Ceramic microfiltration membrane design towards oil removal in metal industry wastewater streams

Abstract

Increasing water scarcity is an important threat to the whole world. The use of too much water during the production processes and the insufficient level of reuse of this water and the increasing quantities of oil containing waste generated in many industrial activities cause dangerous consequences for the environment. Highly concentrated oil-inwater emulsions are very harmful for aquatic life, soil, atmosphere and human health. Traditional treatment methods are not effective in the removal of emulsified oil droplets which have less than 20 µm of droplet size. Ceramic micro/ultrafiltration membranes have been explored and developed in recent years due to their superior advantages in oil containing water treatment/purification. The aim of this MSc study was to produce tubular ceramic supports and microfiltration membranes for the removal of oil from stable oil in water emulsions used as metal cutting fluids. The prepared metal cutting fluids were fed to the crossflow filtration system and the effects of experimental parameters such as transmembrane pressure (TMP), crossflow velocity (CFV) and oil content on membrane performance/permeate flux were investigated. The single/double layered coatings on the support surfaces were formed in the preparation of the microfiltration membranes by using stable 0.4 µm α-alumina suspensions. The 1 layer and 2 layers containing microfiltration membranes were heavily fouled and very low permeate fluxes were obtained in an hour of treatment. This was attributed to the formation of a thin oil layer on the microfiltration membrane surfaces. The reduction of the total suspended solids (TSS) and turbidity were determined as ~100 %. A stable permeate flux with a lower extent of membrane fouling and concentration polarization was obtained with 1% oil content and the support membrane and TMP=2 bars.

Artan su kıtlığı tüm dünya için bir tehdit oluşturmaktadır. Sanayide aşırı su kullanımı, yetersiz geri dönüşüm ve yüksek yağ konsantrasyonlu su atıkları çevre için tehlikeli sonuçlar doğurmaktadır. Yüksek yağ konsantrasyonlu su emilsiyonları su yaşamı, toprak, atmosfer, insan sağlığı için oldukça tehlikelidir. 20 µm ve altı boyutta küçük yağ parçacıklarını uzaklaştırmak için kullanılan geleneksel metotlar yeterince verimli olmamaktadır. Son yıllarda, yağlı su arıtımındaki avantajlarından dolayı seramik mikro/ultrafiltrasyon membranları keşfedilmiş ve geliştirilmiştir. Bu yüksek lisans tezinin amacı seramik destekli boru şeklindeki membran üretimini ve mikrofiltrasyonunu çalışmaktır. Hazırlanan metal kesme sıvısı çapraz akım filtrasyon sistemiyle beslenmiş ve transmembran basıncı, çapraz akım hızı ve yağ içeriği gibi deneysel parametreler incelenmiştir. Destek katmanı üzerindeki tek ve çift katlı kaplamalar 0,4 µm α-alumina kullanılarak hazırlanmıştır. 1 saat süreli deneyde MF membranının 1 katmanı ve 2 katmanı tıkanma ve düşük süzüntü akışı gözlenmiştir. Toplam askıda katı madde ve bulanıklığın azalması %100 olarak belirlendi. Düşük membran tıkanıklığına sahip sabit süzüntü akımı ve konsantrasyondaki polarizasyon %1 yağ içeriğine sahip destek membranda elde edilmiştir ve ve transmembran basıncı 2 bar olarak bulunmuştur.