Advanced

Fouling and Cleaning During Treatment of Thermomechanical Pulp Mill Process Water

Bucht, Josefin LU (2015) KET920 20151
Chemical Engineering
Abstract
One of many possible applications for membranes in industries is to separate valuable products from wastewater. However, usage of membranes inevitably leads to fouling. Fouling means that the treated solution affects the membrane and causes a permanent decrease of the permeate flux. That means that the membrane requires cleaning so that the flux can be restored and the full potential of the membrane can be utilized. Membrane cleaning can be performed by different methods, one of them being chemical cleaning. This master thesis aims to investigate which parameters that affect how the fouling takes place, as well as which parameters that affects the chemical cleaning of the fouled membranes.
The experimental work has been performed by... (More)
One of many possible applications for membranes in industries is to separate valuable products from wastewater. However, usage of membranes inevitably leads to fouling. Fouling means that the treated solution affects the membrane and causes a permanent decrease of the permeate flux. That means that the membrane requires cleaning so that the flux can be restored and the full potential of the membrane can be utilized. Membrane cleaning can be performed by different methods, one of them being chemical cleaning. This master thesis aims to investigate which parameters that affect how the fouling takes place, as well as which parameters that affects the chemical cleaning of the fouled membranes.
The experimental work has been performed by treating an ultrafiltration membrane with process water from a thermomechanical pulp mill. The experimental work consisted of two main parts, the fouling experiments and the cleaning experiments. The fouling experiments investigated the fouling influence of temperature, duration and concentration of the treated solution. The results from the experiments showed that the fouling is influenced by the temperature and that more severe fouling is achieved at higher temperatures. The cleaning experiments showed that the efficiency of a cleaning method is dependent on both the cleaning agent concentration and the cleaning time. Two cleaning agents, Ultrasil 10 and sodium hypochlorite, were used in the cleaning experiments.
A conclusion that can be drawn from this work is that it would be interesting to investigate if the fouling in membrane plants could be reduced by using lower temperatures industrially. Less fouling would lead to a reduced need for chemical cleaning, which probably would increase the membrane lifetime as chemical cleaning often is the most damaging procedure that a membrane is subjected to. A lower temperature could lead to financial savings both by an increase of the membrane lifetime, but also as the operating time between the required cleaning can increase. However, a lower filtration temperature is negative from an economical perspective as the flux is lower at lower temperatures and the production will thus be more time consuming. A way of overcoming the reduced production pace could be to increase the membrane area. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Membranprocesser kan användas för att isolera värdefulla substanser i processvatten i massabruk vilket minskar brukets miljöpåverkan, och ökar dess intäkter. Men membran smutsas ned. Det är därför viktigt att effektiva rengöringsmetoder utvecklas.
I examensarbetet har möjligheten att isolera värdefulla substanser i processvatten från ett termomekaniskt massabruk undersökts. Om det vore möjligt att isolera komponenter som idag tas om hand i brukets avloppsvattenreningsanläggning kan det leda till nya inkomstkällor samtidigt som förnybara råvaror skulle kunna utnyttjas. Det är sedan tidigare känt att det ultrafiltreringsmembran som använts i det experimentella arbetet kan separera de komponenter man vill skilja åt, men nedsmutsningen av... (More)
Membranprocesser kan användas för att isolera värdefulla substanser i processvatten i massabruk vilket minskar brukets miljöpåverkan, och ökar dess intäkter. Men membran smutsas ned. Det är därför viktigt att effektiva rengöringsmetoder utvecklas.
I examensarbetet har möjligheten att isolera värdefulla substanser i processvatten från ett termomekaniskt massabruk undersökts. Om det vore möjligt att isolera komponenter som idag tas om hand i brukets avloppsvattenreningsanläggning kan det leda till nya inkomstkällor samtidigt som förnybara råvaror skulle kunna utnyttjas. Det är sedan tidigare känt att det ultrafiltreringsmembran som använts i det experimentella arbetet kan separera de komponenter man vill skilja åt, men nedsmutsningen av membranet har identifierats som ett stort problem.
I arbetet har det experimentellt undersökts vilka driftsparametrar som påverkar nedsmutsningen av membranet under filtreringen. Det visade sig att den parameter som påverkar nedsmutsningen mest var processlösningens temperatur under filtreringen. För att få riktigt smutsiga membran krävs det höga temperaturer. Utöver temperaturen undersöktes även inverkan av processlösningens koncentration och försökstiden, men de spelade inte lika stor roll för nedsmutsningen som temperaturen gjorde.
Att nedsmutsningen är värre vid höga temperaturer än låga är ett intressant resultat som är värt att utreda vidare eftersom höga temperaturer normalt används i membrananläggningar. Om nedsmutsningen skulle kunna minskas genom att använda lägre temperaturer vid filtreringen skulle det vara bra eftersom nedsmutsning kräver rengöring, vilket ofta är skadligt för membranet. Tyvärr är det så att en lägre temperatur även påverkar produktionen i anläggningen, där en lägre temperatur ger minskad produktion eftersom filtreringen sker långsammare då.
Nedsmutsning är inte bra eftersom det innebär att membranen inte kan användas fullt ut. Då krävs det rengöring. När membranen rengörs måste produktionen avbrytas. Därför vill man inte rengöra membranen oftare än nödvändigt. Rengöring av membran är dessutom det mest skadliga membranet utsätts för och bidrar till att membranet förstörs snabbare och behöver ersättas av ett nytt membran, vilket är kostsamt. Att undersöka hur nedsmutsningen av ett membran kan minskas och rengöringen göras mer effektiv är alltså viktigt för att spara både pengar och resurser.
Det experimentella arbetet visade att både rengöringsmedlets koncentration och rengöringstiden påverkade hur effektiv rengöringen var. Högre koncentrationer och längre rengöringstider gav renare membran.
Både nedsmutsning och rengöring av membran är områden där omfattande forskning är möjlig. Framförallt är det intressant att utreda nedsmutsningens temperaturberoende i förhållande till produktionen och rengöringen, för att hitta de ekonomiskt mest gynnsamma förhållandena. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Bucht, Josefin LU
supervisor
organization
course
KET920 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
wastewater treatment, fouling, membrane, kemiteknik, chemical engineering
language
English
id
5472891
date added to LUP
2015-06-16 09:12:48
date last changed
2015-06-18 14:04:26
@misc{5472891,
  abstract     = {One of many possible applications for membranes in industries is to separate valuable products from wastewater. However, usage of membranes inevitably leads to fouling. Fouling means that the treated solution affects the membrane and causes a permanent decrease of the permeate flux. That means that the membrane requires cleaning so that the flux can be restored and the full potential of the membrane can be utilized. Membrane cleaning can be performed by different methods, one of them being chemical cleaning. This master thesis aims to investigate which parameters that affect how the fouling takes place, as well as which parameters that affects the chemical cleaning of the fouled membranes. 
The experimental work has been performed by treating an ultrafiltration membrane with process water from a thermomechanical pulp mill. The experimental work consisted of two main parts, the fouling experiments and the cleaning experiments. The fouling experiments investigated the fouling influence of temperature, duration and concentration of the treated solution. The results from the experiments showed that the fouling is influenced by the temperature and that more severe fouling is achieved at higher temperatures. The cleaning experiments showed that the efficiency of a cleaning method is dependent on both the cleaning agent concentration and the cleaning time. Two cleaning agents, Ultrasil 10 and sodium hypochlorite, were used in the cleaning experiments. 
A conclusion that can be drawn from this work is that it would be interesting to investigate if the fouling in membrane plants could be reduced by using lower temperatures industrially. Less fouling would lead to a reduced need for chemical cleaning, which probably would increase the membrane lifetime as chemical cleaning often is the most damaging procedure that a membrane is subjected to. A lower temperature could lead to financial savings both by an increase of the membrane lifetime, but also as the operating time between the required cleaning can increase. However, a lower filtration temperature is negative from an economical perspective as the flux is lower at lower temperatures and the production will thus be more time consuming. A way of overcoming the reduced production pace could be to increase the membrane area.},
  author       = {Bucht, Josefin},
  keyword      = {wastewater treatment,fouling,membrane,kemiteknik,chemical engineering},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Fouling and Cleaning During Treatment of Thermomechanical Pulp Mill Process Water},
  year         = {2015},
}