След замърсяване на мембраната е необходимо почистване, за да се възстанови работата ѝ. Въпреки че методите за почистване, предложени от различните производители на мембрани, се различават, основният принцип е до голяма степен един и същ: премахване на замърсители от повърхността на мембраната и порите чрез физически, химични и биологични средства, като по този начин се възстановява потокът и селективността на мембраната. Тази статия систематично ще представи основните методи и показатели за ефективност на почистването на мембрани за професионалистите по пречистване на вода.
I. Преглед на методите за почистване на мембрани
Методите за почистване на мембрани обикновено могат да бъдат разделени на три категории: физическо почистване, химическо почистване и биологично почистване. Всеки има свои собствени характеристики и може да се използва самостоятелно или в комбинация.
1. Физическо почистване
Физическото почистване включва основно обратно промиване, хидравлично промиване, ултразвуково почистване и механично почистване. Тези методи разчитат на механично или хидравлично действие за отстраняване на замърсителите, полепнали по повърхността на мембраната. Те са не-химични методи, лесни за обработка, ниски разходи и причиняват минимални щети на материала на мембраната, което често ги прави предпочитан метод за почистване. Обичайните физически методи за почистване включват обратно промиване, промиване с ниско-налягане или високо-налягане и някои по-рядко срещани методи за физическо почистване, като ултразвуково почистване и почистване с електрическо поле.
Обратното промиване включва прилагане на обратно налягане, за да се принуди чиста вода в порите на мембраната от страната на пермеата, като се отстраняват замърсителите, полепнали по повърхността на мембраната и в порите. Този метод е особено ефективен за мембрани с кухи влакна, като ултрафилтрационни или нанофилтрационни мембрани с кухи влакна.
Промиването под ниско{0}}или високо{1}}налягане използва скоростта на страничния поток, за да въздейства върху повърхността на мембраната, премахвайки свободните отлагания.
Ултразвуковите вълни генерират кавитация в течности; микроструйните потоци, произведени при спукване на мехурчета, въздействат ефективно върху повърхността на мембраната, разхлабвайки и премахвайки замърсяващия слой. Този метод е подходящ за офлайн отстраняване на здраво прикрепени органични или колоидни замърсявания.
Почистването с електрическо поле прилага импулсни електрически полета към двата края на мембранния модул, като използва електроосмоза и електрохимични реакции за отстраняване на замърсителите. Това е нововъзникваща технология за регенериране на мембрани.
Физическото почистване е лесно за работа, евтино и екологично; обаче, неговата ефективност е ограничена за силно адхезивни слоеве от органична материя и неорганични котлен камък. Поради това често се използва заедно с химическо почистване.
2. Химическо почистване Химическото почистване е необходимо, когато физическото почистване е неефективно. Химическото почистване е процес, който използва химически агенти за разтваряне, комплексиране, окисляване или осапунване на замърсители вътре и извън порите на мембраната, причинявайки структурни промени или превръщане в разтворими вещества, като по този начин възстановява ефективността на мембраната. Въз основа на свойствата на използваните агенти, химическото почистване може да бъде разделено на следните категории:
(1) Измиване с киселина
Измиването с киселина се използва главно за отстраняване на неорганични котлен камък и замърсители от метални оксиди. Често използваните агенти включват солна киселина, азотна киселина, фосфорна киселина и лимонена киселина. Киселините могат да реагират с метални оксиди, за да образуват разтворими соли, като по този начин премахват отложения слой. Например солната киселина може ефективно да отстрани неорганичен котлен камък като калциев карбонат и железен хидроксид, докато лимонената киселина е по-нежна и подходяща за системи, чувствителни към мембранни материали.
(2) Алкално измиване
Алкалното измиване се използва главно за отстраняване на органични замърсители, мазнини и протеинови замърсители. Често използваните агенти включват NaOH, Na2CO3, Na3PO4 и EDTA. При алкални условия органичната материя може да бъде осапунена, протеините денатурирани или микробните флокули да се разложат. Например разтворът на NaOH може ефективно да премахне протеиновите замърсители.
(3) Окислително почистване
Окислителните почистващи агенти, като натриев хипохлорит, водороден прекис и пероцетна киселина, са силни окислители, които могат да окислят органичните замърсители до малки водо-разтворими молекули. Те намаляват адхезията на замърсителите чрез разрушаване на техните химични връзки, карбоксилни групи или аминогрупи. Те обикновено се използват за дезинфекция и отстраняване на органичен мембранен котлен камък, но трябва да се отбележи, че някои мембрани (като ароматни полиамидни мембрани за обратна осмоза) са чувствителни към оксиданти.
(4) Почистване с повърхностно активно вещество
Повърхностноактивни вещества, като Triton X-100 и натриев додецилбензен сулфонат (SDBS), могат да емулгират греси и протеини и да диспергират замърсители от прахови частици. Техният механизъм на действие е да намалят междинното напрежение, което прави замърсителите по-лесни за десорбиране. Почистването с повърхностно активни вещества е особено ефективно за системи за отпадъчни води, съдържащи мазнини, или системи за отпадъчни води от хранително-вкусовата промишленост.
(5) Комплексно почистване
Често използваните комплексообразуващи агенти, като етилендиаминтетраоцетна киселина (EDTA), могат да образуват стабилни комплекси с метални йони, разрушавайки структурата на неорганичния мащаб и по този начин премахвайки металните отлагания. Те често се използват в комбинация в системи с множество замърсители (като Ca²⁺-органична киселинна скала) за по-добри резултати. Успехът на химическото почистване е тясно свързан с концентрацията, температурата, времето и pH на почистващия разтвор. На практика често се използват множество почиствания с ниска-концентрация, за да се сведе до минимум увреждането на материала на мембраната.
3. Биологично почистване Биологичното почистване използва биокаталитичното действие на ензими или микроорганизми за разлагане на замърсители. Например, протеазите могат да разграждат протеинови замърсители, липазите могат да премахват мазнините, а целулазите могат да разграждат органичния мембранен котлен камък. Предимствата му са, че е мек, екологичен, не-токсичен и причинява минимално увреждане на структурата на мембраната; недостатъците му са по-висока цена и ограничена приложимост и често се използва като допълнение към химическото почистване.
II. Цялостен анализ и препоръки за инженерна практика
От гледна точка на инженерното приложение, изборът на стратегии за почистване на мембраната трябва да бъде изчерпателно определен въз основа на вида на замърсяването, характеристиките на материала на мембраната и условията на работа на системата.
Неорганично замърсяване с котлен камък: Предпочита се киселинно измиване + комплексообразуващ агент;
Органично и биологично замърсяване: Алкално измиване + повърхностно активно вещество;
Комбинирано замърсяване: Химическо почистване, последвано от физическо почистване или редуващи се методи на почистване;
Лесно окисляеми мембрани: Избягвайте използването на силни оксиданти.
По време на процеса на почистване температурата трябва да се контролира (обикновено 25–40 градуса), за да се увеличи скоростта на реакцията, като същевременно се предотврати повреда на мембраната. Освен това трябва да се обърне внимание на скоростта на циркулация и модела на потока на почистващия разтвор, за да се осигури ефективно срязване на химическите агенти върху повърхността на мембраната. Цялостното изплакване е от съществено значение след почистване, за да се предотврати вторично замърсяване от остатъчни агенти.
Резюме
Почистването на мембраната е решаваща стъпка в стабилната работа на системите за мембранно разделяне. Подходящият метод за почистване може не само ефективно да възстанови ефективността на мембраната, но и да удължи живота на мембраната и да намали експлоатационните разходи. Физическото почистване е просто и икономично, химическото почистване е цялостно и ефективно, а биологичното почистване е екологично. Чрез комбинирането на тези три метода може да се разработи цялостно и-рентабилно решение за почистване въз основа на характеристиките на замърсяването. В бъдеще, с подобрения в мембранните материали и развитието на почистващи технологии, ниската -консумация на химикали, автоматизираното управление и интелигентното почистване ще се превърнат в основна посока. За инженерите по пречистване на вода овладяването на механизмите и методите за оценка на почистването на мембраните е основен курс за подобряване на надеждността и икономичността на системата.