Ultrafiltrācijas tehnoloģija ar precīzo 0,01-0,1 mikronu aiztures spēju ir kļuvusi par galveno membrānu atdalīšanas procesu ūdens attīrīšanā, pārtikā un farmācijā, kā arī ķīmiskajā separācijā. Membrānas piesārņojums-piesārņotāju adsorbcija, nogulsnēšanās un bloķēšana uz membrānas virsmas/porām-ir galvenais šķērslis, kas izraisa plūsmas samazināšanos, palielinātu spiediena kritumu un saīsinātu kalpošanas laiku ultrafiltrācijas sistēmās. Zinātniski piemērota tīrīšanas metode ir ļoti svarīga, lai atjaunotu membrānas veiktspēju un nodrošinātu sistēmas stabilu darbību ilgtermiņā. Šajā rakstā ir sistemātiski apskatītas galvenās ultrafiltrācijas membrānas tīrīšanas metodes, salīdzinātas galvenās atšķirības tīrīšanas shēmās dažādos apstrādes procesos un izskaidrota pamatā esošā loģika, kas nosaka tīrīšanas metodi.
I. Galvenās ultrafiltrācijas membrānas tīrīšanas metodes un pamatprincipi
Ultrafiltrācijas membrānas tīrīšanas galvenais mērķis ir maksimāli noņemt piesārņotājus un atjaunot membrānas plūsmu un darbības efektivitāti, nesabojājot membrānas struktūru un aiztures veiktspēju. Nozarē plaši izmantotās tīrīšanas metodes iedala divās galvenajās kategorijās: fiziskā tīrīšana un ķīmiskā tīrīšana. Šīs divas metodes bieži tiek izmantotas kopā, lai izveidotu daudzpakāpju tīrīšanas sistēmu "fiziskai ikdienas apkopei un ķīmiskai mērķtiecīgai dekontaminācijai".
(I) Fiziskā tīrīšana
Fiziskā tīrīšana ir atkarīga no fiziskām darbībām, piemēram, hidrauliskā spiediena, mehāniskā spēka un gaisa plūsmas griešanas, lai noņemtu piesārņotājus. Tas nemaina piesārņotāju ķīmiskās īpašības, neatstāj ķīmiskas atliekas un rada minimālu membrānas bojājumu. Tā ir ieteicamā metode ultrafiltrācijas sistēmu ikdienas apkopei un piemērota viegla piesārņojuma profilaksei un pirmapstrādei.
1. Skalošana uz priekšu (labā mazgāšana)
Izmantojot neapstrādātu ūdeni vai ultrafiltrācijas permeātu kā skalošanas ūdens avotu, tas tiek ievadīts membrānas modulī ar lielu ātrumu normālā filtrēšanas virzienā. Lielas -ātruma ūdens plūsmas bīdes spēks no membrānas virsmas nomazgā irdenās suspendētās cietās vielas, koloidālos piesārņotājus un koncentrātu atlikumus. Darbības plūsmas ātrums parasti ir 1,2-1,5 reizes lielāks par parasto filtrēšanas plūsmas ātrumu, un skalošanas laiks ir 1–5 minūtes. To galvenokārt izmanto ikdienas apkopei pēc filtrēšanas un cauruļvadu skalošanai pirms sistēmas palaišanas/izslēgšanas. Darbība ir vienkārša, neprasa sistēmas izslēgšanu un efektīvi aizkavē piesārņojuma nogulsnēšanos.
2. Skalošana atpakaļ (reversā skalošana)
Galvenā un visbiežāk izmantotā fiziskās tīrīšanas metode ultrafiltrēšanai. Izmantojot tīru ultrafiltrācijas permeātu kā ūdens avotu, ūdens tiek pakļauts spiedienam un tiek sūknēts no membrānas permeāta puses uz padeves ūdens pusi. Šī apgrieztā ūdens plūsma iekļūst membrānas porās, izkliedējot aizsprostojumus un filtra kūkas slāni, kas veidojas uz membrānas virsmas. Parastais darba spiediens tiek kontrolēts ar 0,1–0,2 MPa, plūsmas ātrums ir 1,5–2 reizes lielāks par parasto permeāta plūsmas ātrumu, un katra pretskalošana ilgst 30 sekundes līdz 3 minūtes, parasti tiek veikta ik pēc 30–120 minūtēm. Dobu šķiedru ultrafiltrācijas membrānām pretskalošana arī ļauj membrānas šķiedrām pilnībā izplesties, samazinot aizsprostojuma mirušās zonas šķiedrās.
3. Kombinētā gaisa-atgriezeniskā mazgāšana ar ūdeni
Atgriešanas laikā membrānas modulī tiek ievadīts saspiests gaiss. Gaisa burbuļu svārstību un turbulentās bīdes darbības rezultātā ļoti lipīgi organiskie piesārņotāji, koloīdi un bioloģiskie gļotas tiek spēcīgi nolobīti no membrānas virsmas. Tīrīšanas efekts ir daudz labāks par vienkāršu hidraulisko mazgāšanu. Parastais ieplūdes spiediens tiek kontrolēts 0,1-0,15 MPa, gaisa plūsmas ātrums ir 1-3 reizes lielāks par ieplūdes ūdens plūsmas ātrumu, un tīrīšanas laiks ir 2-5 minūtes. Tas ir īpaši piemērots ārējā spiediena dobu šķiedru ultrafiltrācijas membrānām un ir standarta fiziskās tīrīšanas metode komunālo notekūdeņu un notekūdeņu attīrīšanas procesos ar augstu suspendēto cietvielu saturu.
4. Citas fiziskās tīrīšanas metodes
Ietverot izobarisko skalošanu (produkta ūdens vārsta aizvēršana, koncentrāta vārsta pilnīga atvēršana un skalošana ar 3 reizes lielāku plūsmas ātrumu par normālu, bez transmembrānas spiediena starpības, paļaujoties tikai uz bīdes spēku, lai noņemtu piesārņotājus), augsta spiediena ūdens skalošana (galvenokārt tiek izmantota cauruļveida membrānām, 5{3}{}8 MPa ūdens atpakaļspiedienam skalas un gēla slāņi plūsmas kanālā), sūkļa lodīšu mehāniskā tīrīšana (piemērojama tikai liela diametra cauruļveida membrānām, izmantojot sūkļa bumbiņas, lai nokasītu piesārņotājus no membrānas virsmas) un ultraskaņas tīrīšana (pārsvarā tiek izmantota maziem membrānas moduļiem laboratorijās, ar mazāku pielietojumu rūpnieciskos scenārijos).
(II) Ķīmiskā tīrīšana
Ja fiziskā tīrīšana nevar efektīvi atjaunot membrānas plūsmu (parasti plūsmas samazināšanās pārsniedz 10% un transmembrānas spiediena starpība ievērojami palielinās), ir nepieciešama ķīmiska tīrīšana. Tās pamatprincips ir rūpīgi noņemt noturīgus piesārņotājus, kurus nevar noņemt ar fizisku tīrīšanu ķīmiskās reakcijas, piemēram, šķīdināšana, oksidēšana, sadalīšanās, helātu veidošanās un emulģēšana starp ķīmiskajiem aģentiem un piesārņotājiem. Tā ir sadalīta divās kategorijās: tiešsaistes ķīmiskā tīrīšana un bezsaistes ķīmiskā tīrīšana.
1. Bieži lietotie ķīmiskie tīrīšanas līdzekļi un mērķtiecīgi pielietošanas scenāriji
Ķīmiskās tīrīšanas pamatā ir "pareizo zāļu izvēle pareizai slimībai". Dažādi piesārņotāju veidi atbilst noteiktām tīrīšanas līdzekļu sistēmām. Rūpniecībā plaši izmantotie tīrīšanas līdzekļi ir iedalīti četrās kategorijās:
- Skābie tīrīšanas līdzekļi: parasti izmanto citronskābi, sālsskābi, skābeņskābi, slāpekļskābi utt. Tos galvenokārt izmanto, lai noņemtu neorganiskos piesārņotājus, tostarp kalcija karbonātu, kalcija sulfātu un citas kalcija un magnija sāļu nogulsnes, dzelzs un mangāna oksīdus un metālu hidroksīdus. Tie izšķīdina neorganiskās sāls nogulsnes, pazeminot pH vērtību, vienlaikus veidojot helātus metāla jonus. Parastā mazgāšana ar skābi uztur pH 2-3, ar cirkulāciju + mērcēšanas laiku 30-120 minūtes.
- Sārmaini tīrīšanas līdzekļi: parasti izmanto nātrija hidroksīdu, ko bieži izmanto kopā ar virsmaktīvām vielām, EDTA un citiem helātus veidojošiem līdzekļiem. Tos galvenokārt izmanto organisko vielu, tauku, olbaltumvielu, mikrobu koloīdu un citu piesārņotāju sadalīšanai un noņemšanai.
- Sārmaini tīrīšanas līdzekļi: šie līdzekļi noārda organisko vielu struktūru un izkliedē koloidālos piesārņotājus, pārziepjojot un emulģējot. Regulāra sārmaina mazgāšana ar pH 11-12 un 25-40 grādu temperatūru ievērojami uzlabo tīrīšanas efektivitāti.
- Oksidējošie tīrīšanas līdzekļi: parasti izmanto nātrija hipohlorītu un ūdeņraža peroksīdu. To galvenā funkcija ir iznīcināt un noņemt mikroorganismu, baktēriju un aļģu veidotās bioplēves, vienlaikus oksidējot un sadalot lielas organiskās molekulas, piemēram, humīnskābes. Tie ir visbiežāk izmantotie baktericīdi un tīrīšanas līdzekļi ūdens attīrīšanā. Izmantotā koncentrācija tiek pielāgota atbilstoši membrānas materiālam. PVDF membrānas var izturēt maksimālo koncentrāciju 3000 ppm, savukārt PES/PS membrānas ir stingri jākontrolē zem 500 ppm.
- Enzīmu tīrīšanas līdzekļi: parasti izmanto proteāzes, amilāzes un celulāzes. Šie līdzekļi īpaši sadala lielas bioloģiskās molekulas, piemēram, olbaltumvielas un polisaharīdus. Tie nav-kodīgi, neatstāj ķīmiskas atliekas un neizraisa sekundāru piesārņojumu. Tie ir īpaši piemēroti ultrafiltrācijas procesiem pārtikā un dzērienos, kā arī farmācijas ražošanā, kur tiek izvirzītas stingras prasības ķīmisko vielu atliekām, izvairoties no membrānas materiāla bojājumiem no stiprām ķīmiskām vielām un nodrošinot produktu drošību.
2. In-inline ķīmiskā injekcija (CIP)
-Līnijas ķīmiskai tīrīšanai nav nepieciešama membrānas moduļu demontāža. Ķīmiskā cirkulācija, mērcēšana un skalošana tiek pabeigta esošajos sistēmas cauruļvados. Piemērots vidēji netīrām vietām, tas ir sadalīts divās kategorijās:
- Maintenance Chemical Injection (CEB): neliela tīrīšanas līdzekļa koncentrācija (piemēram, 50-200 ppm nātrija hipohlorīts, 0,5% citronskābe) tiek pievienots ikdienas atpakaļskalošanas ūdenim īslaicīgai cirkulācijai un skalošanai. To veic biežāk (1-2 reizes dienā). Tās galvenā funkcija ir novērst turpmāku piesārņojumu un aizkavēt nepieciešamību pēc intensīvas tīrīšanas.
- Intensīva ķīmiska injekcija: tiek izmantota lielāka tīrīšanas līdzekļa koncentrācija. Lai dziļi noņemtu noturīgus piesārņotājus, tiek izmantots modelis "zemas plūsmas cirkulācija + statiskā mērcēšana + recirkulācija". Parasti to veic ik pēc 1-4 nedēļām, un katra tīrīšanas sesija ilgst 2-8 stundas. Sarežģītai piesārņošanai nozares standarta tīrīšanas secība ir šāda: "vispirms mazgāšana ar sārmu + oksidēšana, lai noņemtu organiskos un bioloģiskos piesārņotājus, pēc tam mazgāšana ar skābi, lai noņemtu neorganiskos nogulsnes, un visbeidzot skalošana ar tīru ūdeni līdz neitrālam", lai izvairītos no skābes-bāzes neitralizācijas, kas ietekmē tīrīšanas efektu.
3. Bezsaistes ķīmiskā tīrīšana
Ja membrānas plūsmas samazināšanās pārsniedz 30% un transmembrānas spiediena starpība dubultojas, tiešsaistes tīrīšana vairs nav pietiekama, lai sasniegtu vēlamos rezultātus, tāpēc ir nepieciešama tīrīšana bezsaistē. Šī metode ietver membrānas moduļa pilnīgu izjaukšanu no sistēmas un pārvietošanu uz speciālu tīrīšanas tvertni. Pēc tam tiek veikta dziļa tīrīšana, izmantojot augstas-koncentrācijas ķīmiskās iegremdēšanas, cirkulācijas un ultraskaņas palīdzību. Tās priekšrocības ietver spēju pielāgot ķīmisko sastāvu, rūpīgu tīrīšanu bez aklo zonu un sūkņu, cauruļvadu un vārstu korozijas novēršanu ar augstas -koncentrācijas ķimikālijām. To bieži izmanto, lai labotu membrānas moduļus, kas ir ļoti piesārņoti.
II. Galvenās atšķirības ultrafiltrācijas membrānas tīrīšanas metodēs dažādos apstrādes procesos
Ultrafiltrācijas membrānas tiek izmantotas plašā pielietojuma klāstā, sākot no sadzīves dzeramā ūdens līdz sarežģītai rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai, no pārtikas materiālu koncentrācijas līdz farmaceitiskajai attīrīšanai. Dažādiem attīrīšanas procesiem ir ļoti atšķirīga ieplūstošā ūdens kvalitāte, piesārņojošo vielu veidi, darbības apstākļi un notekūdeņu atbilstības prasības. Tāpēc atbilstošās tīrīšanas metodes, reaģenta izvēle, tīrīšanas biežums un tīrīšanas intensitāte būtiski atšķiras. Galvenās atšķirības var iedalīt piecos tipiskos scenārijos:
(I) Dzeramā ūdens/pašvaldības ūdensapgādes attīrīšanas procesi
Šo procesu ietekmē virszemes ūdeņi vai gruntsūdeņi ar relatīvi stabilu ūdens kvalitāti un zemu piesārņojošo vielu koncentrāciju. Galvenie piesārņotāji ir dabiskās organiskās vielas, koloīdi, mikroorganismi un neliels daudzums suspendēto vielu. Membrānas piesārņojums galvenokārt ir viegls organisks un bioloģisks piesārņojums ar ļoti nelielu smagu neorganisku zvīņošanos.
- Pamata tīrīšanas loģika: fiziskā tīrīšana ir galvenā metode ar stingru ķīmisko līdzekļu izmantošanas kontroli, lai izvairītos no ķīmisko vielu atliekām dzeramajā ūdenī.
- Konkrētas atšķirības: ikdienas tīrīšanā galvenokārt tiek izmantota "gaisa-ūdens pretskalošana" ar pretskalošanas ciklu 30-60 minūtes; tiek veikta ikdienas apkopes tīrīšana ar zemas-koncentrācijas nātrija hipohlorītu, stingri kontrolējot līdzekļa koncentrāciju; katru mēnesi ir nepieciešama tikai viena pastiprināta ķīmiskā tīrīšana, galvenokārt izmantojot "mazgāšanu ar sārmu + nātrija hipohlorītu", īslaicīgu mazgāšanu ar skābi pievienojot tikai tad, ja notiek neorganiska kaļķakmens veidošanās; Bezsaistes tīrīšana gandrīz nekad netiek izmantota, tikai atjaunojošā tīrīšana tiek veikta membrānas moduļa kalpošanas laika beigās.
(II) Komunālo notekūdeņu attīrīšanas/reģenerētā ūdens atkārtotas izmantošanas process
Šajā procesā ieplūst sekundārie notekūdeņi no sadzīves notekūdeņu attīrīšanas iekārtām. Piesārņotājus galvenokārt veido organisko vielu atliekas, mikrobu metabolīti, koloīdi, neliels daudzums fosfora un suspendētās cietās vielas ar mērenu piesārņojuma līmeni. Tam ir nosliece uz bioloģisku un koloidālu piesārņojumu, un, iespējams, neorganiskā zvīņošanās var rasties augsta-reģenerācijas-reģenerētā ūdens atkārtotas izmantošanas apstākļos.
- Pamata tīrīšanas loģika: uzsvars tiek likts uz fizisko un ķīmisko tīrīšanu, ar augstas-frekvences piesārņojuma kontroli, lai pielāgotos bioloģisko notekūdeņu piesārņojuma īpašībām.
- Konkrētas atšķirības: fiziskajā tīrīšanā parasti tiek izmantota "gaisa-mazgāšana ar ūdeni + mazgāšana ar ūdeni", pretmazgāšanas cikls tiek saīsināts līdz 20-60 minūtēm un tīrīšanas intensitāte ir augstāka nekā padeves ūdens procesos. Katru dienu tiek veikta nātrija hipohlorīta apkopes tīrīšana, kam seko intensīva ķīmiskā tīrīšana ik pēc 1-2 nedēļām. "Sārma mazgāšana + oksidēšana" ir primārā metode, ko papildina regulāra mazgāšana ar skābi, lai no bioķīmiskiem procesiem noņemtu fosfātu nogulsnes un metālu hidroksīda piesārņotājus. Augstas reģenerācijas atkārtotas izmantošanas sistēmām ir nepieciešams vēl vairāk saīsināt tīrīšanas ciklu, lai izvairītos no neatgriezeniska piesārņojuma, ko izraisa piesārņotāju koncentrācija koncentrāta pusē.
(III) Rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas procesi (ko raksturo spēkstaciju atsērošanas notekūdeņi, krāsošanas un drukas notekūdeņi un ķīmiskie notekūdeņi)
Ieplūstošā ūdens kvalitāte šāda veida procesam ir sarežģīta, un to parasti raksturo augsts sāļums, augsta cietība, augsts ĶSP un augsts suspendēto cietvielu daudzums. Piesārņotāju vidū ir smagie metāli, silīcija dioksīda nogulsnes, nepastāvīgas organiskās vielas, eļļas, krāsvielas utt. Membrānas piesārņojums ir ātrs un spēcīgs, viegli novedot pie neatgriezeniska piesārņojuma, padarot to par sarežģītāko ultrafiltrācijas tīrīšanas scenāriju.
- Tīrīšanas pamatloģika: ķīmiskā tīrīšana ir galvenā metode, fiziskā tīrīšana ir palīgmetode, augstas frekvences un augstas intensitātes tīrīšana tiek izmantota, lai novērstu sarežģītu piesārņojumu, un bezsaistes tīrīšanu izmanto, ja nepieciešams, lai izvairītos no membrānas moduļu nodošanas metāllūžņos.
- Konkrētas atšķirības: fiziskā tīrīšana tiek izmantota tikai kā ikdienas palīgmetode, pretmazgāšanas cikls tiek saīsināts līdz 15–30 minūtēm, un gaisa tīrīšanas intensitāte ir ievērojami uzlabota; pastiprināta ķīmiskā tīrīšana tiek veikta reizi nedēļā, un parastā metode ir "mazgāšana ar skābi + mazgāšana ar sārmu + oksidēšana", lai tīrītu mainīgos posmos, un līdzekļa koncentrācija ir daudz augstāka nekā pašvaldības ūdens attīrīšanai; īpašiem piesārņotājiem ir nepieciešami īpaši tīrīšanas līdzekļi, piemēram, pievienojot amonija fluorīdu silīcija piesārņojumam atsērošanas notekūdeņos, un pievienojot īpašas virsmaktīvās vielas, lai noņemtu krāsvielas un eļļas krāsošanas un drukas notekūdeņos; kad membrānas plūsma samazinās par vairāk nekā 30%, tā nekavējoties jāizjauc, lai veiktu dziļu tīrīšanu bezsaistē, lai izvairītos no neatgriezeniska piesārņojuma veidošanās, izžūstot piesārņotājiem.
(IV) Pārtikas un dzērienu/farmācijas ražošanas process
Šajā procesā tiek apstrādāti tādi materiāli kā piena produkti, augļu sula, ķīniešu medicīnas ekstrakti un fermentācijas šķidrumi. Piesārņotāji galvenokārt ir bioloģiskas makromolekulas, piemēram, olbaltumvielas, polisaharīdi un cietes. Galvenā prasība ir pilnībā izvairīties no līdzekļu atliekām, nodrošināt izstrādājuma drošību un tajā pašā laikā izvairīties no membrānas materiāla sabojāšanas ar spēcīgiem līdzekļiem. - Pamata tīrīšanas loģika: saudzīga tīrīšana ir galvenā metode; toksisku, kaitīgu vai viegli paliekošu spēcīgu vielu izmantošana ir stingri aizliegta. Tīrīšana tiek sinhronizēta ar sērijveida ražošanu, lai izvairītos no piesārņotāju izžūšanas.
- Konkrētas atšķirības: fiziskajā tīrīšanā tiek izmantota silta ūdens iepriekšēja skalošana + atpakaļmazgāšana, kas tiek veikta uzreiz pēc katras ražošanas partijas, lai noņemtu vaļējus proteīnu un polisaharīdu piesārņotājus; ķīmiskajā tīrīšanā galvenokārt izmanto zemas-koncentrācijas NaOH kombinācijā ar enzīmu tīrīšanas līdzekļiem, lai īpaši sadalītu bioloģiskās makromolekulas, izvairoties no olbaltumvielu denaturācijas un nogulsnēšanās, ko izraisa spēcīgi līdzekļi; augstas -koncentrācijas spēcīgu oksidētāju, fluorūdeņražskābes un citu toksisku tīrīšanas līdzekļu izmantošana ir stingri aizliegta, un tīrīšana ar stipru skābi tiek izmantota reti; pēc tīrīšanas ir jāveic stingra skalošana ar ūdeni un sterilitātes un atlieku pārbaude, lai nodrošinātu atbilstību pārtikas un farmācijas drošības standartiem.
(V) Īpašu materiālu atdalīšana un īpašie membrānas procesi
Papildus parastajām ūdens attīrīšanas un pārtikas un farmācijas vajadzībām ultrafiltrācijas membrānas tiek plaši izmantotas eļļas -ūdens atdalīšanai, polimēru koncentrēšanai un īpašos atdalīšanas procesos. Šajos procesos piesārņotāji galvenokārt ir eļļas, polimēri un hidrofobi organiskie savienojumi, kas rada būtiskas atšķirības tīrīšanas metodēs: fiziskajā tīrīšanā tiek izmantota augstas -temperatūras karstā ūdens skalošana, lai uzlabotu eļļas piesārņotāju izšķīšanu un noņemšanu; ķīmiskajā tīrīšanā galvenokārt izmanto specializētus attaukošanas līdzekļus un nejonu virsmaktīvās vielas, apvienojumā ar vieglu sārmainu mazgāšanu, un stingri aizliedz izmantot ļoti polārus līdzekļus, kas varētu sabojāt membrānas atdalīšanas veiktspēju; Speciālos cauruļveida membrānu atdalīšanas procesos var izmantot augstspiediena skalošanu ar ūdeni kombinācijā ar mehānisko tīrīšanu, lai apstrādātu stipri piesārņotus materiālus ar augstu koncentrāciju.
III. Galvenie faktori, kas nosaka ultrafiltrācijas membrānas tīrīšanas metodes
Ultrafiltrācijas membrānām nav viena -izmēra-piemērota-attīrīšanas šķīduma. Jebkuras tīrīšanas metodes izvēlei ir nepieciešams visaptverošs vērtējums un pielāgots dizains, kas balstīts uz vairākiem faktoriem. Pieciem galvenajiem faktoriem ir izšķiroša nozīme, un šie faktori mijiedarbojas viens ar otru, kopā veidojot tīrīšanas šķīduma dizaina pamatā esošo loģiku.
(I) Membrānas materiāls un membrānas moduļa struktūra
Tas ir galvenais priekšnoteikums tīrīšanas metodes izvēlei, tieši nosakot tīrīšanas līdzekļu klāstu, tīrīšanas intensitāti un saderību ar fiziskām tīrīšanas metodēm. Tā ir sarkanā līnija visiem tīrīšanas shēmas projektiem; šīs līnijas pārkāpšana novedīs pie neatgriezeniskiem membrānas struktūras bojājumiem.
- Membrānas materiālu ķīmiskā izturība: dažādiem membrānas materiāliem ir ļoti atšķirīga izturība pret skābēm, sārmiem, oksidāciju un temperatūru. Keramikas ultrafiltrācijas membrānu pH pielaides diapazons ir 0-14, tās ir izturīgas pret stiprām skābēm un sārmiem, spēcīgiem oksidētājiem un augstu temperatūru, un tās var tīrīt ar pārmaiņus augstas-koncentrācijas skābēm un sārmiem vai pat ar paaugstinātu{11}}temperatūras tīrīšanu. Starp organiskajām membrānām PVDF (polivinilidēna fluorīds) ir ļoti izturīgs pret skābēm un sārmiem, un tam ir spēcīga oksidācijas izturība, padarot to par galveno materiālu ūdens attīrīšanas jomā. Tas ir saderīgs ar parastajiem skābju un sārmu tīrīšanas līdzekļiem un nātrija hipohlorītu. PES (poliētersulfonam) un PS (polisulfonam) ir laba sārmu izturība, taču to hlorizturība ir daudz vājāka nekā PVDF. Stingri jākontrolē nātrija hipohlorīta koncentrācija un saskares laiks. PAN (poliakrilnitrils) un CA (celulozes acetāts) ir vāja izturība pret skābēm un sārmiem un izturība pret oksidēšanu. Augstas-koncentrācijas skābes un sārmi, kā arī spēcīgi oksidētāji ir stingri aizliegti. Var izmantot tikai maigus tīrīšanas līdzekļus un zemas intensitātes tīrīšanas metodes.
- Membrānas moduļa struktūras pielāgošanās spēja: plūsmas kanālu konstrukcijas atšķirības starp dobu šķiedru (iekšējais spiediens/ārējais spiediens), spirālveida tinumu un cauruļveida membrānām tieši nosaka fiziskās tīrīšanas metodes izvēli. Ārējās spiediena dobu šķiedru membrānas ir piemērotas gaisa un ūdens mazgāšanai, savukārt iekšējās spiediena membrānas ir vairāk piemērotas ātrgaitas skalošanai un mazgāšanai atpakaļ; cauruļveida membrānām ir plaši plūsmas kanāli, un tās var izskalot ar augstspiediena ūdeni un mehāniski tīrīt ar sūkļa bumbiņām, savukārt spirālveida membrānām ir šauri plūsmas kanāli, un tām ir stingri aizliegts mehāniski tīrīt, paļaujoties tikai uz hidraulisko un ķīmisko tīrīšanu, un tām ir augstākas prasības attiecībā uz līdzekļu izkliedējamību, lai izvairītos no mirušo stūru tīrīšanas.
(II) Piesārņojošo vielu veidi un pakāpes
Tas ir galvenais pamats tīrīšanas līdzekļa veida un tīrīšanas procesa izvēlei, kas tieši nosaka tīrīšanas mērķi un efektivitāti. "Pareiza līdzekļa izvēle pareizajam stāvoklim" ir veiksmīgas tīrīšanas atslēga.
- Piesārņojošo vielu veidi: dažādi piesārņotāji atbilst pilnīgi atšķirīgiem tīrīšanas risinājumiem. Neorganiskās nogulsnes (kalcija un magnija sāļi, dzelzs un mangāna oksīdi) jātīra ar skābiem tīrīšanas līdzekļiem; organiskie piesārņotāji (humīnskābe, tauki, proteīns) jātīra ar sārmainiem tīrīšanas līdzekļiem + virsmaktīvās vielas/fermenti; bioloģiskais piesārņojums (baktērijas, bioplēve) jātīra ar oksidējošiem tīrīšanas līdzekļiem + sārmaina tīrīšana; Silīcija dioksīda mēroga piesārņojumam ir nepieciešama augstas -temperatūras sārma tīrīšana vai īpaši tīrīšanas līdzekļi, kuru pamatā ir fluors{5}}. Ja ir komplekss piesārņojums, tīrīšanas secība ir stingri jākontrolē. Vispirms ir jānoņem organiskie un bioloģiskie piesārņotāji, pēc tam jāizšķīdina neorganiskie piesārņotāji, lai novērstu piesārņotāju reakciju un vairāk piesārņotāju veidošanos.
Grūti{0}}noņemt-vielas.
- Netīrības pakāpe: tieši nosaka tīrīšanas metodes intensitāti un veidu. Viegls piesārņojums (plūsmas samazināšana<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%, darba spiediena starpība ir dubultota, tiešsaistes tīrīšana neefektīva), nepieciešama dziļa tīrīšana bezsaistē, lai izvairītos no pastāvīgas nopietnas piesārņošanas, kas izraisa neatgriezenisku membrānas moduļa atteici.
(III) Apstrādes procesa darbības apstākļi un sistēmas dizains
Ultrafiltrācijas sistēmas darbības parametri, filtrēšanas režīms un pirmapstrādes dizains tieši ietekmē membrānas piesārņojuma veidošanās ātrumu, veidu un izplatību, tādējādi nosakot tīrīšanas biežumu, tīrīšanas ciklu un tīrīšanas intensitāti.
- Filtrēšanas režīmi un darbības parametri: Šķērsplūsmas-filtrēšanas režīmā liela-ātruma ūdens plūsma koncentrāta pusē nepārtraukti mazgā membrānas virsmu, kā rezultātā samazinās piesārņotāju nogulsnēšanās un tīrīšanas biežums. Strupceļa-filtrēšanas režīmā visi piesārņotāji tiek iesprostoti uz membrānas virsmas, izraisot ātru piesārņojumu, un ir nepieciešams ievērojami palielināt tīrīšanas biežumu. Turklāt liela -plūsma, augsts-atgūšanas ātrums- un augsts-spiediena darbības apstākļi pastiprina koncentrācijas polarizāciju un piesārņotāju adsorbciju, izraisot ātrāku un spēcīgāku membrānas piesārņojumu, kā rezultātā nepieciešams ievērojami īsāks tīrīšanas cikls un palielināta tīrīšanas intensitāte. Un otrādi, maigākos darbības apstākļos ar zemu plūsmu un zemu atgūšanas ātrumu tīrīšanas biežumu var ievērojami samazināt.
- Priekšapstrādes dizains: sistēmās ar visaptverošu pirmapstrādi (piemēram, koagulācijas sedimentāciju, multi-vides filtrēšanu un drošības filtrēšanu) ir ievērojami samazināta ieplūstošo suspendēto vielu un koloīdu koncentrācija, kā rezultātā notiek neliela membrānas piesārņošana un nepieciešama tikai regulāra tīrīšana, lai nodrošinātu stabilu darbību. Sistēmas, kurām nav pirmapstrādes un ar lielu ieplūstošu piesārņotāju slodzi, ir ļoti jutīgas pret strauju un nopietnu piesārņojumu, tādēļ nepieciešama bieža intensīva tīrīšana vai pat periodiska tīrīšana bezsaistē.
(IV) Piemērošanas scenāriju atbilstība un drošības prasības
Dažādu nozaru notekūdeņu standarti un produktu drošības noteikumi tieši ierobežo tīrīšanas līdzekļu veidus, koncentrācijas un lietošanas metodes, kas ir obligātā atbilstības sarkanā līnija tīrīšanas šķīduma dizainā.
- Dzeramā ūdens, pārtikas un farmācijas rūpniecībā ir stingri aizliegts izmantot toksiskus, kaitīgus un{1}}atliekas saturošus tīrīšanas līdzekļus, piemēram, augstas-koncentrācijas sālsskābi, fluorūdeņražskābi un smago metālu dezinfekcijas līdzekļus. Pārtikas -tīrīšanas līdzekļiem ir jāpiešķir prioritāte, stingri kontrolējot līdzekļa koncentrāciju un saskares laiku. Rūpīga skalošana un atlieku pārbaude ir būtiska pēc tīrīšanas, lai izvairītos no produkta drošības un ūdens kvalitātes standartu ietekmēšanas.
- Rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas nozarē nav stingru ierobežojumu attiecībā uz aģentu atliekām. Augstas-koncentrācijas līdzekļus un specializētus tīrīšanas līdzekļus var izvēlēties atkarībā no piesārņojuma līmeņa. Galvenais mērķis ir pilnībā atjaunot membrānas veiktspēju, vienlaikus apsverot arī tīrīšanas notekūdeņu attīrīšanu, lai novērstu vides standartu pārsniegšanu.
(V) Ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas un membrānas moduļa kalpošanas laika prasības
Izvēloties tīrīšanas metodes, galu galā ir jāsabalansē tīrīšanas efektivitāte, ekspluatācijas un apkopes izmaksas, kā arī viss membrānas moduļu kalpošanas laiks.
- Tiešsaistes tīrīšana ir vienkārša, tai nav nepieciešama dīkstāve, un tai ir zemas darbaspēka un ķīmiskās izmaksas, tāpēc tā ir ieteicamā izvēle ikdienas apkopei. Tomēr tā tīrīšanas efekts ir ierobežots smagu piesārņojumu gadījumos. Tīrīšana bezsaistē nodrošina labus rezultātus, taču tai ir jāizjauc komponenti un jāizslēdz, kā rezultātā rodas lielas darbaspēka un ķīmisko vielu izmaksas. Bieža tīrīšana bezsaistē var arī paātrināt membrānas novecošanos un saīsināt membrānas kalpošanas laiku.
- Spēcīgi oksidētāji un augstas-koncentrācijas skābju/sārmu tīrīšanas līdzekļi ir efektīvi, taču ilgstoša-bieža-biežuma lietošana var paātrināt membrānas noārdīšanos un aiztures slāņa bojājumus, saīsinot membrānas kalpošanas laiku. Tāpēc nozares-standarta princips ir "fiziskā tīrīšana kā primārā metode, ko papildina ķīmiskā tīrīšana". Nodrošinot tīrīšanas efektivitāti, ķīmisko vielu biežums un koncentrācija ir jāsamazina, lai maksimāli palielinātu membrānas moduļa kalpošanas laiku un samazinātu kopējās ekspluatācijas izmaksas.
Secinājums
Ultrafiltrācijas membrānas tīrīšana un apkope ir sistemātisks projekts, kas līdzsvaro mērķēšanu, pielāgošanās spēju un drošību. Dažādiem apstrādes procesiem ir nepieciešamas principiāli atšķirīgas tīrīšanas metodes ūdens kvalitātes, piesārņotāju, darbības apstākļu un atbilstības prasību atšķirību dēļ. Galīgo tīrīšanas metodes izvēli nosaka pieci galvenie faktori: membrānas materiāls un struktūra, piesārņojošo vielu īpašības, darbības apstākļi, atbilstības prasības un izmaksu kontrole.
Faktiskajā ekspluatācijā un apkopē nav viena nemainīga tīrīšanas risinājuma. Tīrīšanas parametri un plāni ir dinamiski jāpielāgo, pamatojoties uz membrānas sistēmas reāllaika darbības datiem, regulāru piesārņojuma veida un pakāpes analīzi un darbības un uzturēšanas izmaksu optimizāciju, lai sasniegtu galvenos mērķus, proti, maksimāli palielināt tīrīšanas efektivitāti, samazināt membrānas bojājumus un optimizēt darbības un uzturēšanas izmaksas, tādējādi nodrošinot ilgtermiņā stabilu un īpaši efektīvu filtrēšanas sistēmas darbību.
