Nakon zaprljanja membrane potrebno je čišćenje kako bi se povratio njen učinak. Dok se metode čišćenja koje predlažu različiti proizvođači membrana razlikuju, osnovni princip je uglavnom isti: uklanjanje zagađivača s površine membrane i pora putem fizičkih, kemijskih i bioloških sredstava, čime se vraća protok i selektivnost membrane. Ovaj članak će sistematski predstaviti glavne metode i pokazatelje učinka čišćenja membrane za stručnjake za tretman vode.
I. Pregled metoda čišćenja membrana
Metode čišćenja membrane općenito se mogu podijeliti u tri kategorije: fizičko čišćenje, kemijsko čišćenje i biološko čišćenje. Svaki od njih ima svoje karakteristike i može se koristiti pojedinačno ili u kombinaciji.
1. Fizičko čišćenje
Fizičko čišćenje uglavnom uključuje povratno ispiranje, hidraulično ispiranje, ultrazvučno čišćenje i mehaničko ribanje. Ove metode se oslanjaju na mehaničko ili hidraulično djelovanje za uklanjanje zagađivača koji se lijepe na površinu membrane. To su ne-hemijske metode, jednostavne su u procesu, niske cijene i uzrokuju minimalno oštećenje materijala membrane, što ih često čini preferiranim metodom čišćenja. Uobičajene metode fizičkog čišćenja uključuju povratno ispiranje, ispiranje niskim-pritiskom ili visokim-pritiskom i neke manje uobičajene metode fizičkog čišćenja, kao što su ultrazvučno čišćenje i čišćenje električnim poljem.
Povratno ispiranje uključuje primjenu obrnutog pritiska kako bi se čista voda ugurala u pore membrane sa strane permeata, uklanjajući zagađivače koji se lijepe na površinu membrane i unutar pora. Ova metoda je posebno efikasna za membrane od šupljih vlakana, kao što su ultrafiltracione ili nanofiltracione membrane sa šupljim vlaknima.
Ispiranje niskim-pritiskom ili visokim-pritiskom koristi bočnu brzinu protoka da utiče na površinu membrane, uklanjajući labave naslage.
Ultrazvučni talasi stvaraju kavitaciju u tečnostima; mikromlazne struje nastale prilikom pucanja mjehurića efikasno utiču na površinu membrane, labaveći i uklanjajući sloj zagađivanja. Ova metoda je prikladna za offline uklanjanje čvrsto vezanih organskih ili koloidnih nečistoća.
Čišćenje električnog polja primjenjuje impulsna električna polja na oba kraja membranskog modula, koristeći elektroosmozu i elektrohemijske reakcije za uklanjanje zagađivača. Ovo je nova tehnologija regeneracije membrane.
Fizičko čišćenje je jednostavno za rukovanje, jeftino i ekološki prihvatljivo; međutim, njegova efikasnost je ograničena za jako lepljive organske materije i slojeve neorganskog kamenca. Stoga se često koristi u kombinaciji s kemijskim čišćenjem.
2. Hemijsko čišćenje Hemijsko čišćenje je neophodno kada je fizičko čišćenje neefikasno. Hemijsko čišćenje je proces koji koristi hemijska sredstva za otapanje, kompleksiranje, oksidaciju ili saponifikovanje zagađivača unutar i izvan membranskih pora, uzrokujući strukturne promjene ili pretvaranje u rastvorljive supstance, čime se vraćaju performanse membrane. Na osnovu svojstava upotrijebljenih sredstava, hemijsko čišćenje se može podijeliti u sljedeće kategorije:
(1) Pranje kiselinom
Kiselinsko pranje se uglavnom koristi za uklanjanje neorganskog kamenca i zagađivača metalnih oksida. Često korišteni agensi uključuju hlorovodoničnu kiselinu, azotnu kiselinu, fosfornu kiselinu i limunsku kiselinu. Kiseline mogu reagovati sa metalnim oksidima da formiraju rastvorljive soli, čime se uklanja nataloženi sloj. Na primjer, hlorovodonična kiselina može efikasno ukloniti neorganski kamenac kao što su kalcijum karbonat i željezni hidroksid, dok je limunska kiselina nježnija i pogodna za sisteme osjetljive na membranske materijale.
(2) Alkalno pranje
Alkalno pranje se uglavnom koristi za uklanjanje organskih zagađivača, masti i proteinskih kontaminanata. Često korišteni agensi uključuju NaOH, Na₂CO₃, Na₃PO₄ i EDTA. U alkalnim uslovima, organska tvar se može saponificirati, proteini denaturirati ili mikrobne flokule razgraditi. Na primjer, otopina NaOH može efikasno ukloniti proteinske kontaminante.
(3) Oksidativno čišćenje
Oksidativna sredstva za čišćenje, kao što su natrijum hipoklorit, vodikov peroksid i persirćetna kiselina, jaki su oksidansi koji mogu oksidirati organske zagađivače u male, u vodi{0}}topive molekule. Oni smanjuju adheziju zagađivača razbijanjem njihovih hemijskih veza, karboksilnih grupa ili aminskih grupa. Obično se koriste za dezinfekciju i uklanjanje organskog membranskog kamenca, ali treba napomenuti da su neke membrane (kao što su membrane za reverznu osmozu od aromatičnog poliamida) osjetljive na oksidanse.
(4) Čišćenje površinski aktivnih tvari
Surfaktanti, kao što su Triton X-100 i natrijum dodecilbenzen sulfonat (SDBS), mogu emulgovati masti i proteine i raspršiti čestice zagađivača. Njihov mehanizam djelovanja je da smanje međufaznu napetost, čime se zagađivači lakše desorbiraju. Čišćenje površinski aktivnih materija je posebno efikasno za sisteme otpadnih voda sa zauljenim otpadnim vodama ili preradom hrane.
(5) Složeno čišćenje
Često korištena sredstva za formiranje kompleksa, kao što je etilendiamintetrasirćetna kiselina (EDTA), mogu formirati stabilne komplekse sa ionima metala, uništavajući strukturu neorganskog kamenca i na taj način uklanjajući metalne naslage. Često se koriste u kombinaciji u sistemima sa više zagađivača (kao što je Ca²⁺-okal organske kiseline) za bolje rezultate. Uspjeh kemijskog čišćenja usko je povezan s koncentracijom, temperaturom, vremenom i pH otopine za čišćenje. U praksi se često koriste višestruka čišćenja niske{4}}koncentracije kako bi se minimizirala oštećenja materijala membrane.
3. Biološko čišćenje Biološko čišćenje koristi biokatalitičko djelovanje enzima ili mikroorganizama za razlaganje zagađivača. Na primjer, proteaze mogu razgraditi proteinske kontaminante, lipaze mogu ukloniti masnoće, a celulaze mogu razgraditi organsku membranu. Njegove prednosti su što je blag, ekološki prihvatljiv, netoksičan i uzrokuje minimalno oštećenje strukture membrane; njegovi nedostaci su viša cijena i ograničena primjenjivost, a često se koristi kao dodatak kemijskom čišćenju.
II. Sveobuhvatna analiza i preporuke inženjerske prakse
Iz perspektive inženjerske primjene, izbor strategija za čišćenje membrane treba sveobuhvatno odrediti na osnovu vrste onečišćenja, karakteristika materijala membrane i radnih uslova sistema.
Neorganski kamenac: Poželjno je pranje kiselina + agens za stvaranje kompleksa;
Organsko i biološko zagađivanje: Alkalno pranje + surfaktant;
Kombinirano zagađivanje: hemijsko čišćenje praćeno fizičkim čišćenjem ili naizmjeničnim metodama čišćenja;
Lako oksidirajuće membrane: Izbjegavajte korištenje jakih oksidansa.
Tokom procesa čišćenja, temperaturu treba kontrolisati (obično 25-40 stepeni) kako bi se povećala brzina reakcije dok se spreči oštećenje membrane. Pored toga, treba obratiti pažnju na brzinu cirkulacije i obrazac protoka rastvora za čišćenje kako bi se obezbedilo efikasno smicanje hemijskih agenasa na površini membrane. Temeljno ispiranje je neophodno nakon čišćenja kako bi se spriječila sekundarna kontaminacija zaostalim agensima.
Rezime
Čišćenje membrane je ključni korak u stabilnom radu sistema membranske separacije. Pravilna metoda čišćenja ne samo da može efikasno vratiti performanse membrane, već i produžiti vijek trajanja membrane i smanjiti operativne troškove. Fizičko čišćenje je jednostavno i ekonomično, hemijsko čišćenje je temeljno i efikasno, a biološko čišćenje je ekološki prihvatljivo. Kombinacijom ove tri metode može se razviti sveobuhvatno i isplativo -rješenje za čišćenje na osnovu karakteristika prljavštine. U budućnosti, sa poboljšanjima materijala za membrane i razvojem tehnologija za čišćenje, niska-potrošnja hemikalija, automatizovana kontrola i inteligentno čišćenje će postati glavni pravac. Za inženjere za tretman vode, ovladavanje mehanizmima i metodama evaluacije čišćenja membrane je suštinski kurs za poboljšanje pouzdanosti i ekonomičnosti sistema.