Pēc membrānas aizsērēšanas ir nepieciešama tīrīšana, lai atjaunotu tās veiktspēju. Lai gan dažādu membrānu ražotāju piedāvātās tīrīšanas metodes atšķiras, pamatprincips lielākoties ir vienāds: piesārņotāju noņemšana no membrānas virsmas un porām ar fizikāliem, ķīmiskiem un bioloģiskiem līdzekļiem, tādējādi atjaunojot membrānas plūsmu un selektivitāti. Šajā rakstā tiks sistemātiski iepazīstināts ar galvenajām membrānu tīrīšanas metodēm un veiktspējas rādītājiem ūdens apstrādes profesionāļiem.
I. Pārskats par membrānas tīrīšanas metodēm
Membrānas tīrīšanas metodes parasti var iedalīt trīs kategorijās: fiziskā tīrīšana, ķīmiskā tīrīšana un bioloģiskā tīrīšana. Katram no tiem ir savas īpašības, un tos var izmantot atsevišķi vai kombinācijā.
1. Fiziskā tīrīšana
Fiziskā tīrīšana galvenokārt ietver atpakaļskalošanu, hidraulisko skalošanu, tīrīšanu ar ultraskaņu un mehānisko tīrīšanu. Šīs metodes balstās uz mehānisku vai hidraulisku darbību, lai noņemtu piesārņotājus, kas pielipuši membrānas virsmai. Tās ir ne-ķīmiskas metodes, vienkāršas procesā, zemas izmaksas un minimāli bojā membrānas materiālu, tāpēc tās bieži vien ir ieteicamās tīrīšanas metodes. Izplatītas fiziskās tīrīšanas metodes ir pretskalošana, zema-spiediena vai augsta-spiediena skalošana un dažas mazāk izplatītas fiziskās tīrīšanas metodes, piemēram, ultraskaņas tīrīšana un elektriskā lauka tīrīšana.
Atgriezeniskā mazgāšana ietver apgrieztā spiediena pielietošanu, lai piespiestu tīru ūdeni membrānas porās no permeāta puses, noņemot piesārņotājus, kas pielipuši membrānas virsmai un porās. Šī metode ir īpaši efektīva dobu šķiedru membrānām, piemēram, ultrafiltrācijas vai dobu šķiedru nanofiltrācijas membrānām.
Zema-spiediena vai augsta- spiediena skalošana izmanto sānu plūsmas ātrumu, lai ietekmētu membrānas virsmu, noņemot vaļējus nogulsnes.
Ultraskaņas viļņi šķidrumos rada kavitāciju; mikrostrūklas plūsmas, kas rodas burbuļu plīšanas laikā, efektīvi iedarbojas uz membrānas virsmu, atbrīvojot un noņemot piesārņojuma slāni. Šī metode ir piemērota, lai bezsaistē noņemtu stingri piestiprinātu organisko vai koloidālo piesārņojumu.
Elektriskā lauka tīrīšana izmanto impulsu elektriskos laukus abos membrānas moduļa galos, izmantojot elektroosmozi un elektroķīmiskas reakcijas, lai noņemtu piesārņotājus. Šī ir jauna membrānu reģenerācijas tehnoloģija.
Fiziskā tīrīšana ir vienkārša, lēta un videi draudzīga; tomēr tā efektivitāte ir ierobežota spēcīgai adhezīvai organiskai vielai un neorganisku zvīņu slāņiem. Tāpēc to bieži izmanto kopā ar ķīmisko tīrīšanu.
2. Ķīmiskā tīrīšana Ķīmiskā tīrīšana ir nepieciešama, ja fiziskā tīrīšana ir neefektīva. Ķīmiskā tīrīšana ir process, kurā tiek izmantotas ķīmiskas vielas, lai izšķīdinātu, kompleksētu, oksidētu vai pārziepjotu piesārņotājus membrānas porās un ārpus tām, izraisot struktūras izmaiņas vai pārvēršot šķīstošās vielās, tādējādi atjaunojot membrānas veiktspēju. Pamatojoties uz izmantoto līdzekļu īpašībām, ķīmisko tīrīšanu var iedalīt šādās kategorijās:
(1) Skābes mazgāšana
Skābju mazgāšanu galvenokārt izmanto, lai noņemtu neorganiskos katlakmens un metāla oksīdu piesārņotājus. Parasti izmantotie līdzekļi ir sālsskābe, slāpekļskābe, fosforskābe un citronskābe. Skābes var reaģēt ar metālu oksīdiem, veidojot šķīstošus sāļus, tādējādi noņemot nogulsnēto slāni. Piemēram, sālsskābe var efektīvi noņemt neorganiskās nogulsnes, piemēram, kalcija karbonātu un dzelzs hidroksīdu, savukārt citronskābe ir maigāka un piemērota sistēmām, kas ir jutīgas pret membrānas materiāliem.
(2) Sārma mazgāšana
Sārmu mazgāšanu galvenokārt izmanto, lai noņemtu organiskos piesārņotājus, taukus un olbaltumvielu piesārņotājus. Parasti izmantotie līdzekļi ir NaOH, Na2CO₃, Na3PO4 un EDTA. Sārmainos apstākļos var pārziepjot organiskās vielas, denaturēt olbaltumvielas vai sadalīties mikrobu flokās. Piemēram, NaOH šķīdums var efektīvi noņemt olbaltumvielu piesārņotājus.
(3) Oksidatīvā tīrīšana
Oksidējošie tīrīšanas līdzekļi, piemēram, nātrija hipohlorīts, ūdeņraža peroksīds un pereetiķskābe, ir spēcīgi oksidētāji, kas var oksidēt organiskos piesārņotājus mazās ūdenī šķīstošās molekulās. Tie samazina piesārņojošo vielu saķeri, pārtraucot to ķīmiskās saites, karboksilgrupas vai amīnu grupas. Tos parasti izmanto dezinfekcijai un organisko membrānu nogulšņu noņemšanai, taču jāņem vērā, ka dažas membrānas (piemēram, aromātiskā poliamīda reversās osmozes membrānas) ir jutīgas pret oksidētājiem.
(4) Virsmaktīvās vielas tīrīšana
Virsmaktīvās vielas, piemēram, Triton X-100 un nātrija dodecilbenzolsulfonāts (SDBS), var emulģēt smērvielas un olbaltumvielas un izkliedēt daļiņu piesārņotājus. To darbības mehānisms ir samazināt saskarnes spriegumu, padarot piesārņotājus vieglāk desorbējamus. Virsmaktīvās vielas tīrīšana ir īpaši efektīva eļļainu notekūdeņu vai pārtikas pārstrādes notekūdeņu sistēmām.
(5) Kompleksā tīrīšana
Parasti izmantotie kompleksveidotāji, piemēram, etilēndiamīntetraetiķskābe (EDTA), var veidot stabilus kompleksus ar metālu joniem, iznīcinot neorganisko katlakmens struktūru un tādējādi noņemot metāla nogulsnes. Lai iegūtu labākus rezultātus, tos bieži izmanto kombinācijās ar vairākiem piesārņotājiem (piemēram, Ca²⁺-organiskās skābes skalu). Ķīmiskās tīrīšanas panākumi ir cieši saistīti ar tīrīšanas šķīduma koncentrāciju, temperatūru, laiku un pH. Praksē bieži tiek izmantotas vairākas zemas-koncentrācijas tīrīšanas, lai samazinātu membrānas materiāla bojājumus.
3. Bioloģiskā tīrīšana Bioloģiskā tīrīšana izmanto fermentu vai mikroorganismu biokatalītisko darbību, lai sadalītu piesārņotājus. Piemēram, proteāzes var noārdīt proteīnu piesārņotājus, lipāzes var noņemt taukus, un celulāzes var sadalīt organisko membrānu skalu. Tās priekšrocības ir tādas, ka tas ir maigs, videi draudzīgs, nav -toksisks un rada minimālus bojājumus membrānas struktūrai; tā trūkumi ir augstākas izmaksas un ierobežota pielietojamība, un to bieži izmanto kā papildinājumu ķīmiskai tīrīšanai.
II. Visaptverošas analīzes un inženiertehniskās prakses ieteikumi
No inženiertehniskā pielietojuma viedokļa membrānas tīrīšanas stratēģiju izvēle ir vispusīgi jānosaka, pamatojoties uz piesārņojuma veidu, membrānas materiāla īpašībām un sistēmas darbības apstākļiem.
Neorganiskā mēroga piesārņojums: priekšroka tiek dota skābes mazgāšanai + kompleksveidotājai;
Organiskie un bioloģiskie piesārņojumi: Sārma mazgāšana + virsmaktīvā viela;
Kombinēta piesārņošana: ķīmiskā tīrīšana, kam seko fiziska tīrīšana vai mainīgas tīrīšanas metodes;
Viegli oksidējošas membrānas: Izvairieties no spēcīgu oksidētāju lietošanas.
Tīrīšanas procesā jākontrolē temperatūra (parasti 25–40 grādi), lai palielinātu reakcijas ātrumu, vienlaikus novēršot membrānas bojājumus. Turklāt uzmanība jāpievērš tīrīšanas šķīduma cirkulācijas ātrumam un plūsmas modelim, lai nodrošinātu efektīvu ķīmisko vielu nobīdi uz membrānas virsmas. Pēc tīrīšanas ir nepieciešama rūpīga skalošana, lai novērstu sekundāro piesārņojumu no atlikušajiem aģentiem.
Kopsavilkums
Membrānas tīrīšana ir būtisks solis membrānas atdalīšanas sistēmu stabilā darbībā. Pareiza tīrīšanas metode var ne tikai efektīvi atjaunot membrānas veiktspēju, bet arī pagarināt membrānas kalpošanas laiku un samazināt ekspluatācijas izmaksas. Fiziskā tīrīšana ir vienkārša un ekonomiska, ķīmiskā tīrīšana ir rūpīga un efektīva, un bioloģiskā tīrīšana ir videi draudzīga. Apvienojot šīs trīs metodes, var izstrādāt visaptverošu un izmaksu{3}}efektīvu tīrīšanas risinājumu, pamatojoties uz piesārņojuma īpašībām. Nākotnē, uzlabojot membrānas materiālus un attīstot tīrīšanas tehnoloģijas, par galveno virzienu kļūs zems-ķīmisko vielu patēriņš, automatizēta kontrole un vieda tīrīšana. Ūdens attīrīšanas inženieriem membrānas tīrīšanas mehānismu un novērtēšanas metožu apguve ir būtisks kurss sistēmas uzticamības un ekonomijas uzlabošanai.