Tehnologija ultrafiltracije s svojo natančno zadrževalno zmogljivostjo 0,01-0,1 mikrona je postala glavni proces ločevanja membrane pri obdelavi vode, hrani in farmacevtskih izdelkih ter kemičnem ločevanju. Obraščanje membrane-adsorpcija, odlaganje in blokada kontaminantov na površini membrane/porah-je glavno ozko grlo, ki vodi do zmanjšanja pretoka, povečanega padca tlaka in skrajšane življenjske dobe v ultrafiltracijskih sistemih. Znanstveno ustrezna metoda čiščenja je ključnega pomena za ponovno vzpostavitev delovanja membrane in zagotavljanje dolgoročnega stabilnega delovanja sistema. Ta članek sistematično pregleduje glavne metode čiščenja ultrafiltracijske membrane, primerja glavne razlike v shemah čiščenja pri različnih postopkih čiščenja in pojasnjuje osnovno logiko, ki določa metodo čiščenja.
I. Glavne metode čiščenja ultrafiltracijske membrane in temeljna načela
Glavni cilj ultrafiltracijskega čiščenja membrane je čim bolj povečati odstranitev kontaminantov in obnoviti pretok membrane ter učinkovitost delovanja, ne da bi poškodovali strukturo membrane in zmogljivost zadrževanja. Običajno uporabljene metode čiščenja v industriji so razdeljene v dve glavni kategoriji: fizično čiščenje in kemično čiščenje. Ti dve metodi se pogosto uporabljata v kombinaciji za oblikovanje stopenjskega čistilnega sistema "fizičnega rutinskega vzdrževanja in kemične ciljne dekontaminacije."
(I) Fizično čiščenje
Fizično čiščenje je odvisno od fizičnih dejanj, kot so hidravlični tlak, mehanska sila in striženje zračnega toka, da se odstranijo onesnaževalci. Ne spremeni kemičnih lastnosti onesnaževalcev, ne pušča kemičnih ostankov in povzroči minimalno škodo na membrani. Je prednostna metoda za dnevno vzdrževanje ultrafiltracijskih sistemov in je primerna za preprečevanje in predhodno obdelavo blage kontaminacije.
1. Napredno izpiranje (desno pranje)
Z uporabo surove vode ali ultrafiltracijskega permeata kot vira splakovalne vode se vnese v membranski modul pri visoki hitrosti vzdolž običajne smeri filtracije. Strižna sila visoko{1}}hitrostnega vodnega toka s površine membrane izpere ohlapne suspendirane trdne snovi, koloidne onesnaževalce in ostanke koncentrata. Delovni pretok je običajno 1,2-1,5-kratnik običajnega pretoka filtracije, čas izpiranja pa je 1–5 minut. Večinoma se uporablja za rutinsko vzdrževanje po filtraciji in za izpiranje cevovodov pred zagonom/zaustavitvijo sistema. Delovanje je preprosto, ne zahteva zaustavitve sistema in učinkovito zadrži odlaganje onesnaževal.
2. Povratno izpiranje (povratno izpiranje)
Najbolj temeljna in pogosto uporabljena metoda fizičnega čiščenja za ultrafiltracijo. Z uporabo čistega ultrafiltracijskega permeata kot vodnega vira je voda pod pritiskom in črpana s strani permeata membrane proti strani napajalne vode. Ta povratni vodni tok prodre v pore membrane, razprši blokade in plast filtrirne pogače, ki nastane na površini membrane. Običajni delovni tlak je nadzorovan pri 0,1–0,2 MPa, pretok je 1,5–2-krat večji od običajne hitrosti pretoka permeata, vsako povratno izpiranje pa traja od 30 sekund do 3 minute, običajno se izvaja vsakih 30–120 minut delovanja. Pri ultrafiltracijskih membranah iz votlih vlaken povratno pranje omogoča tudi, da se membranska vlakna popolnoma razširijo, kar zmanjša mrtve cone blokade znotraj vlaken.
3. Kombinirano povratno pranje zraka-vode
Med povratnim izpiranjem se v membranski modul dovaja stisnjen zrak. Z nihanjem in turbulentnim strižnim delovanjem zračnih mehurčkov se močno oprijemljiva organska onesnaževala, koloidi in biološka sluz na površini membrane močno odluščijo. Učinek čiščenja je veliko boljši od preprostega hidravličnega izpiranja. Običajni vstopni tlak je nadzorovan pri 0,1–0,15 MPa, stopnja pretoka zraka je 1–3-krat večja od stopnje pretoka vstopne vode, čas čiščenja pa je 2–5 minut. Posebej je primeren za ultrafiltracijske membrane z zunanjimi tlačnimi votlimi vlakni in je standardna fizična metoda čiščenja komunalnih odplak in procesov čiščenja odpadne vode z visoko vsebnostjo suspendiranih trdnih snovi.
4. Druge fizične metode čiščenja
Vključno z izobaričnim splakovanjem (zapiranje vodnega ventila izdelka, popolno odpiranje ventila za koncentrat in splakovanje pri 3-kratni normalni stopnji pretoka, brez transmembranske razlike v tlaku, odvisno samo od strižne sile za odstranjevanje kontaminantov), visoko{1}}vodno splakovanje (večinoma se uporablja za cevaste membrane, 5-8 MPa-voda pod visokim{4}}tlakom se uporablja za povratno izpiranje trdovratnih plasti vodnega kamna in gela v pretočnem kanalu), mehansko čiščenje z gobasto kroglico (uporabno le za cevaste membrane velikega premera, z uporabo gobastih kroglic za strganje kontaminantov na površini membrane) in ultrazvočno čiščenje (večinoma se uporablja za majhne membranske module v laboratorijih, z manjšo uporabo v industrijskih scenarijih).
(II) Kemično čiščenje
Kadar fizično čiščenje ne more učinkovito obnoviti pretoka membrane (ponavadi upad pretoka preseže 10 % in razlika v transmembranskem tlaku se znatno poveča), je potrebno kemično čiščenje. Njegovo osrednje načelo je temeljito odstranjevanje trdovratnih onesnaževalcev, ki jih fizično čiščenje ne more odstraniti s kemičnimi reakcijami, kot so raztapljanje, oksidacija, razgradnja, kelacija in emulgiranje med kemičnimi sredstvi in onesnaževalci. Razdeljeno je v dve kategoriji: spletno kemično čiščenje in kemično čiščenje brez povezave.
1. Pogosto uporabljena kemična čistilna sredstva in scenariji ciljne uporabe
Bistvo kemičnega čiščenja je "izbira pravega zdravila za pravo bolezen." Različne vrste onesnaževal ustrezajo posebnim sistemom čistilnih sredstev. Osnovna čistilna sredstva, ki se običajno uporabljajo v industriji, so razdeljena v štiri kategorije:
- Kisla čistilna sredstva: Običajno se uporabljajo citronska kislina, klorovodikova kislina, oksalna kislina, dušikova kislina itd. Uporabljajo se predvsem za odstranjevanje anorganskih onesnaževal, ki se nabirajo, vključno s kalcijevim karbonatom, kalcijevim sulfatom in drugimi oborinami kalcijevih in magnezijevih soli, železovimi in manganovimi oksidi ter kovinskimi hidroksidi. Raztapljajo anorganske solne oborine z znižanjem pH vrednosti, hkrati pa kelirajo kovinske ione. Običajno kislo pranje ohranja pH 2-3, s kroženjem + časom namakanja 30-120 minut.
- Alkalna čistilna sredstva: običajno se uporabljajo natrijev hidroksid, ki se pogosto uporablja v povezavi s površinsko aktivnimi snovmi, EDTA in drugimi kelatnimi sredstvi. Uporabljajo se predvsem za razgradnjo in odstranjevanje organskih snovi, maščob, beljakovin, mikrobnih koloidov in drugih onesnaževalcev.
- Alkalna čistilna sredstva: ta sredstva razgradijo strukturo organske snovi in razpršijo koloidna onesnaževala s saponifikacijo in emulzifikacijo. Redno alkalno pranje s pH 11-12 in temperaturo 25-40 stopinj bistveno izboljša učinkovitost čiščenja.
- Oksidativna čistilna sredstva: običajno se uporabljata natrijev hipoklorit in vodikov peroksid. Njihova glavna funkcija je ubijanje in odstranjevanje biofilmov, ki jih tvorijo mikroorganizmi, bakterije in alge, hkrati pa oksidirajo in razgrajujejo velike organske molekule, kot so huminske kisline. So najpogosteje uporabljena baktericidna in čistilna sredstva pri čiščenju vode. Uporabljena koncentracija se prilagodi glede na material membrane. Membrane PVDF lahko prenesejo največjo koncentracijo 3000 ppm, medtem ko morajo biti membrane PES/PS strogo nadzorovane pod 500 ppm.
- Encimska čistilna sredstva: pogosto uporabljene so proteaze, amilaze in celulaze. Ta sredstva posebej razgrajujejo velike biološke molekule, kot so beljakovine in polisaharidi. Niso -jedki, ne puščajo kemičnih ostankov in ne povzročajo sekundarnega onesnaženja. Posebej so primerni za postopke ultrafiltracije v proizvodnji hrane in pijač ter farmacevtski proizvodnji, kjer veljajo stroge zahteve glede kemičnih ostankov, s čimer se prepreči poškodba materiala membrane zaradi močnih kemikalij in zagotovi varnost izdelka.
2. V -linijskem vbrizgavanju kemikalij (CIP)
Kemično čiščenje v- liniji ne zahteva razstavljanja membranskih modulov. Kroženje kemikalij, namakanje in izpiranje so zaključeni znotraj obstoječega sistema. Primerno za zmerno onesnažena območja, razdeljeno v dve kategoriji:
- Vzdrževalno kemično vbrizgavanje (CEB): Nizka koncentracija čistilnega sredstva (npr. 50-200 ppm natrijevega hipoklorita, 0,5 % citronske kisline) se doda dnevni vodi za povratno izpiranje za kratkotrajno kroženje in izpiranje. To se izvaja pogosteje (1-2 krat na dan). Njegova glavna naloga je preprečiti nadaljnje umazanje in odložiti potrebo po intenzivnem čiščenju.
- Intenzivno kemično vbrizgavanje: uporabljena je višja koncentracija čistilnega sredstva. Za globinsko odstranjevanje trdovratnih onesnaževalcev se uporablja model "kroženje z nizkim{2}}pretokom + statično namakanje + recirkulacija". To se običajno izvaja vsake 1-4 tedne, pri čemer vsaka seja čiščenja traja 2-8 ur. Za kompleksno umazanijo je standardno zaporedje čiščenja v industriji: "najprej alkalno pranje + oksidacija za odstranitev organskih in bioloških onesnaževalcev, nato kislo pranje za odstranitev anorganskega kamna in končno izpiranje s čisto vodo do nevtralnega stanja," da preprečimo, da kislinsko-bazična nevtralizacija vpliva na učinek čiščenja.
3. Kemično čiščenje brez povezave
Ko upad membranskega pretoka preseže 30 % in se razlika v transmembranskem tlaku podvoji, spletno čiščenje ne zadostuje več za doseganje želenih rezultatov, zato je potrebno čiščenje brez povezave. Ta metoda vključuje popolno razstavljanje membranskega modula iz sistema in prenos v namenski čistilni rezervoar. Globinsko čiščenje se nato izvede s -kemijsko potopitvijo visoke koncentracije, kroženjem in ultrazvočno pomočjo. Njegove prednosti vključujejo možnost prilagajanja kemične formulacije, temeljito čiščenje brez mrtvih točk in preprečevanje korozije črpalk, cevovodov in ventilov zaradi visoko-koncentriranih kemikalij. Pogosto se uporablja za popravilo močno umazanih ali luščenih membranskih modulov.
II. Glavne razlike v metodah čiščenja ultrafiltracijske membrane pri različnih postopkih obdelave
Ultrafiltracijske membrane se uporabljajo v številnih aplikacijah, od gospodinjske pitne vode do kompleksnega čiščenja industrijskih odpadnih voda, od koncentracije živilskih materialov do farmacevtskega čiščenja. Različni postopki čiščenja imajo močno različno kakovost dotočne vode, vrste onesnaževal, pogoje delovanja in zahteve glede skladnosti odplak. Zato se ustrezne metode čiščenja, izbira reagenta, pogostost čiščenja in intenzivnost čiščenja bistveno razlikujejo. Glavne razlike je mogoče razvrstiti v pet tipičnih scenarijev:
(I) Postopki čiščenja pitne vode/komunalne oskrbe z vodo
Vpliv za ta proces je površinska voda ali podtalnica z relativno stabilno kakovostjo vode in nizkimi koncentracijami onesnaževal. Glavna onesnaževala so naravne organske snovi, koloidi, mikroorganizmi in majhna količina suspendiranih trdnih snovi. Umazanija membrane je predvsem blaga organska in biološka umazanija z zelo malo hudih anorganskih lusk.
- Osnovna logika čiščenja: Fizično čiščenje je osnovna metoda s strogim nadzorom nad uporabo kemičnih sredstev, da se izognemo ostankom kemikalij v pitni vodi.
- Posebne razlike: pri rutinskem čiščenju se v prvi vrsti uporablja "zračno-vodno povratno pranje," s povratnim ciklom povratnega pranja 30-60 minut; izvajamo dnevno vzdrževalno čiščenje z-natrijevim hipokloritom nizke koncentracije, ob strogem nadzoru koncentracije sredstva; mesečno je potrebno samo eno okrepljeno kemično čiščenje, predvsem z uporabo "alkalnega pranja + natrijevega hipoklorita," s kratkotrajnim kislim pranjem, ki se doda le, ko se pojavi anorganski vodni kamen; Čiščenje brez povezave se skoraj nikoli ne uporablja, le obnovitveno čiščenje se izvaja ob koncu življenjske dobe membranskega modula.
(II) Čiščenje komunalne odpadne vode/Postopek ponovne uporabe predelane vode
Vpliv v ta proces je sekundarni iztok iz komunalne čistilne naprave. Onesnaževala večinoma sestavljajo ostanki organske snovi, mikrobni presnovki, koloidi, majhne količine fosforja in suspendirane trdne snovi z zmerno stopnjo onesnaženosti. Nagnjen je k biološkemu in koloidnemu obraščanju, anorganski vodni kamen pa se verjetno pojavi v pogojih ponovne uporabe predelane vode z visoko-stopnjo-izkoristka.
- Osnovna logika čiščenja: poudarek je na fizičnem in kemičnem čiščenju, z-visokofrekvenčnim nadzorom onesnaževanja za prilagajanje značilnostim onesnaženosti biološke odpadne vode.
- Posebne razlike: pri fizičnem čiščenju se običajno uporablja "zračno{1}}čiščenje z vodo + povratno pranje," pri čemer je cikel povratnega pranja skrajšan na 20-60 minut, intenzivnost čiščenja pa višja kot pri postopkih z napajalno vodo. Izvaja se dnevno vzdrževalno čiščenje z natrijevim hipokloritom, ki mu sledi intenzivno kemično čiščenje vsakih 1-2 tedna. "Alkalno pranje + oksidacija" je primarna metoda, ki jo dopolnjuje redno kislinsko pranje za odstranitev ostankov fosfatnega kamna in onesnaževal kovinskega hidroksida iz biokemičnih procesov. Sistemi ponovne uporabe z visokim izkoristkom zahtevajo dodatno skrajšanje cikla čiščenja, da se prepreči nepopravljiva kontaminacija zaradi koncentracije onesnaževal na strani koncentrata.
(III) Postopki čiščenja industrijskih odpadnih voda (predstavljajo jih odpadne vode iz razžveplanja elektrarn, odpadne vode pri barvanju in tiskanju ter kemične odpadne vode)
Vplivna kakovost vode za to vrsto procesa je zapletena, na splošno značilna visoka slanost, visoka trdota, visoka KPK in visoka količina suspendiranih trdnih snovi. Onesnaževala vključujejo težke kovine, silicijev dioksid, neposlušne organske snovi, olja, barvila itd. Obraščanje membrane je hitro in hudo, kar zlahka privede do nepopravljivega umazanije, zaradi česar je najzahtevnejši scenarij za ultrafiltracijsko čiščenje.
- Osnovna logika čiščenja: Kemično čiščenje je glavna metoda, fizično čiščenje je pomožna metoda, visokofrekvenčno in visoko intenzivno čiščenje se uporablja za obravnavo kompleksnega onesnaženja, čiščenje brez povezave pa se uporablja, kadar je potrebno, da se prepreči odpad membranskih modulov.
- Posebne razlike: fizično čiščenje se uporablja le kot dnevna pomožna metoda, cikel povratnega izpiranja je skrajšan na 15–30 minut, intenzivnost čiščenja zraka pa je močno izboljšana; okrepljeno kemično čiščenje se izvaja enkrat tedensko, rutinska metoda pa je uporaba "kislinskega pranja + alkalnega pranja + oksidacije" za čiščenje v izmeničnih korakih, koncentracija sredstva pa je veliko višja kot pri čiščenju komunalne vode; posebna čistilna sredstva so potrebna za posebna onesnaževala, kot je dodajanje amonijevega fluorida za onesnaženje s silicijem v odpadni vodi pri razžveplanju in dodajanje posebnih površinsko aktivnih snovi za odstranjevanje barvil in olj v odpadni vodi pri barvanju in tiskanju; ko membranski tok upade za več kot 30 %, jo je treba takoj razstaviti za globinsko čiščenje brez povezave, da se prepreči nastanek nepopravljivega onesnaženja zaradi sušenja onesnaževal.
(IV) Proces proizvodnje hrane in pijače/farmacevtskih izdelkov
Ta proces obravnava materiale, kot so mlečni izdelki, sadni sok, ekstrakti kitajske medicine in fermentacijske tekočine. Onesnaževala so predvsem biološke makromolekule, kot so beljakovine, polisaharidi in škrobi. Glavna zahteva je absolutno izogibanje ostankom sredstev, zagotavljanje varnosti izdelkov in hkrati izogibanje poškodbam materiala membrane z močnimi sredstvi. - Logika čiščenja jedra: nežno čiščenje je primarna metoda; uporaba strupenih, škodljivih ali hitro zaostalih močnih sredstev je strogo prepovedana. Čiščenje je sinhronizirano s serijsko proizvodnjo, da preprečimo izsušitev kontaminantov.
- Posebne razlike: fizično čiščenje uporablja predhodno spiranje s toplo vodo + povratno spiranje, ki se izvede takoj po vsaki proizvodni seriji, da se odstranijo ohlapne beljakovine in polisaharidne kontaminante; kemično čiščenje večinoma uporablja nizko-koncentracijo NaOH v kombinaciji z encimskimi čistilnimi sredstvi za specifično razgradnjo bioloških makromolekul, pri čemer se izognemo denaturaciji beljakovin in obarjanju, ki ju povzročijo močna sredstva; uporaba visoko{3}}koncentriranih močnih oksidantov, fluorovodikove kisline in drugih strupenih čistilnih sredstev je strogo prepovedana, čiščenje z močno kislino pa se redko uporablja; po čiščenju je treba izvesti strogo izpiranje z vodo ter preverjanje sterilnosti in ostankov, da se zagotovi skladnost s standardi varnosti hrane in farmacevtskih izdelkov.
(V) Posebno ločevanje materiala in posebni membranski postopki
Poleg konvencionalne obdelave vode ter uporabe v hrani in farmacevtskih izdelkih se ultrafiltracijske membrane pogosto uporabljajo pri ločevanju olja-vode, koncentraciji polimerov in posebnih postopkih ločevanja. Onesnaževalci v teh procesih so predvsem olja, polimeri in hidrofobne organske spojine, kar vodi do znatnih razlik v metodah čiščenja: fizično čiščenje uporablja izpiranje z vročo vodo pri visoki-temperaturi za izboljšanje raztapljanja in odstranjevanja oljnih onesnaževalcev; kemično čiščenje uporablja predvsem specializirana sredstva za razmaščevanje in neionske površinsko aktivne snovi v kombinaciji z blagim alkalnim pranjem in strogo prepoveduje uporabo visoko polarnih sredstev, ki bi lahko poškodovala učinkovitost ločevanja membrane; za postopke posebnega ločevanja s cevasto membrano se lahko -izpiranje z vodo pod visokim pritiskom v kombinaciji z mehanskim čiščenjem uporabi za obravnavanje močno onesnaženih materialov z visokimi koncentracijami.
III. Ključni dejavniki, ki določajo metode čiščenja ultrafiltracijske membrane
Za ultrafiltracijske membrane ne obstaja nobena rešitev za čiščenje, ki bi ustrezala-vsem-. Izbira katere koli metode čiščenja zahteva celovito presojo in prilagojeno zasnovo, ki temelji na več dejavnikih. Pet ključnih dejavnikov ima odločilno vlogo in ti dejavniki medsebojno delujejo ter skupaj tvorijo osnovno logiko zasnove čistilne rešitve.
(I) Membranski material in zgradba membranskega modula
To je osnovni pogoj za izbiro metode čiščenja, neposredno določanje nabora čistilnih sredstev, intenzivnost čiščenja in združljivost s fizičnimi metodami čiščenja. To je rdeča črta za vse načrte čistilne sheme; kršitev te črte bo povzročila nepopravljivo poškodbo strukture membrane.
- Kemična odpornost membranskih materialov: Različni membranski materiali kažejo zelo različno odpornost na kisline, alkalije, oksidacijo in temperature. Keramične ultrafiltracijske membrane imajo tolerančno območje pH 0-14, so odporne na močne kisline in alkalije, močne oksidante in visoke temperature ter jih je mogoče čistiti z izmeničnimi visoko-koncentriranimi kislinami in alkalijami ali celo z visoko-temperaturnim izboljšanim čiščenjem. Med organskimi membranami je PVDF (poliviniliden fluorid) zelo odporen na kisline in alkalije ter ima močno odpornost proti oksidaciji, zaradi česar je glavni material na področju obdelave vode. Združljivo je z običajnimi kislinskimi in alkalnimi čistilnimi sredstvi ter natrijevim hipokloritom. PES (polietersulfon) in PS (polisulfon) imata dobro alkalno odpornost, vendar je njuna odpornost proti kloru precej šibkejša kot pri PVDF. Koncentracijo in kontaktni čas natrijevega hipoklorita je treba strogo nadzorovati. PAN (poliakrilonitril) in CA (celulozni acetat) imata slabo kislinsko in alkalno odpornost ter odpornost proti oksidaciji. Visoko{13}}koncentrirane kisline in alkalije ter močni oksidanti so strogo prepovedani. Uporabljate lahko le blaga čistilna sredstva in metode čiščenja z nizko intenzivnostjo.
- Prilagodljivost strukture membranskega modula: razlike v zasnovi pretočnega kanala med votlimi vlakni (notranji tlak/zunanji tlak), spiralno navitimi in cevastimi membranami neposredno določajo izbiro metode fizičnega čiščenja. Zunanje tlačne membrane iz votlih vlaken so primerne za čiščenje z zrakom in vodo, medtem ko so notranje tlačne membrane bolj primerne za -hitro izpiranje naprej in povratno pranje; cevaste membrane imajo široke pretočne kanale in jih je mogoče izpirati z visoko-tlačno vodo in mehansko čistiti z gobastimi kroglicami, medtem ko imajo spiralno navite membrane ozke pretočne kanale in jih je strogo prepovedano mehansko čiščenje, zanašajo se le na hidravlično in kemično čiščenje, in imajo višje zahteve glede disperzibilnosti sredstev, da se prepreči čiščenje mrtvih kotov.
(II) Vrste in stopnje onesnaževal
To je temeljna osnova za izbiro vrste čistilnega sredstva in postopka čiščenja, ki neposredno določa ciljno usmerjenost in učinkovitost čiščenja. »Izbira pravega sredstva za pravo stanje« je ključ do uspešnega čiščenja.
- Vrste onesnaževal: Različna onesnaževala ustrezajo popolnoma različnim čistilnim rešitvam. Anorganski kamen (kalcijeve in magnezijeve soli, železovi in manganovi oksidi) je potrebno očistiti s kislimi čistilnimi sredstvi; organske onesnaževalce (huminske kisline, maščobe, beljakovine) je potrebno očistiti z alkalnimi čistilnimi sredstvi + površinsko aktivne snovi/encimi; biološko onesnaženje (bakterije, biofilm) je treba očistiti z oksidacijskimi čistili + alkalno čiščenje; onesnaženje z vodnim kamnom s silicijevim dioksidom zahteva visoko{4}}alkalno čiščenje ali posebna čistila-na osnovi fluora. Če je prisotna kompleksna kontaminacija, je treba zaporedje čiščenja strogo nadzorovati. Najprej je treba odstraniti organske in biološke onesnaževalce, čemur sledi raztapljanje anorganskega kamna, da preprečimo, da bi onesnaževalci reagirali in tvorili več onesnaževal.
Snovi,-{1}}ki jih je težko odstraniti.
- Stopnja umazanije: neposredno določa intenzivnost in vrsto metode čiščenja. Blago obraščanje (zmanjšanje pretoka<10%, slight increase in transmembrane pressure difference) only requires optimization of physical backwashing parameters, combined with low-concentration maintenance chemical cleaning; moderate fouling (flux reduction 10%-30%, significant increase in transmembrane pressure difference) requires initiating enhanced online chemical cleaning, adjusting the reagent formulation, concentration, and soaking time; severe fouling (flux reduction >30 %, razlika delovnega tlaka se podvoji, spletno čiščenje je neučinkovito), zahteva globinsko čiščenje brez povezave, da se prepreči neprekinjeno hudo umazanje, ki vodi do trajne okvare membranskega modula.
(III) Pogoji delovanja in sistemska zasnova procesa obdelave
Delovni parametri, način filtracije in zasnova predhodne obdelave ultrafiltracijskega sistema neposredno vplivajo na hitrost nastajanja, vrsto in porazdelitev membranskih umazanij, s čimer določajo pogostost čiščenja, cikel čiščenja in intenzivnost čiščenja.
- Načini filtracije in parametri delovanja: V načinu-filtracije s prečnim-tokom visoko{2}}vodni tok na strani koncentrata neprekinjeno izpira površino membrane, kar ima za posledico manjše odlaganje onesnaževal in nižjo pogostost čiščenja. V slepem-načinu filtracije se vsi onesnaževalci ujamejo na površino membrane, kar vodi do hitrega umazanije in zahteva znatno povečano pogostost čiščenja. Poleg tega visoki-tok, visoka-hitrost-obnavljanja in visoki-tlačni delovni pogoji poslabšajo koncentracijsko polarizacijo in adsorpcijo onesnaževal, kar vodi do hitrejšega in močnejšega umazanije membrane, kar zahteva znatno krajši cikel čiščenja in večjo intenzivnost čiščenja. Nasprotno pa se lahko v blažjih delovnih pogojih z nizkim pretokom in nizkimi stopnjami obnovitve pogostost čiščenja znatno zmanjša.
- Zasnova predhodne obdelave: sistemi z obsežno predhodno obdelavo (kot so koagulacijska sedimentacija, več-filtracija z več mediji in varnostna filtracija) občutno zmanjšajo dotočne suspendirane trdne snovi in koncentracije koloida, kar ima za posledico blago umazanijo membrane in zahteva le rutinsko čiščenje za stabilno delovanje. Sistemi brez predhodne obdelave in z visoko obremenitvijo dotoka onesnaževal so zelo dovzetni za hitro in močno umazanijo, ki zahteva pogosto intenzivno čiščenje ali celo občasno čiščenje brez povezave.
(IV) Skladnost in varnostne zahteve za scenarije uporabe
Različni industrijski standardi za odpadne vode in predpisi o varnosti izdelkov neposredno omejujejo vrste, koncentracije in metode uporabe čistilnih sredstev, kar predstavlja obvezno rdečo črto skladnosti pri načrtovanju čistilne raztopine.
- V industriji pitne vode, živilski in farmacevtski industriji je strogo prepovedana uporaba strupenih, škodljivih in -ostankov nagnjenih čistilnih sredstev, kot so visoko-koncentrirana klorovodikova kislina, fluorovodikova kislina in razkužila s težkimi kovinami. Prednost je treba dati -čistilnim sredstvom za živila, s strogim nadzorom nad koncentracijo sredstva in časom stika. Po čiščenju sta nujna temeljito izpiranje in testiranje ostankov, da ne bi vplivali na varnost izdelka in standarde kakovosti vode.
- V industriji čiščenja industrijskih odpadnih voda ni strogih omejitev glede ostankov sredstva. Sredstva z visoko-koncentracijo in posebna čistilna sredstva lahko izberete glede na stopnjo onesnaženosti. Glavni cilj je popolnoma obnoviti delovanje membrane, pri čemer je treba upoštevati tudi obdelavo čistilne odpadne vode, da preprečimo, da bi izpust sredstva presegel okoljske standarde.
(V) Stroški delovanja in vzdrževanja ter zahteve glede življenjske dobe membranskega modula
Pri izbiri metod čiščenja je treba na koncu uravnotežiti učinkovitost čiščenja, stroške delovanja in vzdrževanja ter celotno življenjsko dobo membranskih modulov.
- Spletno čiščenje je preprosto za uporabo, ne zahteva izpadov in ima nizke stroške dela in kemikalij, zaradi česar je najprimernejša izbira za rutinsko vzdrževanje. Vendar pa je njegov čistilni učinek omejen v primerih močne umazanije. Čiščenje brez povezave ponuja dobre rezultate, vendar zahteva razstavljanje komponent in zaustavitev, kar povzroča visoke stroške dela in kemikalij. Pogosto čiščenje brez povezave lahko tudi pospeši staranje membrane in skrajša njeno življenjsko dobo.
- Močni oksidanti in kislinska/alkalna čistilna sredstva z visoko-koncentracijo so učinkoviti, vendar lahko dolgotrajna-visoko{3}}frekvenčna uporaba pospeši razgradnjo membrane in poškoduje zadrževalno plast ter skrajša življenjsko dobo membrane. Zato je industrijsko-standardno načelo »fizično čiščenje kot primarna metoda, dopolnjeno s kemičnim čiščenjem«. Ob zagotavljanju učinkovitosti čiščenja je treba čim bolj zmanjšati pogostost in koncentracijo kemičnih sredstev, da se poveča življenjska doba membranskega modula in zmanjšajo skupni stroški vzdrževanja življenjske dobe.
Zaključek
Čiščenje in vzdrževanje ultrafiltracijske membrane je sistematičen projekt, ki usklajuje ciljanje, prilagodljivost in varnost. Različni postopki čiščenja zahtevajo bistveno različne metode čiščenja zaradi razlik v kakovosti vode, onesnaževalcev, delovnih pogojev in zahtev glede skladnosti. Končno izbiro metode čiščenja določa pet ključnih dejavnikov: material in struktura membrane, značilnosti onesnaževalcev, pogoji delovanja, zahteve glede skladnosti in nadzor stroškov.
Pri dejanskem delovanju in vzdrževanju ni enotne, nespremenljive čistilne rešitve. Parametre in načrte čiščenja je treba dinamično prilagajati na-dejavnih podatkih membranskega sistema v realnem času, redni analizi vrste in stopnje umazanije ter optimizaciji stroškov delovanja in vzdrževanja, da se dosežejo glavni cilji maksimiranja učinkovitosti čiščenja, zmanjšanja poškodb membrane ter optimizacije stroškov delovanja in vzdrževanja, s čimer se zagotovi-dolgoročno stabilno in učinkovito delovanje ultrafiltracijskega sistema.