Ultrafiltravimo technologija, kurios tikslus sulaikymo pajėgumas yra 0,01{2}}0,1 mikrono, tapo pagrindiniu membranų atskyrimo procesu vandens valymo, maisto ir vaistų bei cheminio atskyrimo srityse. Membranos užteršimas-teršalų adsorbcija, nusėdimas ir užsikimšimas ant membranos paviršiaus / porų-yra pagrindinė kliūtis, dėl kurios sumažėja srautas, padidėja slėgio kritimas ir sutrumpėja ultrafiltravimo sistemų eksploatavimo trukmė. Moksliškai tinkamas valymo metodas yra labai svarbus norint atkurti membranos veikimą ir užtikrinti ilgalaikį stabilų sistemos veikimą. Šiame straipsnyje sistemingai apžvelgiami pagrindiniai ultrafiltravimo membranų valymo metodai, palyginami pagrindiniai valymo schemų skirtumai taikant skirtingus apdorojimo procesus ir paaiškinama pagrindinė logika, lemianti valymo metodą.
I. Pagrindiniai ultrafiltracijos membranos valymo metodai ir pagrindiniai principai
Pagrindinis ultrafiltravimo membranos valymo tikslas yra maksimaliai pašalinti teršalus ir atkurti membranos srautą bei veikimo efektyvumą nepažeidžiant membranos struktūros ir sulaikymo savybių. Pramonėje dažniausiai naudojami valymo metodai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: fizinį valymą ir cheminį valymą. Šie du metodai dažnai naudojami kartu, kad būtų sukurta pakopinė valymo sistema, apimanti „fizinę įprastinę priežiūrą ir cheminį tikslinį nukenksminimą“.
(I) Fizinis valymas
Fizinis valymas priklauso nuo fizinių veiksmų, tokių kaip hidraulinis slėgis, mechaninė jėga ir oro srauto kirpimas, siekiant pašalinti teršalus. Jis nekeičia cheminių teršalų savybių, nepalieka cheminių likučių ir minimaliai pažeidžia membraną. Tai yra tinkamiausias būdas kasdieninei ultrafiltravimo sistemų priežiūrai ir yra tinkamas lengvo užteršimo prevencijai ir išankstiniam apdorojimui.
1. Skalavimas į priekį (dešinysis plovimas)
Naudojant žaliavinį vandenį arba ultrafiltravimo permeatą kaip praplovimo vandens šaltinį, jis į membraninį modulį įvedamas dideliu greičiu įprasta filtravimo kryptimi. Didelio-greičio vandens srauto kirpimo jėga nuplauna nuo membranos paviršiaus laisvas suspenduotas medžiagas, koloidinius teršalus ir koncentratų likučius. Darbinis srautas paprastai yra 1,2-1,5 karto didesnis už įprastą filtravimo srautą, o praplovimo laikas yra 1–5 minutės. Jis dažniausiai naudojamas įprastinei priežiūrai po filtravimo ir vamzdynų plovimui prieš paleidžiant / išjungiant sistemą. Veiksmas paprastas, nereikia išjungti sistemos ir veiksmingai atitolina teršalų nusėdimą.
2. Atbulinis plovimas (atvirkštinis plovimas)
Pats pagrindinis ir dažniausiai naudojamas fizinio valymo metodas ultrafiltravimui. Kaip vandens šaltinį naudojant švarų ultrafiltravimo permeatą, vanduo yra suslėgtas ir pumpuojamas iš membranos permeato pusės į tiekiamo vandens pusę. Šis atvirkštinis vandens srautas prasiskverbia į membranos poras, išsklaidydamas užsikimšimus ir ant membranos paviršiaus susidariusį filtravimo sluoksnį. Normalus darbinis slėgis reguliuojamas 0,1–0,2 MPa, srauto greitis yra 1,5–2 kartus didesnis už įprastą prasiskverbimo srautą, o kiekvienas atbulinis plovimas trunka nuo 30 sekundžių iki 3 minučių, paprastai atliekamas kas 30–120 veikimo minučių. Tuščiavidurių pluoštų ultrafiltravimo membranose atgalinis plovimas taip pat leidžia membranos pluoštams visiškai išsiplėsti, sumažinant negyvas blokavimo zonas pluoštuose.
3. Kombinuotas oro-atgalinis plovimas vandeniu
Atbulinio plovimo metu į membraninį modulį patenka suspaustas oras. Dėl oro burbuliukų virpesių ir audringo kirpimo, labai lipnūs organiniai teršalai, koloidai ir biologinis dumblas yra stipriai nulupami nuo membranos paviršiaus. Valymo efektas yra daug pranašesnis už paprastą hidraulinį plovimą. Įprastas įleidimo slėgis reguliuojamas 0,1-0,15 MPa, oro srautas yra 1-3 kartus didesnis už įleidžiamo vandens srautą, o šveitimo laikas yra 2-5 minutės. Jis ypač tinka išorinio slėgio tuščiavidurio pluošto ultrafiltravimo membranoms ir yra standartinis fizinio valymo būdas komunalinių nuotekų ir didelio skendinčių kietųjų medžiagų nuotekų valymo procesams.
4. Kiti fizinio valymo būdai
Įskaitant izobarinį praplovimą (gaminio vandens vožtuvo uždarymą, koncentrato vožtuvo visišką atidarymą ir plovimą 3 kartus didesniu srautu nei įprastas, be slėgio skirtumo tarp membranų, tik šlyties jėga pašalinant teršalus), aukšto -slėgio vandens plovimą (dažniausiai naudojamas vamzdinėms membranoms, 5{3}{}8 MPa vandens atbuliniam slėgiui apnašų ir gelio sluoksniai srauto kanale), kempinės rutulinis mechaninis valymas (taikomas tik didelio skersmens vamzdinėms membranoms, naudojant kempinės rutulius membranos paviršiuje esantiems teršalams nubraukti) ir ultragarsinį valymą (dažniausiai naudojamas mažiems membranų moduliams laboratorijose, mažiau taikomas pramoniniuose scenarijuose).
(II) Cheminis valymas
Kai fizinis valymas negali veiksmingai atkurti membranos srauto (dažniausiai srauto sumažėjimas viršija 10%, o transmembraninio slėgio skirtumas žymiai padidėja), reikalingas cheminis valymas. Pagrindinis jo principas yra kruopščiai pašalinti įsisenėjusius teršalus, kurių fizinis valymas negali pašalinti vykstant cheminėms reakcijoms, tokioms kaip tirpimas, oksidacija, skilimas, chelatinimas ir emulsinimas tarp cheminių medžiagų ir teršalų. Jis skirstomas į dvi kategorijas: cheminis valymas internetu ir cheminis valymas neprisijungus.
1. Dažniausiai naudojamos cheminės valymo priemonės ir tikslinės taikymo scenarijai
Cheminio valymo esmė yra „tinkamų vaistų nuo tinkamos ligos parinkimas“. Įvairūs teršalų tipai atitinka tam tikras valymo priemonių sistemas. Pramonėje dažniausiai naudojamos pagrindinės valymo priemonės skirstomos į keturias kategorijas:
- Rūgštinės valymo priemonės: dažniausiai naudojamos citrinos rūgštis, druskos rūgštis, oksalo rūgštis, azoto rūgštis ir kt. Jos pirmiausia naudojamos pašalinti neorganinius nuosėdų susidarymo teršalus, įskaitant kalcio karbonatą, kalcio sulfatą ir kitas kalcio ir magnio druskų nuosėdas, geležies ir mangano oksidus bei metalų hidroksidus. Jie ištirpina neorganinių druskų nuosėdas, mažindami pH vertę, kartu sudarydami kompleksonus metalo jonus. Įprastas plovimas rūgštimi palaiko 2-3 pH, cirkuliacija + mirkymo laikas 30-120 minučių.
- Šarminės valymo priemonės: dažniausiai naudojamas natrio hidroksidas, dažnai naudojamas kartu su aktyviosiomis paviršiaus medžiagomis, EDTA ir kitomis kompleksonais. Jie pirmiausia naudojami organinėms medžiagoms, riebalams, baltymams, mikrobiniams koloidams ir kitiems teršalams skaidyti ir pašalinti.
- Šarminės valymo priemonės: šios priemonės suardo organinių medžiagų struktūrą ir išsklaido koloidinius teršalus muilindamos ir emulgdamos. Reguliarus šarminis plovimas, kurio pH 11-12 ir 25-40 laipsnių temperatūra žymiai pagerina valymo efektyvumą.
- Oksiduojančios valymo priemonės: dažniausiai naudojamas natrio hipochloritas ir vandenilio peroksidas. Jų pagrindinė funkcija yra sunaikinti ir pašalinti mikroorganizmų, bakterijų ir dumblių suformuotas bioplėveles, kartu oksiduojant ir skaidant dideles organines molekules, tokias kaip humino rūgštys. Jie yra dažniausiai vandens valymui naudojami baktericidai ir valymo priemonės. Naudojama koncentracija koreguojama pagal membranos medžiagą. PVDF membranos gali toleruoti maksimalią 3000 ppm koncentraciją, o PES/PS membranos turi būti griežtai kontroliuojamos iki 500 ppm.
- Fermentinės valymo priemonės: dažniausiai naudojamos proteazės, amilazės ir celiulazės. Šios medžiagos specialiai skaido dideles biologines molekules, tokias kaip baltymai ir polisacharidai. Jie nėra-ėsdinantys, nepalieka cheminių medžiagų likučių ir nekelia antrinės taršos. Jie ypač tinka ultrafiltravimo procesams maisto ir gėrimų bei vaistų gamyboje, kur keliami griežti cheminių medžiagų likučių reikalavimai, išvengiant stiprių cheminių medžiagų pažeidimo membranos medžiagai ir užtikrinant gaminių saugumą.
2. Eilinis cheminis įpurškimas (CIP)-
-Valymas cheminiu būdu nereikalauja išardyti membranos modulių. Esamuose sistemos vamzdynuose atliekama cheminė cirkuliacija, mirkymas ir skalavimas. Tinka vidutiniškai užterštoms vietoms, ji skirstoma į dvi kategorijas:
- Maintenance Chemical Injection (CEB): nedidelės koncentracijos valymo priemonės (pvz., 50-200 ppm natrio hipochlorito, 0,5 % citrinos rūgšties) įpilama į kasdienį atgalinį plovimo vandenį, kad būtų galima trumpai cirkuliuoti ir skalauti. Tai atliekama dažniau (1-2 kartus per dieną). Pagrindinė jo funkcija yra užkirsti kelią tolesniam užsiteršimui ir atidėti intensyvaus valymo poreikį.
- Intensyvus cheminis įpurškimas: naudojama didesnė valymo priemonės koncentracija. Siekiant giliai pašalinti sunkiai įveikiamus teršalus, naudojamas modelis „mažo srauto cirkuliacija + statinis mirkymas + recirkuliacija“. Paprastai tai atliekama kas 1-4 savaites, o kiekviena valymo sesija trunka 2-8 valandas. Sudėtingam užteršimui pramonėje standartinė valymo seka yra tokia: „pirmasis plovimas šarminiu būdu + oksidacija, kad būtų pašalinti organiniai ir biologiniai teršalai, tada plovimas rūgštimi, kad būtų pašalintos neorganinės nuosėdos, ir galiausiai skalavimas švariu vandeniu iki neutralumo“, kad būtų išvengta rūgščių ir šarmų neutralizavimo, turinčio įtakos valymo efektui.
3. Cheminis valymas neprisijungus
Kai membranos srautas sumažėja daugiau nei 30 %, o transmembraninis slėgio skirtumas padvigubėja, norint pasiekti norimus rezultatus nebepakanka valymo internetu, todėl reikia valyti neprisijungus. Šis metodas apima visišką membranos modulio išardymą iš sistemos ir perkėlimą į tam skirtą valymo baką. Tada giluminis valymas atliekamas naudojant didelės-koncentracijos cheminį panardinimą, cirkuliaciją ir ultragarso pagalbą. Jo pranašumai: galimybė pritaikyti cheminę sudėtį, kruopštus valymas be aklųjų dėmių ir siurblių, vamzdynų ir vožtuvų korozijos išvengimas dėl didelės koncentracijos cheminių medžiagų. Jis dažnai naudojamas taisant stipriai užterštus arba susmulkintus membraninius modulius.
II. Pagrindiniai ultrafiltracijos membranos valymo metodų skirtumai taikant skirtingus apdorojimo procesus
Ultrafiltracinės membranos naudojamos labai įvairiai – nuo buitinio geriamojo vandens iki sudėtingo pramoninių nuotekų valymo, nuo maisto medžiagų koncentravimo iki farmacinio valymo. Skirtingi valymo procesai turi labai skirtingą įtekančio vandens kokybę, teršalų tipus, eksploatavimo sąlygas ir nuotekų atitikties reikalavimus. Todėl atitinkami valymo metodai, reagento pasirinkimas, valymo dažnis ir valymo intensyvumas iš esmės skiriasi. Pagrindinius skirtumus galima suskirstyti į penkis tipiškus scenarijus:
(I) Geriamojo vandens/Komunalinio vandens tiekimo valymo procesai
Šio proceso įtaka yra paviršinis arba požeminis vanduo, kurio vandens kokybė yra gana stabili ir teršalų koncentracija nedidelė. Pagrindiniai teršalai yra natūralios organinės medžiagos, koloidai, mikroorganizmai, nedidelis kiekis skendinčių dalelių. Membraninis užsiteršimas pirmiausia yra nedidelis organinis ir biologinis užteršimas, su labai nedideliu neorganiniu nuosėdų susidarymu.
- Pagrindinė valymo logika: fizinis valymas yra pagrindinis metodas, griežtai kontroliuojant cheminių medžiagų naudojimą, siekiant išvengti cheminių medžiagų likučių geriamajame vandenyje.
- Konkretūs skirtumai: įprastiniam valymui pirmiausia naudojamas "oro-atbulinis plovimas vandeniu", o atgalinio plovimo ciklas yra 30-60 minučių; atliekamas kasdienis palaikomasis valymas mažos-koncentracijos natrio hipochloritu, griežtai kontroliuojant priemonės koncentraciją; kas mėnesį reikalingas tik vienas sustiprintas cheminis valymas, daugiausia naudojant „plovimą šarminiu būdu + natrio hipochloritą“, o trumpalaikis plovimas rūgštimi pridedamas tik tada, kai atsiranda neorganinių nuosėdų; Valymas neprisijungus beveik niekada nenaudojamas, o pasibaigus membranos modulio eksploatavimo laikui atliekamas tik atkuriamasis valymas.
(II) Komunalinių nuotekų valymo / regeneruoto vandens pakartotinio naudojimo procesas
Įtakos šiam procesui yra antrinės nuotekos iš komunalinių nuotekų valymo įrenginių. Teršalus daugiausia sudaro organinių medžiagų likučiai, mikrobiniai metabolitai, koloidai, nedideli kiekiai fosforo ir suspenduotų kietųjų dalelių, kurių taršos lygis yra vidutinis. Jis yra linkęs į biologinį ir koloidinį užsiteršimą, o neorganinis apnašas gali susidaryti esant dideliam-atkūrimo-greičiui pakartotinai naudojant regeneruotą vandenį.
- Pagrindinė valymo logika: pabrėžiamas tiek fizinis, tiek cheminis valymas, naudojant aukšto-dažnio taršos kontrolę, siekiant prisitaikyti prie biologinių nuotekų taršos savybių.
- Konkretūs skirtumai: atliekant fizinį valymą paprastai naudojamas „šveitimas oru-vandeniu + atbulinis plovimas“, o atgalinio plovimo ciklas sutrumpinamas iki 20-60 minučių, o šveitimo intensyvumas didesnis nei tiekiant vandenį. Atliekamas kasdienis palaikomasis natrio hipochlorito valymas, po to kas 1-2 savaites intensyvus cheminis valymas. „Šarminis plovimas + oksidacija“ yra pagrindinis metodas, papildytas įprastu plovimu rūgštimi, kad būtų pašalintos fosfato nuosėdos ir metalo hidroksido teršalai iš biocheminių procesų. Didelio atkūrimo pakartotinio naudojimo sistemose reikia dar labiau sutrumpinti valymo ciklą, kad būtų išvengta negrįžtamo užteršimo, kurį sukelia teršalų koncentracija koncentrato pusėje.
(III) Pramoninių nuotekų valymo procesai (atstovaujami jėgainių desulfuravimo nuotekomis, dažymo ir spausdinimo nuotekomis bei cheminėmis nuotekomis)
Šio tipo procesų įtekančio vandens kokybė yra sudėtinga, jai paprastai būdingas didelis druskingumas, didelis kietumas, didelis ChDS ir daug suspenduotų kietųjų dalelių. Teršalai yra sunkieji metalai, silicio dioksido nuosėdos, nepalankios organinės medžiagos, alyvos, dažikliai ir tt Membranos užsiteršimas yra greitas ir stiprus, todėl lengvai užsiteršia negrįžtamai, todėl tai yra sudėtingiausias ultrafiltravimo valymo scenarijus.
- Valymo pagrindinė logika: cheminis valymas yra pagrindinis metodas, fizinis valymas yra pagalbinis metodas, didelio dažnio ir didelio intensyvumo valymas naudojamas sudėtingai taršai susidoroti, o valymas neprisijungus naudojamas, kai reikia, kad būtų išvengta membraninių modulių išmetimo į metalo laužą.
- Konkretūs skirtumai: fizinis valymas naudojamas tik kaip kasdienis pagalbinis metodas, atgalinio plovimo ciklas sutrumpėja iki 15–30 minučių, o šveitimo oru intensyvumas labai pagerėja; sustiprintas cheminis valymas atliekamas kartą per savaitę, o įprastas metodas yra "plovimas rūgštimi + plovimas šarmais + oksidacija" valymui kintamaisiais etapais, o priemonės koncentracija yra daug didesnė nei komunalinio vandens valymo; specialios valymo priemonės reikalingos ypatingiems teršalams, pvz., amonio fluorido, skirto silicio taršai desulfuravimo nuotekose, įdėjimas ir specialių aktyviųjų paviršiaus medžiagų, kad būtų pašalinti dažai ir alyvos dažymo ir spausdinimo nuotekose; kai membranos srautas suyra daugiau nei 30%, jį reikia nedelsiant išardyti, kad būtų galima atlikti gilų valymą neprisijungus, kad nesusidarytų negrįžtama tarša džiūstant teršalams.
(IV) Maisto ir gėrimų / farmacijos gamybos procesas
Šis procesas apdoroja tokias medžiagas kaip pieno produktai, vaisių sultys, kinų medicinos ekstraktai ir fermentacijos skysčiai. Teršalai daugiausia yra biologinės makromolekulės, tokios kaip baltymai, polisacharidai ir krakmolas. Pagrindinis reikalavimas yra visiškai vengti priemonių likučių, užtikrinti gaminio saugą ir tuo pat metu nepažeisti membranos medžiagos nuo stiprių medžiagų. - Pagrindinės valymo logika: švelnus valymas yra pagrindinis metodas; griežtai draudžiama naudoti toksiškas, kenksmingas arba lengvai liekančias stiprias medžiagas. Valymas sinchronizuojamas su serijine gamyba, kad teršalai neišdžiūtų.
- Konkretūs skirtumai: atliekant fizinį valymą naudojamas šilto vandens pirminis skalavimas + atgalinis plovimas, atliekamas iš karto po kiekvienos gamybos partijos, kad būtų pašalinti palaidi baltymų ir polisacharidų teršalai; cheminiam valymui daugiausia naudojamas mažos-koncentracijos NaOH kartu su fermentinėmis valymo priemonėmis, kurios specialiai skaido biologines makromolekules, išvengiant baltymų denatūravimo ir nusodinimo dėl stiprių medžiagų; griežtai draudžiama naudoti didelės-koncentracijos stiprius oksidatorius, vandenilio fluorido rūgštį ir kitas toksiškas valymo priemones, o stiprios rūgšties valymas naudojamas retai; po valymo turi būti atliktas griežtas skalavimas vandeniu ir sterilumo bei likučių patikra, siekiant užtikrinti atitiktį maisto ir farmacijos saugos standartams.
(V) Specialusis medžiagų atskyrimas ir specialūs membranų procesai
Be įprastinio vandens valymo ir maisto bei farmacijos, ultrafiltravimo membranos plačiai naudojamos naftos{0}}vandens atskyrimo, polimerų koncentravimo ir specialiuose atskyrimo procesuose. Šių procesų teršalai daugiausia yra aliejai, polimerai ir hidrofobiniai organiniai junginiai, todėl labai skiriasi valymo metodai: atliekant fizinį valymą naudojamas aukštos-temperatūrinis skalavimas karštu vandeniu, siekiant pagerinti alyvos teršalų tirpimą ir pašalinimą; atliekant cheminį valymą visų pirma naudojamos specializuotos riebalų šalinimo priemonės ir nejoninės paviršiaus aktyviosios medžiagos, kartu su švelniu šarminiu plovimu, ir griežtai draudžiama naudoti labai poliškas medžiagas, kurios gali pakenkti membranos atskyrimo savybėms; Vamzdinės membranos specialiems atskyrimo procesams aukšto -slėgio vandens plovimas kartu su mechaniniu valymu gali būti naudojamas stipriai užterštoms didelės koncentracijos medžiagoms pašalinti.
III. Pagrindiniai veiksniai, lemiantys ultrafiltracijos membranos valymo metodus
Ultrafiltravimo membranoms nėra vieno -dydžio-visiems tinkančio-valymo tirpalo. Norint pasirinkti bet kokį valymo būdą, reikalingas išsamus sprendimas ir pritaikytas dizainas, pagrįstas keliais veiksniais. Penki pagrindiniai veiksniai vaidina lemiamą vaidmenį, ir šie veiksniai sąveikauja vienas su kitu ir kartu sudaro pagrindinę valymo tirpalo dizaino logiką.
(I) Membranos medžiaga ir membranos modulio struktūra
Tai yra pagrindinė sąlyga pasirenkant valymo būdą, tiesiogiai nustatant valymo priemonių asortimentą, valymo intensyvumą ir suderinamumą su fiziniais valymo metodais. Tai raudona linija visai valymo schemai; pažeidus šią liniją, membranos struktūra bus negrįžtamai pažeista.
- Cheminis membraninių medžiagų atsparumas: skirtingų membranų medžiagų atsparumas rūgštims, šarmams, oksidacijai ir temperatūrai yra labai skirtingas. Keraminių ultrafiltravimo membranų pH tolerancijos diapazonas yra 0-14, jos yra atsparios stiprioms rūgštims ir šarmams, stipriems oksidatoriams ir aukštai temperatūrai, jas galima valyti pakaitomis didelės-koncentracijos rūgštimis ir šarmais arba net aukštoje{11}}temperatūroje. Tarp organinių membranų PVDF (polivinilideno fluoridas) yra labai atsparus rūgštims ir šarmams ir pasižymi dideliu atsparumu oksidacijai, todėl yra pagrindinė vandens valymo medžiaga. Jis suderinamas su įprastomis rūgštinėmis ir šarminėmis valymo priemonėmis bei natrio hipochloritu. PES (polietersulfonas) ir PS (polisulfonas) turi gerą atsparumą šarmams, tačiau jų atsparumas chlorui yra daug silpnesnis nei PVDF. Natrio hipochlorito koncentracija ir sąlyčio laikas turi būti griežtai kontroliuojami. PAN (poliakrilnitrilas) ir CA (celiuliozės acetatas) turi prastą atsparumą rūgštims ir šarmams bei atsparumą oksidacijai. Didelės-koncentracijos rūgštys ir šarmai bei stiprūs oksidatoriai yra griežtai draudžiami. Galima naudoti tik švelnias valymo priemones ir mažo intensyvumo valymo būdus.
- Membranos modulio struktūros pritaikomumas: srauto kanalo konstrukcijos skirtumai tarp tuščiavidurio pluošto (vidinis slėgis / išorinis slėgis), spiralinės suvyniotos ir vamzdinės membranos tiesiogiai lemia fizinio valymo metodo pasirinkimą. Išorinės slėginės tuščiavidurio pluošto membranos yra tinkamos valyti oru ir vandeniu, o vidinės slėgio membranos labiau tinka plovimui dideliu greičiu ir atgal; vamzdinės membranos turi plačius srauto kanalus ir gali būti praplaunamos aukšto slėgio vandeniu ir mechaniškai valomos kempinės rutuliukais, o spiralinės membranos turi siaurus srauto kanalus ir jas griežtai draudžiama valyti mechaniniu būdu, pasikliaujant tik hidrauliniu ir cheminiu valymu, taip pat keliami aukštesni reikalavimai medžiagų sklaidumui, kad būtų išvengta negyvų kampų valymo.
(II) Teršalų tipai ir laipsniai
Tai yra pagrindinis valymo priemonės tipo ir valymo proceso pasirinkimo pagrindas, kuris tiesiogiai lemia valymo tikslą ir efektyvumą. „Tinkamos priemonės pasirinkimas tinkamos būklės“ yra sėkmingo valymo raktas.
- Teršalų tipai: skirtingi teršalai atitinka visiškai skirtingus valymo sprendimus. Neorganinės nuosėdos (kalcio ir magnio druskos, geležies ir mangano oksidai) turi būti valomos rūgštinėmis valymo priemonėmis; organiniai teršalai (humino rūgštis, riebalai, baltymai) turi būti valomi šarminėmis valymo priemonėmis + aktyviosios paviršiaus medžiagos/fermentai; biologinę taršą (bakterijos, bioplėvelė) būtina valyti oksiduojančiomis valymo priemonėmis + šarminis valymas; silicio dioksido nuosėdų tarša reikalauja aukštos -temperatūrinio šarminio valymo arba specialių fluoro -pagrįstų valymo priemonių. Jei yra sudėtingas užteršimas, valymo seka turi būti griežtai kontroliuojama. Pirmiausia reikia pašalinti organinius ir biologinius teršalus, o po to ištirpinti neorganines nuosėdas, kad teršalai nereaguotų ir nesusidarytų daugiau teršalų.
Sunku{0}}pašalinti-medžiagas.
- Užteršimo laipsnis: tiesiogiai nustato valymo metodo intensyvumą ir tipą. Lengvas užsiteršimas (srautų mažinimas<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%, darbinio slėgio skirtumas padvigubėjo, valymas internetu neefektyvus), reikalingas gilus valymas neprisijungus, kad būtų išvengta nuolatinio didelio užsiteršimo, dėl kurio membranos modulis sugenda.
(III) Valymo proceso veikimo sąlygos ir sistemos projektas
Ultrafiltravimo sistemos veikimo parametrai, filtravimo režimas ir išankstinio apdorojimo konstrukcija tiesiogiai įtakoja membranos užteršimo susidarymo greitį, tipą ir pasiskirstymą, taip nulemiant valymo dažnumą, valymo ciklą ir valymo intensyvumą.
- Filtravimo režimai ir veikimo parametrai: kryžminio-srauto filtravimo režimu dideliu-greičiu vandens srautu koncentrato pusėje nuolat plaunamas membranos paviršius, todėl mažiau nusėda teršalai, o valymo dažnis yra mažesnis. Naudojant aklavietės-filtravimo režimą, visi teršalai sulaikomi ant membranos paviršiaus, todėl greitai užsiteršia ir reikia žymiai dažniau valyti. Be to, didelis-srautas, didelis-atkūrimo-greitas ir aukšto-slėgio veikimo sąlygos padidina koncentracijos poliarizaciją ir teršalų adsorbciją, todėl membrana užsiteršia greičiau ir labiau, todėl reikia žymiai trumpesnio valymo ciklo ir didesnio valymo intensyvumo. Ir atvirkščiai, švelnesnėmis eksploatavimo sąlygomis, esant mažam srautui ir mažam regeneravimo greičiui, valymo dažnis gali būti žymiai sumažintas.
- Išankstinio apdorojimo dizainas: sistemose su visapusišku išankstiniu apdorojimu (pvz., koaguliacijos sedimentacija, daugialypės terpės filtravimu ir saugiu filtravimu) pastebimai sumažėja įtekančių suspenduotų kietųjų dalelių ir koloidų koncentracija, todėl membrana lengvai užsiteršia ir norint stabiliai veikti, reikia tik reguliariai valyti. Sistemos, kuriose nėra išankstinio apdorojimo ir kuriose yra daug teršalų, yra labai jautrios greitam ir stipriam užsiteršimui, todėl reikia dažnai intensyviai valyti arba net periodiškai valyti neprisijungus.
(IV) Taikymo scenarijų atitiktis ir saugos reikalavimai
Įvairių pramonės šakų nuotekų standartai ir gaminių saugos taisyklės tiesiogiai riboja valymo priemonių tipus, koncentracijas ir naudojimo būdus, o tai yra privaloma atitikties raudonoji linija valymo tirpalo projekte.
- Geriamojo vandens, maisto ir farmacijos pramonėje griežtai draudžiama naudoti toksiškas, kenksmingas ir į likučius turinčias- valymo priemones, pvz., didelės-koncentracijos druskos rūgštį, vandenilio fluorido rūgštį ir sunkiųjų metalų dezinfekavimo priemones. Pirmenybė turėtų būti teikiama maistinėms- valymo priemonėms, griežtai kontroliuojant priemonių koncentraciją ir sąlyčio laiką. Po valymo būtina kruopščiai nuplauti ir patikrinti likučius, kad nebūtų pakenkta gaminio saugos ir vandens kokybės standartams.
- Pramoninių nuotekų valymo pramonėje nėra griežtų apribojimų dėl agentų likučių. Didelės-koncentracijos priemones ir specializuotas valymo priemones galima pasirinkti pagal taršos lygį. Pagrindinis tikslas yra visiškai atkurti membranos veikimą, kartu atsižvelgiant į valymo nuotekų valymą, kad agentų išmetimas neviršytų aplinkosaugos standartų.
(V) Eksploatacijos ir priežiūros išlaidos bei membranos modulio naudojimo trukmės reikalavimai
Renkantis valymo metodus, galiausiai reikia suderinti valymo efektyvumą, eksploatavimo ir priežiūros išlaidas bei visą membraninių modulių naudojimo trukmę.
- Valymas internetu yra paprastas, nereikalauja prastovų, o darbo ir cheminių medžiagų sąnaudos yra mažos, todėl tai yra tinkamiausias pasirinkimas atliekant įprastinę priežiūrą. Tačiau jo valymo poveikis yra ribotas esant dideliam užsiteršimui. Valymas neprisijungus suteikia gerų rezultatų, tačiau reikalauja išardyti komponentus ir išjungti, todėl reikia didelių darbo ir cheminių medžiagų sąnaudų. Dažnas valymas neprisijungus taip pat gali pagreitinti membranos senėjimą ir sutrumpinti membranos tarnavimo laiką.
- Stiprūs oksidatoriai ir didelės-koncentracijos rūgščių ir (arba) šarmų valymo priemonės yra veiksmingos, tačiau ilgalaikis-, dažnas-naudojimas gali pagreitinti membranos degradaciją ir pažeisti sulaikymo sluoksnį, sutrumpinti membranos tarnavimo laiką. Todėl pramonės-standartinis principas yra „fizinis valymas kaip pagrindinis metodas, papildomas cheminiu valymu“. Užtikrinant valymo efektyvumą, cheminių medžiagų dažnis ir koncentracija turėtų būti kuo labiau sumažinta, kad būtų maksimaliai padidintas membranos modulio tarnavimo laikas ir sumažintos bendros eksploatavimo trukmės priežiūros išlaidos.
Išvada
Ultrafiltracinės membranos valymas ir priežiūra yra sistemingas projektas, subalansuojantis taikymą, prisitaikymą ir saugumą. Skirtingiems valymo procesams reikalingi iš esmės skirtingi valymo metodai, nes skiriasi vandens kokybė, teršalai, eksploatavimo sąlygos ir atitikties reikalavimai. Galutinį valymo metodo pasirinkimą lemia penki pagrindiniai veiksniai: membranos medžiaga ir struktūra, teršalų charakteristikos, eksploatavimo sąlygos, atitikties reikalavimai ir išlaidų kontrolė.
Faktiškai eksploatuojant ir prižiūrint, nėra vieno, nekintančio valymo sprendimo. Valymo parametrai ir planai turi būti dinamiškai koreguojami remiantis membranos sistemos veikimo duomenimis realiuoju laiku, reguliaria užsiteršimo tipo ir laipsnio analize bei eksploatavimo ir priežiūros išlaidų optimizavimu, kad būtų pasiekti pagrindiniai tikslai – maksimaliai padidinti valymo efektyvumą, sumažinti membranos pažeidimus ir optimizuoti eksploatavimo bei priežiūros išlaidas, taip užtikrinant ilgalaikį stabilų ir efektyvų filtravimo sistemos veikimą.
