Загрязнение мембран и их промывка

Чем больше в исходной воде веществ с низкой растворимостью или взаимодействующих с материалом мембраны, тем больше вероятность ее загрязнения.

Главная причина такого рода проблем – так называемая концентрационная поляризация, то есть локальное повышение концентрации примесей вблизи рабочей поверхности мембраны. Механические и коллоидные частицы в таких условиях имеют тенденцию к укрупнению и образованию агрегатов, которые могут отлагаться на мембране, блокируя ее. Для солей с относительно низкой растворимостью повышение концентрации тоже может вызвать образование осадка.

Для того чтобы снизить интенсивность загрязнения, оптимизируют конструкцию мембранных элементов и схему их подключения друг с другом, если установка многоступенчатая. При этом добиваются как можно большей линейной скорости движения воды вдоль поверхности мембраны, в том числе за счет рециркуляции концентрата, и максимальной турбулентности потока.

Основные методы очистки мембран

1. Гидравлическая очистка обратным потоком пермеата. Речь идет о периодической подаче пермеата из-под мембраны в камеру исходного раствора. При этом в камере снимают давление, но продолжают прокачивать раствор. Схема такой очистки показана на рисунке (Способ применим для мембран с высокой механической прочностью.)

2. Гидравлическая очистка реверсивным потоком концентрата. Здесь речь идет о периодической смене направления движения исходного потока вдоль мембраны.

3. Механическая очистка мембран с помощью мягких губчатых тел, которые проталкиваются вдоль мембраны потоком исходного раствора, снимая с поверхности гелевые и осадочные образования.

4.Химическая очистка мембран периодическим заполнением межмембранных каналов химическими реагентами, растворяющими образовавшиеся отложения. Очень важно правильно выбрать моющее средство, которое не должно растворять мембрану, а также подобрать его концентрацию и режим мойки.

Очистка заключается в промывке мембран различными моющими растворами. Эффективность такой очистки обусловлена правильностью подбора реагентов, действие которых заключается в переводе отложений в растворимую форму. Для правильного подбора реагента надо знать структуру и состав загрязнений, а также стойкость мембран по отношению к этому реагенту и ее адсорбционные свойства.

Как правило, эффективная мойка проходит при сочетании нескольких реагентов. Рассмотрим их далее.

Используют соляную, серную и азотную кислоты, а также лимонную, винную, щавелевую, глюконовую и другие органические кислоты. Некоторые из них работают как растворяющие вещества, некоторые как комплексоны, способствующие растворению. Поэтому кислотная мойка – это всегда сложный, многоступенчатый процесс с различными добавками: карбометилцеллюлоза, ПАВ, растворители органические, фториды аммония и натрия и др.

Обычно последовательность операций такая: раствор кислоты – чистая вода – раствор кислоты с комплексоном – чистая вода – раствор кислоты с ПАВ – чистая вода – раствор щелочи – чистая вода. Часто промывку проводят с повышением температуры, увеличенной скоростью циркуляции, с барботированием воздуха, длительное время. Практикуют промывку под высоким давлением для очистки пор, тогда растворившиеся загрязнения проходят в дренажные каналы. Это надо учитывать при конструировании установок.

Сильнодействующие растворители. Ограничения на их применение связаны с хим. стойкостью мембран. Поэтому хорошо отмываются керамические мембраны диоксаном, этилацетатом. Фенол, крезол, гидрохинон годятся для отмывки ацетатцеллюлозных мембран, но надо соотносить их с санитарными требованиями к получаемому продукту.

Спирты. Метиловый, этиловый, изопропиловый спирты практически не взаимодействуют с полимерами, моют быстро и хорошо сами отмываются водой. Их моющая активность еще более усиливается, когда их смешивают с эфирами, алкиламинами, аминоспиртами и ПАВ. Сами спирты – еще и гидрофилизирующие вещества, в то время как почти все остальные средства уменьшают гидрофильность мембран, ее надо восстанавливать.

Поверхностно-активные вещества. Выбор ПАВ сложен из-за их различной адсорбционной способности на поверхности мембран. В любом случае после мойки надо проводить их десорбцию, которая не всегда проходит до конца. Поэтому не рекомендуется использовать для промывки катионные ПАВ и амфолиты. Сложно работать с сильно пенящимися ПАВ. Выбор ПАВ опять же определяется требованиями к продукту.

Другие моющие средства. Широко применяют растворы каустической соды, гипохлорид Na, щелочи, аммиачную воду, гексаметафосфат Na, суспензию активированного угля, полиэтиленгликоль и другие.

В Таблице приведены химические реагенты, обычно использующиеся для химической обработки Обратно Осмотических-мембран. Перед проведением химической обработки следует проверить химическую совместимость мембраны с выбранным для проведения дезинфекции химическим реагентом, а также определить рекомендуемое время контакта между ними.

Все растворы готовятся на пермеате, вырабатываемом ОО-установкой. Обычная процедура очистки включает в себя рециркуляцию химического агента в течение 20-30 минут, экспозицию раствора в течение 20-30 минут, дополнительной рециркуляцию в течение 15-20 минут, смыв раствора с внутренней поверхности установки очищенной водой. Такая операция проводится для каждого из применяемого химического агента. Одновременное использование двух и более реагентов в одном растворе не допустимо, т.к. они могут вступать между собой в химическую реакцию и/или образовывать соединения, которые вызывают деструкцию ОО-мембран.

Моющие растворы для химической промывки выбирают исходя, в первую очередь, из соображений химической стойкости мембраны. Моющие рецептуры делятся на кислотные и щелочные, что связано с химическими свойствами загрязнений. Кислотные используются для удаления неорганических осадков, таких как соли жесткости (карбонаты и сульфаты Ca и Mg), гидроксиды Fe и Al. Щелочные растворы применяются для удаления биологических и органических пленок, соединений кремния.

Для полимерных мембран основными компонентами моющих растворов являются неорганические и органические кислоты (соляная, фосфорная, сульфаминовая, лимонная, щавелевая), а также щелочи, органические и неорганические комплексообразователи. Серная и азотная кислоты не применяются: азотная кислота способна разрушать материал мембраны, а использование серной способствует образованию осадков сульфата кальция, удалить который без повреждения мембраны практически невозможно.

Оптимальная температура промывки – около +40°С, скорость потока должна быть близка к максимальной для данного типа мембран. Критерием окончания промывки может служить стабилизация рН моющего раствора, но при этом его величина не должна отличаться от начального больше чем на 30-40%.