Po membranos užteršimo būtina valyti, kad būtų atkurtas jos veikimas. Nors skirtingų membranų gamintojų siūlomi valymo metodai skiriasi, pagrindinis principas iš esmės yra tas pats: teršalų pašalinimas iš membranos paviršiaus ir porų fizinėmis, cheminėmis ir biologinėmis priemonėmis, taip atkuriant membranos srautą ir selektyvumą. Šiame straipsnyje sistemingai supažindinsime su pagrindiniais vandens valymo specialistų membranų valymo metodais ir efektyvumo rodikliais.
I. Membranų valymo metodų apžvalga
Membranų valymo būdus paprastai galima suskirstyti į tris kategorijas: fizinį valymą, cheminį valymą ir biologinį valymą. Kiekvienas iš jų turi savo ypatybes ir gali būti naudojamas atskirai arba kartu.
1. Fizinis valymas
Fizinis valymas daugiausia apima atbulinį plovimą, hidraulinį praplovimą, ultragarsinį valymą ir mechaninį šveitimą. Šie metodai remiasi mechaniniu arba hidrauliniu poveikiu, siekiant pašalinti prie membranos paviršiaus prilipusius teršalus. Tai ne-cheminiai metodai, paprastas procesas, nebrangūs ir minimaliai pažeidžiami membranos medžiaga, todėl dažnai jie yra tinkamiausias valymo būdas. Įprasti fizinio valymo metodai apima atbulinį plovimą, žemo -slėgio arba aukšto{5} slėgio plovimą ir kai kuriuos retesnius fizinio valymo metodus, pvz., ultragarso valymą ir elektrinio lauko valymą.
Atbulinis plovimas apima atvirkštinio spaudimo taikymą, kad į membranos poras iš prasiskverbimo pusės būtų įstumiamas švarus vanduo, pašalinami prie membranos paviršiaus ir porose prilipę teršalai. Šis metodas ypač efektyvus tuščiavidurių pluoštų membranoms, tokioms kaip ultrafiltravimo arba tuščiavidurio pluošto nanofiltravimo membranos.
Mažo-slėgio arba didelio-slėgio praplovimo metu naudojamas šoninis srauto greitis, kad atsitrenktų į membranos paviršių ir pašalinamos laisvos nuosėdos.
Ultragarso bangos sukuria kavitaciją skysčiuose; burbuliukų sprogimo metu susidarantys mikrosrovės srautai veiksmingai veikia membranos paviršių, atlaisvindami ir pašalindami nešvarų sluoksnį. Šis metodas tinka neprisijungus prie tvirtai pritvirtintų organinių ar koloidinių nešvarumų pašalinimo.
Elektrinio lauko valymo metu abiejuose membranos modulio galuose veikia impulsiniai elektriniai laukai, naudojant elektroosmosą ir elektrochemines reakcijas, kad pašalintų teršalus. Tai nauja membranų regeneravimo technologija.
Fizinis valymas yra paprastas, nebrangus ir nekenksmingas aplinkai; tačiau jo veiksmingumas yra ribotas stipriai sukimbantiems organinėms medžiagoms ir neorganiniams apnašų sluoksniams. Todėl jis dažnai naudojamas kartu su cheminiu valymu.
2. Cheminis valymas Cheminis valymas būtinas, kai fizinis valymas yra neveiksmingas. Cheminis valymas – tai procesas, kurio metu cheminės medžiagos ištirpina, sukompleksuoja, oksiduoja arba muilina teršalus membranos porų viduje ir išorėje, sukelia struktūrinius pokyčius arba virsmą tirpiomis medžiagomis ir taip atkuria membranos veikimą. Pagal naudojamų priemonių savybes cheminis valymas gali būti suskirstytas į šias kategorijas:
(1) Rūgščių plovimas
Rūgštinis plovimas daugiausia naudojamas neorganinių nuosėdų ir metalo oksido teršalų pašalinimui. Dažniausiai naudojamos medžiagos yra druskos rūgštis, azoto rūgštis, fosforo rūgštis ir citrinų rūgštis. Rūgštys gali reaguoti su metalų oksidais, sudarydamos tirpias druskas, taip pašalindamos nusėdusį sluoksnį. Pavyzdžiui, druskos rūgštis gali veiksmingai pašalinti neorganines nuosėdas, tokias kaip kalcio karbonatas ir geležies hidroksidas, o citrinos rūgštis yra švelnesnė ir tinka sistemoms, jautrioms membranų medžiagoms.
(2) Šarminis plovimas
Šarminis plovimas daugiausia naudojamas organiniams teršalams, riebalams ir baltymų teršalams pašalinti. Dažniausiai naudojami agentai yra NaOH, Na2CO3, Na3PO4 ir EDTA. Esant šarminėms sąlygoms, organinės medžiagos gali būti muilintos, denatūruoti baltymai arba suskaidyti mikrobų flokas. Pavyzdžiui, NaOH tirpalas gali veiksmingai pašalinti baltymų teršalus.
(3) Oksidacinis valymas
Oksidacinės valymo priemonės, pvz., natrio hipochloritas, vandenilio peroksidas ir peracto rūgštis, yra stiprūs oksidatoriai, kurie organinius teršalus gali oksiduoti į mažas, vandenyje tirpias{0}} molekules. Jie sumažina teršalų sukibimą, nutraukdami jų cheminius ryšius, karboksilo grupes arba aminų grupes. Jie dažniausiai naudojami dezinfekcijai ir organinių membranų apnašų šalinimui, tačiau reikia pažymėti, kad kai kurios membranos (pvz., aromatinio poliamido atvirkštinio osmoso membranos) yra jautrios oksidatoriams.
(4) Valymas paviršinio aktyvumo medžiagomis
Paviršinio aktyvumo medžiagos, tokios kaip Triton X-100 ir natrio dodecilbenzeno sulfonatas (SDBS), gali emulsinti riebalus ir baltymus bei išsklaidyti kietąsias daleles. Jų veikimo mechanizmas yra sumažinti paviršių įtampą, todėl teršalai lengviau desorbuojami. Paviršinio aktyvumo medžiagų valymas ypač efektyvus riebioms nuotekoms arba maisto perdirbimo nuotekų sistemoms.
(5) Kompleksinis valymas
Dažniausiai naudojamos kompleksinės medžiagos, tokios kaip etilendiamintetraacto rūgštis (EDTA), gali sudaryti stabilius kompleksus su metalo jonais, sunaikindami neorganinių nuosėdų struktūrą ir taip pašalindami metalo nuosėdas. Siekiant geresnių rezultatų, jie dažnai naudojami kartu sistemose su keliais teršalais (pvz., Ca²⁺-organinės rūgšties nuosėdomis). Cheminio valymo sėkmė yra glaudžiai susijusi su valymo tirpalo koncentracija, temperatūra, laiku ir pH. Praktikoje dažnai naudojami keli mažos-koncentracijos valymai, siekiant sumažinti membranos medžiagos pažeidimą.
3. Biologinis valymas Biologiniam valymui naudojamas biokatalitinis fermentų arba mikroorganizmų veikimas teršalams skaidyti. Pavyzdžiui, proteazės gali suskaidyti baltymų teršalus, lipazės gali pašalinti riebalus, o celiulazės gali skaidyti organines membranas. Jo pranašumai yra tai, kad jis yra švelnus, nekenksmingas aplinkai, netoksiškas ir minimaliai pažeidžia membranos struktūrą; jo trūkumai yra didesnė kaina ir ribotas pritaikomumas, jis dažnai naudojamas kaip priedas prie cheminio valymo.
II. Išsamios analizės ir inžinerinės praktikos rekomendacijos
Žvelgiant iš inžinerinio taikymo perspektyvos, membranos valymo strategijų pasirinkimas turėtų būti visapusiškai nustatytas atsižvelgiant į užsiteršimo tipą, membranos medžiagos charakteristikas ir sistemos veikimo sąlygas.
Neorganinių nuosėdų užteršimas: pirmenybė teikiama rūgštiniam plovimui + komplekso formavimui;
Organinis ir biologinis užterštumas: Šarminis plovimas + aktyvi paviršiaus medžiaga;
Kombinuotas užteršimas: cheminis valymas, po kurio atliekamas fizinis valymas arba kintami valymo metodai;
Lengvai oksiduojančios membranos: Venkite naudoti stiprius oksidatorius.
Valymo metu temperatūra turi būti kontroliuojama (paprastai 25–40 laipsnių), kad padidėtų reakcijos greitis ir išvengtumėte membranos pažeidimo. Be to, reikia atkreipti dėmesį į valymo tirpalo cirkuliacijos greitį ir srauto modelį, kad būtų užtikrintas efektyvus cheminių medžiagų kirpimas ant membranos paviršiaus. Po valymo būtina kruopščiai nuplauti, kad būtų išvengta antrinio užteršimo nuo likusių medžiagų.
Santrauka
Membranų valymas yra labai svarbus stabilaus membranų atskyrimo sistemų veikimo etapas. Tinkamas valymo metodas gali ne tik efektyviai atkurti membranos veikimą, bet ir prailginti membranos tarnavimo laiką bei sumažinti eksploatavimo išlaidas. Fizinis valymas yra paprastas ir ekonomiškas, cheminis valymas – kruopštus ir efektyvus, o biologinis – nekenksmingas aplinkai. Derinant šiuos tris metodus, atsižvelgiant į užteršimo ypatybes, galima sukurti išsamų ir ekonomišką{3}}valymo sprendimą. Ateityje, tobulėjant membraninėms medžiagoms ir tobulėjant valymo technologijoms, mažos-chemikalų sąnaudos, automatizuotas valdymas ir pažangus valymas taps pagrindinėmis kryptimis. Vandens valymo inžinieriams membranų valymo mechanizmų ir vertinimo metodų įsisavinimas yra esminis kursas siekiant pagerinti sistemos patikimumą ir ekonomiškumą.
