Puuperäisten biomassahydrolysaattien likaamien membraanien pesu

Tässä diplomityössä tutkittiin biomassahydrolysaatilla liattujen ultrasuodatusmembraanien pesua. Työn kirjallisuusosassa käsitellään membraanien likaantumista ja pesua, puuperäistä biomassahydrolysaattia sekä biomassahydrolysaatin suodatusta membraaneilla ja membraanien karakterisointia. Kokeellisessa osassa tutkittiin pesuaineiden vaikutusta koivuhydrolysaatilla liattujen membraanien peseytyvyyteen. Käytetyt ultrasuodatusmembraanit olivat Alfa Lavalin UFX5 ja ETNA01PP. Membraanien pesussa käytettiin Ecolabin entsymaattisia P3-ultrasil 53 ja P3-ultrasil 67 pesuaineita yhdessä emäksisen P3-ultrasil 69 pesuaineen kanssa sekä hapanta P3-ultrasil 75 pesuainetta. Lisäksi emäksisiä P3-ultrasil 110, P3-ultrasil 112 ja P3-ultrasil 115 pesuaineita. Emäksisten pesujen tehokkuutta vertailtiin pelkällä natriumhydroksidilla tehtyyn pesuun. Membraanien likaantumista arvioitiin mittaamalla puhtaan veden vuota ennen ja jälkeen likaantumissuodatuksen ja laskemalla niiden vuoarvojen erotus. Samalla tavalla arvioitiin pesuaineiden vaikutusta membraanin peseytyvyyteen. Lisäksi peseytyvyyttä arvioitiin FTIR–analyyseillä, kontaktikulmamittauksilla ja membraanin sisältämän ligniinin värjäyksellä. Tutkimuksissa havaittiin, että koivuhydrolysaatilla liatuille UFX5 membraaneille vesivuon sekä FTIR–spektrin muuttumisen perusteella sopii parhaiten emäksisen ja happaman pesuaineen kaksivaiheinen pesu. Kontaktikulman palautumisen perusteella parhaiten sopi pelkällä emäksisellä P3-Ultrasil 115 tehty pesu. Ligniiniä parhaiten, mikroskooppiin liitetyllä kameralla otettujen kuvien perusteella, poisti entsymaattinen P3-ultrasil 67, mutta tämä samalla modifioi membraanin pintaa. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että emäksinen ja entsymaattinen pesuaine pesevät melko hyvin koivuhydrolysaatilla liattuja membraaneja. Lisäksi havaittiin, että ligniini tunkeutuu suodatuksissa membraanin sisään, joten pelkkä pesuaineen kierrättäminen laitteistossa ei riitä vaan tarvitaan paineellista pesua.

Cleaning of membranes fouled with biomass hydrolyzates was studied in this Master thesis. Membrane fouling and cleaning, wood based biomass hydrolyzates and membrane filtration of biomass hydrolyzates and characterization of membranes were discussed in the literature part. Cleaning with different detergents and efficiency of detergents to membrane fouling with birch extract were studied in the experimental part. Alfa Laval´s UFX5 and ETNA01PP were the ultrafiltration membranes used in the experiments. Ecolab´s enzymatic P3-ultrasil 53 and P3-ultrasil 67 detergents were used in membrane cleaning. P3-ultrasil 67 was used with alkaline P3-ultrasil 69. Alkaline detergents were P3-ultrasil 110, P3-ultrasil 112 and P3-ultrasil 115. Also acidic P3-ultrasil 75 was used. The efficiency of alkaline detergents was compared to sodium hydroxide. The efficiency of fouling and cleaning were evaluated with water flux measurements. In addition, washability was evaluated by FTIR analysis, contact angle measurements and staining the membrane which contained lignin. The best cleaning agents to fouled UFX5 membrane based on the recovery of water flux and FTIR –spectrum were alkaline detergents used with acidic detergent in two step cleaning process. Based on the contact angle results the best cleaning agent was alkaline P3-ultrasil 115. In microscopy pictures it was seen that enzymatic P3-ultrasil 67 detergent was the only one which cleaned lignin from membrane but in the same time it modified the surface of membrane. It can be concluded that alkaline and enzymatic detergents have relatively good cleaning effect to membranes fouled with birch extracts. In addition, it was found that the lignin was pushed inside the membrane during the hydrolyzate filtration, and a simple detergent recycling over the membrane surface is not enough to clean the membrane. Therefore, a pressurized cleaning process is needed to clean hydrolyzate fouled membranes.