimi F-

>G5Giri( Ç"zel!sindeki )onsan!rasyon as- 7 0,0ZZ as>Ç5.üzün!üdeki )onsan!rasyon as- 7 0,00/ as

7 0,0ZZ90,00/-10,0ZZ- 300 7 F E[ verimi

T(RT


13/14

4kı zaman gra+iği de !eorik olarak ir zaman sonra sai!lenmek d$r$m$ndadır& Ya%ılan

deneyde akıda ir sai!lenme g"rülmemi(!ir& B$ sai!lenme, dengeye $la(ılmayı !emsil

e!mek!edir& )ısa#a, ya%ılan deneyde dengeye henüz $la(ılmadığı g"rülmek!edir&

Vekil b!e g"rülen # ` ?aman gra+iğine akılırsa, gra+iğin henüz sai!lenmemi( ir (ekilde

devamlı ar!!ığı g"rülmek!edir& B$ !ür gra+iklerde ol$(an sai!lenme ise, sai! kek !aakasını

!emsil e!mek!edir& B.4 '"zel!isinin gra+iğinde "yle ir sai!lenmeye ras!lanılmadığından,

sai! kek !aakası ol$($m$ ger'ekle(mediği g"zlenmi(!ir& Gra+iğin nega!i+ eğimli ir %araol

olması da, ileride ir nok!ada sai!lene#eği i'indir& B$ nega!i+ azalı(ın ve ilerdeki sai!lenme

ile sai! kek !aakası ol$($m$n$n nedeni ise, +il!renin !ıkanmasıyla ilgilidir& )olloidal

maddelerin +il!reyi !ıkaması ile sai! kek !aakası ol$($m$ g"zlenir&

Memran kirlenmesi 'alı(maları +arklı asın'larda ya%ılmı( ve son$'lar Vekil S!e verilmi(!ir&

.üzün!ü akısının deği(ik asın'lar al!ında zamana kar(ı olan deği(imi in#elendiği zaman,

ü!ün asın'lar i'in hemen hemen aynı deği(im eğilimi g"zlenmek!edir& _n#elenen ü!ün

asın'lar i'in, elli ir zaman aralığı sonrasında süzün!ü akısı sai! ir değere $la(mak!adır&

Basın#ın kirlenme üzerine e!kisi zamana ağlı olarak 'ok +azla deği(im g"s!ermemek!edir&

Vekil ZS da da g"rüldüğü gii, ü!ün asın' değerleri i'in Z0 dakika sonrasında sai! akı elde

edilmek!edir& B$ süreden sonra memran yüzeyinde ol$(an kek !aakası dengeye $la(mak!a

ve üyüme d$rmak!adır& B"yle#e kek !aakasının diren#i ve sonrasında ol$(an süzün!ü akısı

sai! değere $la(mak!adır 4kdemir, ̂ zer, /00[-&

Şekil #: M. Membranı !"in )asıncın Membran /irlenmesine 0lan 1tkisi

3 45 bar6 74( bar6 842 bar6 9 4 bar


14/14

*ayna0lar

3& ?@A;A @nvironmen!al In#&, /00/& &zenonom, ;akville, ;n!ario, >anada&/& .!e%henson, T&, Brindle, )&, 6$dd, .&, 6e++erson, B&, /000& Memrane Biorea#!ors +or

]as!ea!er Trea!men!, I.BA 39E00///90[9, I]4 P$lishing, U)&D& T$rano, @&, >$r#io, .&, We Paola, M&G&, >alar, N& ve Iori, G&, /00/-& 4n in!egra!ed

#en!ri+$ga!ion` $l!ra+il!ra!ion sys!em in !he !rea!men! o+ olive mill as!ea!er, 6o$rnal o+

Memrane .#ien#e, /0E, 3E`D3&X& >heryan, M&, 3EE-& Ul!ra+il!ra!ion and mi#ro+il!ra9 !ion handook, Te#hnomi# P$lishing

>o&, In#&, Te#hnomi# P$lishing, Pennsylvania9U.4&& 4kdemir, @& * ^zer, 4& /00[- b?ey!inyağı @ndüs!risi 4!ıks$larının Ul!ra+il!rasyon

veAano+il!rasyon Memranlarıyla 4rı!ılailirliğiS W 1< Mühendislik Fakültesi Fen =e

Mühendislik Der+isi, .ayı5 /, >il!5 E, s+& /E9D

membranfiltrasyon

Documents