หนึ่งในคำถามที่น่างงงวยมากที่สุดสำหรับผู้ให้บริการระบบการกรองแบบ Ultrafiltration วิศวกรและผู้จัดการคือ: "แรงดันเข้าทางเข้าของการกรองแบบ Ultrafiltration ในปัจจุบันเพิ่มขึ้นอีกครั้งเป็นเพราะการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนหรือเพียงเพราะอุณหภูมิของน้ำลดลงในวันนี้?"
วัตถุประสงค์หลักของการกำหนดมาตรฐานข้อมูลไม่ได้เป็นการเปลี่ยนแปลงข้อมูลต้นฉบับ แต่เป็นการกำจัดผลกระทบของความผันผวนในสภาพการทำงาน (เช่นอุณหภูมิน้ำอัตราการไหลและคุณภาพน้ำ) ผ่านการคำนวณการกู้คืน "ข้อมูลประสิทธิภาพ" เป็น "เงื่อนไขมาตรฐาน" และแสดงแนวโน้มที่แท้จริงของประสิทธิภาพของระบบเมมเบรน (ส่วนใหญ่เป็นระดับของการเปรอะเปื้อน)
I. เหตุใดข้อมูลการทำงานแบบ ultrafiltration จำเป็นต้องใช้มาตรฐาน?
ประสิทธิภาพของเมมเบรน Ultrafiltration ได้รับผลกระทบโดยตรงจากพารามิเตอร์การทำงานของคีย์ต่อไปนี้:
1. อุณหภูมิ: อุณหภูมิของน้ำส่งผลโดยตรงต่อความหนืดของน้ำ ยิ่งอุณหภูมิของน้ำลดลงความหนืดที่สูงขึ้นและความต้านทานต่อการไหลของน้ำผ่านเส้นใยเมมเบรนมากขึ้น เพื่อรักษาอัตราการผลิตน้ำอย่างต่อเนื่อง (ฟลักซ์) ระบบจะต้องเพิ่มความถี่ของปั๊มทางเข้าส่งผลให้แรงดันเข้าเพิ่มขึ้น ในทางกลับกันความดันลดลงตามธรรมชาติในฤดูร้อน หากไม่มีมาตรฐานคุณอาจเชื่อว่าเมมเบรนนั้นผิดพลาดอย่างรุนแรงในฤดูหนาว
2. การไหล: อัตราการไหลของการแทรกซึม (ฟลักซ์) และอัตราการไหลของแบ็ควอช/แอร์แอร์วอชส่งผลโดยตรงต่อแรงเฉือนบนพื้นผิวเมมเบรนและประสิทธิภาพของการกำจัดสารปนเปื้อน การเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลยังส่งผลต่อความดัน
3. คุณภาพน้ำที่มีอิทธิพล: การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของของแข็งแขวนลอยและสารอินทรีย์ในน้ำดิบส่งผลโดยตรงต่ออัตราการเปรอะเปื้อน
หากใช้ข้อมูลความดันและการไหลดิบโดยตรงเพื่อตรวจสอบว่าเมมเบรนต้องการการทำความสะอาดหรือเพื่อประเมินประสิทธิภาพการทำความสะอาดข้อสรุปมักจะผิดพลาดและทำให้เข้าใจผิด การทำให้เป็นมาตรฐานของข้อมูลเกี่ยวข้องกับข้อมูล "ปรับระดับ" จากช่วงเวลาที่แตกต่างกันไปยังจุดเริ่มต้นเดียวกันสำหรับการเปรียบเทียบ
ii. หลักการหลักและพารามิเตอร์สำคัญของการทำให้เป็นมาตรฐาน
พื้นฐานทางทฤษฎีของการทำให้เป็นมาตรฐานคือแบบจำลองความต้านทานแบบคลาสสิกสำหรับการกรองเมมเบรน:
tmp=μ× r × j
TMP: ความแตกต่างของแรงดันเมมเบรนแรงผลักดันหลักสำหรับการซึมผ่านของน้ำผ่านเมมเบรนและตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักที่เรามุ่งเน้น
μ: ความหนืดแบบไดนามิกของน้ำฟังก์ชั่นของอุณหภูมิ
R: ความต้านทานรวมรวมถึงความต้านทานโดยธรรมชาติของเมมเบรนและความต้านทานเพิ่มเติมที่เกิดจากการปนเปื้อน นี่คือสิ่งที่เราอยากรู้จริงๆ! ยิ่งมีการปนเปื้อนรุนแรงมากเท่าไหร่ค่า R ก็ยิ่งใหญ่ขึ้นเท่านั้น
J: ฟลักซ์เมมเบรนปริมาณน้ำที่ผลิตต่อพื้นที่เมมเบรนต่อหน่วยเวลา
เป้าหมายของเราคือการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในอาร์ตามสูตรแสดงแม้ว่าการเปรอะเปื้อนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (R ยังคงที่) หากอุณหภูมิน้ำμหรือฟลักซ์ J เปลี่ยนไป TMP จะเปลี่ยนไปเช่นกัน
ดังนั้นแกนกลางของมาตรฐานคือการแก้ไขฟลักซ์ J และอุณหภูมิμ (ปรับเทียบกับค่ามาตรฐาน) และคำนวณความแตกต่างของความดันเทมเบรนมาตรฐาน การเปลี่ยนแปลงใน TMP มาตรฐานนี้สะท้อนการเปลี่ยนแปลงอย่างหมดจดในความต้านทานรวม R นั่นคือการเปลี่ยนแปลงในระดับการเปรอะเปื้อน
3. วิธีการทำให้ข้อมูลเป็นปกติ
สมมติว่ามีระบบ ultrafiltration ที่ออกแบบมาสำหรับฟลักซ์คงที่
ขั้นตอนที่ 1: กำหนด "เงื่อนไขมาตรฐาน"
นี่คือมาตรฐานสำหรับการคำนวณทั้งหมด โดยทั่วไปข้อมูลจากการทำงานที่มั่นคงเริ่มต้นของระบบ (โดยปกติจะใช้เวลา 24-48 ชั่วโมงแรกหลังจากการว่าจ้างก่อนที่จะมีการปนเปื้อนเมมเบรนอย่างมีนัยสำคัญ) จะถูกเลือกเป็น "เงื่อนไขมาตรฐาน"
อุณหภูมิมาตรฐาน (T_STD): ตัวอย่างเช่น 20 องศาหรือ 25 องศา (ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศของไซต์และค่าการออกแบบ)
ฟลักซ์มาตรฐาน (J_STD): ฟลักซ์การออกแบบของระบบตัวอย่างเช่น 50 LMH (L/m²· H)
TMP มาตรฐาน (TMP_STD): ค่า TMP เริ่มต้นของระบบในระหว่างการทำงานที่มั่นคงที่อุณหภูมิมาตรฐานและฟลักซ์การผลิต ค่านี้ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานสำหรับการเปรียบเทียบในอนาคต
ขั้นตอนที่ 2: การรวบรวมข้อมูลและองค์กร
รวบรวมข้อมูลดิบต่อไปนี้จากระบบ PLC/DCS เป็นประจำ (เช่นรายชั่วโมงหรือต่อการเปลี่ยนแปลง):
ความดันขาเข้า (P_IN) และความดันผลิตภัณฑ์ (P_OUT): ใช้ในการคำนวณ TMP จริง=(P_IN + P_OUT)/2-P_OUT (สำหรับเยื่อหุ้มความดันภายนอก)
อัตราการไหลของการผลิต (Q): ใช้ในการคำนวณฟลักซ์จริง J=Q/พื้นที่เมมเบรนทั้งหมด
อุณหภูมิทางเข้า (t)
โหมดการทำงาน: ระบุข้อมูลที่บันทึกไว้ในระหว่างขั้นตอนการผลิต backwash หรือเฟสล้าง โดยทั่วไปแล้วการทำให้เป็นมาตรฐานจะดำเนินการเฉพาะกับข้อมูลในระหว่างขั้นตอนการผลิตที่เสถียร
ขั้นตอนที่ 3: คำนวณความดัน transmembrane ปกติ (TMP)
นี่คือขั้นตอนการคำนวณที่สำคัญที่สุด สูตรมีดังนี้:
tmp ปกติ=tmp_measured × (μ_std / μ_measured) × (j_std / j_measured)
ที่ไหน:
TMP_Measured: แรงดัน transmembrane จริงที่วัดได้ในขั้นตอนที่ 2
μ_std: ความหนืดของน้ำที่อุณหภูมิมาตรฐาน (T_STD) (มีอยู่จากตาราง)
μ_measured: ความหนืดของน้ำที่อุณหภูมิน้ำทางเข้าจริง (t)
J_STD: ฟลักซ์มาตรฐาน
J_Measured: ฟลักซ์ที่แท้จริง
ที่ไหน:
(μ_std / μ_measured): ปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ หากอุณหภูมิของน้ำจริงต่ำกว่าอุณหภูมิมาตรฐาน (μ_measured> μ_std) ปัจจัยนี้จะน้อยกว่า 1 หมายถึง TMP ที่แก้ไขจะลดลงจะช่วยลดแรงดันสูงเท็จที่เกิดจากอุณหภูมิต่ำ
(j_std/j_measured): ปัจจัยการแก้ไขฟลักซ์ หากฟลักซ์แทรกซึมจริงต่ำกว่าฟลักซ์การออกแบบ (j_measured ขั้นตอนที่ 4: การวิเคราะห์แนวโน้มและการตัดสินใจ - การสร้าง พล็อต TMP ปกติที่คำนวณได้ทุกวันลงในแผนภูมิแนวโน้ม นี่คือ "แดชบอร์ด" ของคุณสำหรับการประเมินสุขภาพของระบบ การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและช้าแสดงให้เห็นว่าการปนเปื้อนจะค่อยๆสะสมกระบวนการปกติ การกระโดดอย่างฉับพลันบ่งชี้ว่าการปนเปื้อนอย่างฉับพลันอาจเกิดขึ้น (เช่นการใช้สารเคมีที่ล้มเหลวการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำอย่างกะทันหัน) ต้องมีการตรวจสอบทันที การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและรวดเร็วบ่งชี้ว่าการล้างย้อนกลับแบบดั้งเดิมนั้นไม่มีประสิทธิภาพในการควบคุมการปนเปื้อนอีกต่อไปและการเตรียมการสำหรับการล้างข้อมูลทางเคมีที่เพิ่มขึ้นหรือการทำความสะอาดสารเคมีบูรณะเป็นสิ่งจำเป็น การลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากการทำความสะอาดบ่งชี้ว่าการทำความสะอาดมีประสิทธิภาพ ความล้มเหลวในการกู้คืนเป็นค่าเริ่มต้น - ค่าเริ่มต้นหลังจากการทำความสะอาดบ่งบอกถึงการเปรอะเปื้อนหรืออายุเมมเบรนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ตัวอย่าง: ฤดูหนาว "การเตือนภัยเท็จ" ในระบบ Waterworks Ultrafiltration เงื่อนไขมาตรฐาน: t_std=25 องศา, j_std=60 lmh, tmp_std เริ่มต้น=30 kpa ข้อมูลจากวันฤดูหนาว: อุณหภูมิน้ำ t=10 องศาฟลักซ์จริง j=60 lmh วัด tmp=45 kpa การคำนวณปกติ: ตาราง: ความหนืดของน้ำที่ 25 องศา, μ_std=0.890 MPa · s; ความหนืดของน้ำที่ 10 องศา, μ_measured=1.307 mPa · s อัตราส่วนฟลักซ์: j_std/j_measured=60/60=1. อัตราส่วนความหนืด: μ_std/μ_measured=0.890/1.307 ≈ 0.681 TMP ปกติ=45 KPA × 0.681 × 1 ≈ 30.6 kPa สรุป: ความดันปกติเกือบ 30 kPa สอดคล้องกับค่าเริ่มต้น สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการเพิ่มขึ้นของความดันนั้นล้วนเนื่องจากอุณหภูมิของน้ำลดลง แทบจะไม่มีการปนเปื้อนใหม่ของเมมเบรนเองและการทำความสะอาดทางเคมีไม่จำเป็นอย่างสมบูรณ์ หลีกเลี่ยงการปิดเครื่องที่ไม่จำเป็นสำหรับการทำความสะอาดประหยัดค่าใช้จ่ายและยืดอายุการใช้งานเมมเบรน