Након запрљања мембране, чишћење је неопходно да би се повратио њен учинак. Док се методе чишћења које предлажу различити произвођачи мембрана разликују, основни принцип је углавном исти: уклањање загађивача са површине мембране и пора физичким, хемијским и биолошким средствима, чиме се враћа флукс и селективност мембране. Овај чланак ће систематски представити главне методе и индикаторе учинка чишћења мембране за стручњаке за третман воде.
И. Преглед метода чишћења мембране
Методе чишћења мембране се генерално могу поделити у три категорије: физичко чишћење, хемијско чишћење и биолошко чишћење. Сваки од њих има своје карактеристике и може се користити појединачно или у комбинацији.
1. Физичко чишћење
Физичко чишћење углавном укључује повратно прање, хидраулично испирање, ултразвучно чишћење и механичко рибање. Ове методе се заснивају на механичком или хидрауличном деловању за уклањање загађивача који се придржавају површине мембране. То су не-хемијске методе, једноставне су у процесу, ниске цене и узрокују минимално оштећење материјала мембране, што их често чини преферираним методом чишћења. Уобичајене методе физичког чишћења обухватају повратно испирање, испирање под ниским-притиском или високим{5}}притиском и неке мање уобичајене методе физичког чишћења, као што су ултразвучно чишћење и чишћење електричним пољем.
Повратно испирање укључује примену обрнутог притиска да би се чиста вода угурала у поре мембране са стране пермеата, уклањајући загађиваче који се држе површине мембране и унутар пора. Овај метод је посебно ефикасан за мембране од шупљих влакана, као што су ултрафилтрационе или нанофилтрационе мембране са шупљим влакнима.
Испирање ниским-притиском или високим{1}}притиском користи бочну брзину протока да утиче на површину мембране, уклањајући лабаве наслаге.
Ултразвучни таласи стварају кавитацију у течностима; микромлазне струје које настају приликом пуцања мехурића ефикасно утичу на површину мембране, лабавећи и уклањајући слој загађивања. Ова метода је погодна за оффлине уклањање чврсто везаних органских или колоидних нечистоћа.
Чишћење електричног поља примењује импулсна електрична поља на оба краја мембранског модула, користећи електроосмозу и електрохемијске реакције за уклањање загађивача. Ово је нова технологија регенерације мембране.
Физичко чишћење је једноставно за руковање, јефтино и еколошки прихватљиво; међутим, његова ефикасност је ограничена за јако лепљиве органске материје и слојеве неорганског каменца. Због тога се често користи у комбинацији са хемијским чишћењем.
2. Хемијско чишћење Хемијско чишћење је неопходно када је физичко чишћење неефикасно. Хемијско чишћење је процес који користи хемијске агенсе за растварање, комплексирање, оксидацију или сапонификовање загађивача унутар и изван мембранских пора, изазивајући структурне промене или претварање у растворљиве супстанце, чиме се враћају перформансе мембране. На основу својстава коришћених средстава, хемијско чишћење се може поделити у следеће категорије:
(1) Прање киселином
Кисело прање се углавном користи за уклањање неорганског каменца и загађивача металних оксида. Често коришћени агенси укључују хлороводоничну киселину, азотну киселину, фосфорну киселину и лимунску киселину. Киселине могу да реагују са оксидима метала и формирају растворљиве соли, чиме се уклања наталожени слој. На пример, хлороводонична киселина може ефикасно уклонити неоргански каменац као што су калцијум карбонат и гвожђе хидроксид, док је лимунска киселина нежнија и погодна за системе осетљиве на мембранске материјале.
(2) Алкално прање
Алкално прање се углавном користи за уклањање органских загађивача, масти и протеинских загађивача. Често коришћени агенси укључују НаОХ, На₂ЦО₃, На₃ПО₄ и ЕДТА. У алкалним условима, органска материја може бити сапонификована, протеини денатурисани или микробне флокуле разложене. На пример, раствор НаОХ може ефикасно уклонити загађиваче протеина.
(3) Оксидативно чишћење
Оксидативна средства за чишћење, као што су натријум хипохлорит, водоник-пероксид и персирћетна киселина, су јаки оксиданти који могу да оксидирају органске загађиваче у мале молекуле{0}}растворљиве у води. Они смањују адхезију загађивача разбијањем њихових хемијских веза, карбоксилних група или аминских група. Обично се користе за дезинфекцију и уклањање органског мембранског каменца, али треба напоменути да су неке мембране (као што су мембране за реверзну осмозу од ароматичног полиамида) осетљиве на оксидансе.
(4) Чишћење површински активних материја
Сурфактанти, као што су Тритон Кс-100 и натријум додецилбензен сулфонат (СДБС), могу емулговати масти и протеине и распршити честице загађивача. Њихов механизам деловања је да смање међуфазну напетост, чиме се загађивачи лакше десорбују. Чишћење површински активних материја је посебно ефикасно за системе отпадних вода зауљених отпадних вода или прераде хране.
(5) Сложено чишћење
Често коришћена средства за формирање комплекса, као што је етилендиаминтетрасирћетна киселина (ЕДТА), могу да формирају стабилне комплексе са металним јонима, уништавајући структуру неорганског каменца и на тај начин уклањајући металне наслаге. Често се користе у комбинацији у системима са више загађивача (као што је Ца²⁺-окал органске киселине) за боље резултате. Успех хемијског чишћења је уско повезан са концентрацијом, температуром, временом и пХ вредности раствора за чишћење. У пракси се често користе вишеструка чишћења у малим{4}}концентрацијама да би се минимизирало оштећење материјала мембране.
3. Биолошко чишћење Биолошко чишћење користи биокаталитичко дејство ензима или микроорганизама за разлагање загађивача. На пример, протеазе могу разградити загађиваче протеина, липазе могу уклонити масноће, а целулазе могу разградити органску мембрану. Његове предности су у томе што је благ, еколошки прихватљив, нетоксичан и узрокује минимално оштећење структуре мембране; његови недостаци су виша цена и ограничена применљивост, а често се користи као додатак хемијском чишћењу.
ИИ. Свеобухватна анализа и препоруке инжењерске праксе
Из перспективе инжењерске примене, избор стратегија за чишћење мембране треба да буде свеобухватно одређен на основу врсте онечишћења, карактеристика материјала мембране и услова рада система.
Загађивање неорганског каменца: Пожељно је прање киселином + агенс за стварање комплекса;
Органско и биолошко загађивање: Алкално прање + сурфактант;
Комбиновано загађивање: хемијско чишћење праћено физичким чишћењем или наизменичним методама чишћења;
Лако оксидирајуће мембране: Избегавајте употребу јаких оксиданата.
Током процеса чишћења, температуру треба контролисати (обично 25-40 степени) како би се повећала брзина реакције док се спречи оштећење мембране. Поред тога, треба обратити пажњу на брзину циркулације и образац протока раствора за чишћење како би се обезбедило ефикасно смицање хемијских агенаса на површини мембране. Темељно испирање је неопходно након чишћења како би се спречила секундарна контаминација заосталим агенсима.
Резиме
Чишћење мембране је кључни корак у стабилном раду система мембранске сепарације. Одговарајући метод чишћења не само да може ефикасно да поврати перформансе мембране, већ и да продужи животни век мембране и смањи оперативне трошкове. Физичко чишћење је једноставно и економично, хемијско чишћење је темељно и ефикасно, а биолошко чишћење је еколошки прихватљиво. Комбиновањем ове три методе може се развити свеобухватно и исплативо решење за чишћење на основу карактеристика прљавштине. У будућности, са побољшањима материјала за мембране и развојем технологија за чишћење, ниска-потрошња хемикалија, аутоматизована контрола и интелигентно чишћење постаће главни правац. За инжењере за пречишћавање воде, овладавање механизмима и методама евалуације чишћења мембране је суштински курс за побољшање поузданости и економичности система.