Ultrafiltratsioonitehnoloogiast, mille täpne retentsioonivõime on 0,01-0,1 mikronit, on saanud veepuhastuse, toiduainete ja ravimite ning keemilise eraldamise membraanide eraldamise põhiprotsess. Membraani saastumine-saasteainete adsorptsioon, sadestumine ja ummistus membraani pinnal/poorides-on peamine kitsaskoht, mis põhjustab voo vähenemist, rõhulanguse suurenemist ja eluea lühenemist ultrafiltreerimissüsteemides. Teaduslikult sobiv puhastusmeetod on membraani jõudluse taastamiseks ja süsteemi pikaajalise stabiilse töö tagamiseks ülioluline. Selles artiklis vaadeldakse süstemaatiliselt tavalisi ultrafiltratsioonimembraani puhastusmeetodeid, võrreldakse erinevate töötlemisprotsesside puhastusskeemide põhierinevusi ja selgitatakse puhastusmeetodit määravat loogikat.
I. Peamised ultrafiltratsioonimembraani puhastamise meetodid ja põhiprintsiibid
Ultrafiltratsioonimembraani puhastamise põhieesmärk on maksimeerida saasteainete eemaldamist ning taastada membraani voog ja töötõhusus ilma membraani struktuuri ja säilivust kahjustamata. Tööstuses tavaliselt kasutatavad puhastusmeetodid jagunevad kahte põhikategooriasse: füüsiline puhastus ja keemiline puhastus. Neid kahte meetodit kasutatakse sageli kombineerituna, et moodustada "füüsilise rutiinse hoolduse ja keemilise sihipärase puhastamise" astmeline puhastussüsteem.
(I) Füüsiline puhastamine
Füüsiline puhastamine sõltub saasteainete eemaldamiseks füüsilistest toimingutest, nagu hüdrauliline rõhk, mehaaniline jõud ja õhuvoolu lõikamine. See ei muuda saasteainete keemilisi omadusi, ei jäta keemilisi jääke ega kahjusta membraani minimaalselt. See on eelistatud meetod ultrafiltreerimissüsteemide igapäevaseks hoolduseks ning sobib kerge saastumise ennetamiseks ja eeltöötlemiseks.
1. Edasine loputus (parempoolne pesu)
Kasutades loputusvee allikana toorvett või ultrafiltratsiooni permeaati, juhitakse see membraanimoodulisse suurel kiirusel mööda tavalist filtreerimissuunda. Suure -kiirusega veevoolu nihkejõud peseb membraani pinnalt ära lahtised hõljuvad ained, kolloidsed saasteained ja kontsentraadi jäägid. Töötav voolukiirus on tavaliselt 1,2-1,5 korda suurem kui tavaline filtreerimise voolukiirus ja loputusaeg on 1–5 minutit. Seda kasutatakse enamasti tavapäraseks hoolduseks pärast filtreerimist ja torujuhtmete loputamiseks enne süsteemi käivitamist/seiskamist. Toiming on lihtne, ei nõua süsteemi väljalülitamist ja aeglustab tõhusalt saasteainete sadestumist.
2. Tagasipesu (tagurpidi loputamine)
Kõige põhilisem ja sagedamini kasutatav füüsiline puhastusmeetod ultrafiltrimiseks. Kasutades veeallikana puhast ultrafiltratsioonipermeaati, survestatakse vesi ja pumbatakse membraani permeaadi poolelt toitevee poole. See vastupidine veevool tungib membraani pooridesse, hajutades ummistused ja membraani pinnale moodustunud filtrikoogi kihi. Normaalset töörõhku reguleeritakse 0,1–0,2 MPa, voolukiirus on 1,5–2 korda suurem tavalisest permeaadi voolukiirusest ja iga tagasipesu kestab 30 sekundit kuni 3 minutit, tavaliselt tehakse iga 30–120 tööminuti järel. Õõneskiudude ultrafiltratsioonimembraanide puhul võimaldab tagasipesu membraanikiududel täielikult laieneda, vähendades kiudude sees ummistuse surnud tsoone.
3. Kombineeritud õhu-vee tagasipesu
Tagasipesu ajal juhitakse membraanimoodulisse suruõhku. Õhumullide võnkumise ja turbulentse nihketegevuse kaudu eemaldatakse tugevalt kleepuvad orgaanilised saasteained, kolloidid ja bioloogiline lima membraani pinnalt. Puhastusefekt on palju parem kui lihtne hüdrauliline tagasipesu. Tavalist sisselaskerõhku reguleeritakse 0,1–0,15 MPa, õhuvoolu kiirus on 1–3 korda suurem kui sisselaskevee voolukiirus ja puhastusaeg on 2–5 minutit. See sobib eriti hästi välissurvega õõneskiud-ultrafiltratsioonimembraanide jaoks ning on standardne füüsiline puhastusmeetod olmereovee ja kõrge hõljuv tahke sisaldusega reoveepuhastusprotsessides.
4. Muud füüsilised puhastusmeetodid
Sealhulgas isobaariline loputus (toote veeklapi sulgemine, kontsentraatventiili täielik avamine ja loputamine 3-kordse normaalse voolukiirusega, ilma transmembraanse rõhu erinevuseta, saasteainete eemaldamiseks tuginedes ainult nihkejõule), kõrgsurvega loputus (enamasti kasutatakse torukujuliste membraanide jaoks, 5{3}{}8 MPa tagasisurvetamiseks kasutatakse vett katlakivi ja geelikihid voolukanalis), käsnakuuli mehaaniline puhastus (rakendatav ainult suure läbimõõduga torukujuliste membraanide puhul, kasutades käsnkuulikesi membraani pinnal olevate saasteainete mahakraapimiseks) ja ultrahelipuhastust (enamasti kasutatakse väikeste membraanimoodulite jaoks laborites, tööstuslike stsenaariumide puhul vähem).
(II) Keemiline puhastus
Kui füüsiline puhastamine ei suuda membraani voogu tõhusalt taastada (tavaliselt voo langus ületab 10% ja transmembraani rõhuerinevus suureneb oluliselt), on vajalik keemiline puhastus. Selle põhiprintsiip on eemaldada põhjalikult tõrksad saasteained, mida füüsiline puhastus ei suuda eemaldada keemiliste reaktsioonide kaudu, nagu lahustumine, oksüdatsioon, lagunemine, kelaatimine ja emulgeerimine keemiliste ainete ja saasteainete vahel. See on jagatud kahte kategooriasse: veebipõhine keemiline puhastus ja võrguühenduseta keemiline puhastus.
1. Tavaliselt kasutatavad keemilised puhastusvahendid ja sihipärased kasutusstsenaariumid
Keemilise puhastamise tuum on "õige haiguse jaoks õige ravimi valimine". Erinevat tüüpi saasteained vastavad konkreetsetele puhastusvahendite süsteemidele. Tööstuses tavaliselt kasutatavad põhipuhastusained on jagatud nelja kategooriasse:
- Happelised puhastusained: tavaliselt kasutatakse sidrunhapet, vesinikkloriidhapet, oksaalhapet, lämmastikhapet jne. Neid kasutatakse peamiselt anorgaaniliste katlakivi eemaldavate saasteainete, sealhulgas kaltsiumkarbonaadi, kaltsiumsulfaadi ja muude kaltsiumi- ja magneesiumisoolade, raud- ja mangaanoksiidide ning metallhüdroksiidide eemaldamiseks. Nad lahustavad anorgaanilisi soolasademeid, alandades pH väärtust, moodustades samal ajal metalliioone. Tavaline happepesu hoiab pH 2-3, tsirkulatsiooni + leotusajaga 30-120 minutit.
- Leeliselised puhastusained: tavaliselt kasutatakse naatriumhüdroksiidi, mida kasutatakse sageli koos pindaktiivsete ainete, EDTA ja muude kelaativate ainetega. Neid kasutatakse peamiselt orgaanilise aine, rasva, valkude, mikroobsete kolloidide ja muude saasteainete lagundamiseks ja eemaldamiseks.
- Aluselised puhastusained: need ained lõhustavad orgaanilise aine struktuuri ja hajutavad kolloidseid saasteaineid seebistamise ja emulgeerimise teel. Regulaarne leeliseline pesemine pH-ga 11-12 ja temperatuuril 25-40 kraadi parandab oluliselt puhastamise efektiivsust.
- Oksüdeerivad puhastusained: tavaliselt kasutatakse naatriumhüpokloritit ja vesinikperoksiidi. Nende põhiülesanne on tappa ja eemaldada mikroorganismide, bakterite ja vetikate moodustunud biokile, samal ajal oksüdeerides ja lagundades suuri orgaanilisi molekule, näiteks humiinhappeid. Need on veetöötluses kõige sagedamini kasutatavad bakteritsiidid ja puhastusvahendid. Kasutatavat kontsentratsiooni reguleeritakse vastavalt membraani materjalile. PVDF membraanid taluvad maksimaalset kontsentratsiooni 3000 ppm, samas kui PES/PS membraane tuleb rangelt kontrollida alla 500 ppm.
- Ensüümpuhastusained: tavaliselt kasutatakse proteaase, amülaase ja tsellulaase. Need ained lagundavad spetsiifiliselt suuri bioloogilisi molekule, nagu valgud ja polüsahhariidid. Need ei ole-söövitavad, ei jäta kemikaalijääke ega põhjusta teisest reostust. Need sobivad eriti hästi toiduainete ja jookide ultrafiltreerimisprotsessideks ning ravimite tootmiseks, kus on kehtestatud ranged nõuded kemikaalide jääkidele, vältides membraanimaterjali kahjustamist tugevate kemikaalide poolt ja tagades toote ohutuse.
2. In-rea keemiline süstimine (CIP)
Line-keemiline puhastus ei nõua membraanimoodulite lahtivõtmist. Keemiline tsirkulatsioon, leotamine ja loputus viiakse lõpule olemasoleva süsteemi torustiku sees. Sobib mõõdukalt saastunud aladele, see on jagatud kahte kategooriasse:
- Hoolduskeemiline süstimine (CEB): igapäevasele tagasipesuveele lisatakse lühiajaliseks tsirkuleerimiseks ja loputamiseks väike kontsentratsioon puhastusainet (nt 50{5}}200 ppm naatriumhüpoklorit, 0,5% sidrunhapet). Seda tehakse sagedamini (1-2 korda päevas). Selle põhifunktsioon on vältida edasist saastumist ja lükata edasi intensiivse puhastamise vajadust.
- Intensiivne keemiline süstimine: kasutatakse suurema kontsentratsiooniga puhastusvahendit. Raskete saasteainete sügavaks eemaldamiseks kasutatakse mudelit "madala vooluga tsirkulatsioon + staatiline leotamine + retsirkulatsioon". Seda tehakse tavaliselt iga 1-4 nädala järel ja iga puhastusseanss kestab 2-8 tundi. Kompleksse saastumise korral on tööstusharu standardne puhastusjärjestus järgmine: "esmalt leeliseline pesemine + oksüdatsioon orgaaniliste ja bioloogiliste saasteainete eemaldamiseks, seejärel happega pesemine anorgaanilise katlakivi eemaldamiseks ja lõpuks loputamine puhta veega kuni neutraalseks", et vältida happe-aluse neutraliseerimist, mis mõjutab puhastusefekti.
3. Võrguühenduseta keemiline puhastus
Kui membraanivoo langus ületab 30% ja transmembraanne rõhuerinevus kahekordistub, ei piisa võrgupuhastusest enam soovitud tulemuste saavutamiseks, mistõttu on vaja võrguühenduseta puhastamist. See meetod hõlmab membraanimooduli täielikku lahtivõtmist süsteemist ja selle ülekandmist spetsiaalsesse puhastuspaaki. Seejärel teostatakse sügavpuhastus suure kontsentratsiooniga-keemilise sukeldamise, tsirkulatsiooni ja ultraheli abil. Selle eelised hõlmavad võimalust kohandada keemilist koostist, põhjalikku puhastamist ilma pimealadeta ning pumpade, torustike ja ventiilide korrosiooni vältimist kõrge kontsentratsiooniga kemikaalide poolt. Seda kasutatakse sageli tugevalt määrdunud või katlakiviga membraanimoodulite parandamiseks.
II. Ultrafiltratsioonimembraani puhastusmeetodite põhierinevused erinevatel töötlemisprotsessidel
Ultrafiltreerimismembraane kasutatakse paljudes rakendustes, alates olme joogiveest kuni keeruka tööstusliku reoveepuhastuseni, alates toidumaterjali kontsentreerimisest kuni farmaatsia puhastamiseni. Erinevatel puhastusprotsessidel on väga erinev sissevoolava vee kvaliteet, saasteainete tüübid, töötingimused ja heitvee vastavusnõuded. Seetõttu erinevad vastavad puhastusmeetodid, reaktiivi valik, puhastamise sagedus ja puhastamise intensiivsus põhimõtteliselt. Põhilised erinevused võib liigitada viie tüüpilise stsenaariumi alla:
(I) Joogivee/kohaliku veevarustuse puhastusprotsessid
Selle protsessi mõjutaja on suhteliselt stabiilse veekvaliteedi ja madala saasteainete kontsentratsiooniga pinna- või põhjavesi. Peamised saasteained on looduslik orgaaniline aine, kolloidid, mikroorganismid ja vähesel määral heljumit. Membraani saastumine on peamiselt kerge orgaaniline ja bioloogiline saastumine, väga vähese tõsise anorgaanilise katlakiviga.
- Südamiku puhastamise loogika: füüsiline puhastamine on põhimeetod, mis hõlmab ranget kontrolli keemiliste ainete kasutamise üle, et vältida kemikaalide jääke joogivees.
- Konkreetsed erinevused: rutiinne puhastamine kasutab peamiselt "õhu-vee tagasipesu" tagasipesutsükliga 30-60 minutit; teostatakse igapäevane hoolduspuhastus madala-kontsentratsiooniga naatriumhüpokloritiga, kusjuures aine kontsentratsiooni kontrollitakse rangelt; kuus on vaja ainult ühte tõhustatud keemilist puhastust, peamiselt kasutades "leeliseline pesemine + naatriumhüpoklorit", lühiajaline happepesu lisatakse ainult anorgaanilise katlakivi tekke korral; võrguühenduseta puhastust ei kasutata peaaegu kunagi, membraanimooduli eluea lõpus tehakse ainult taastav puhastus.
(II) olmereoveepuhastus/taaskasutusprotsess
Selle protsessi mõjutaja on kommunaalreoveepuhasti sekundaarne heitvesi. Saasteained koosnevad peamiselt orgaanilistest jääkainetest, mikroobsetest metaboliitidest, kolloididest, väikestest kogustest fosforist ja heljumitest, mille saastetase on mõõdukas. See on kalduvus bioloogilisele ja kolloidsele saastumisele ning suure-taastumiskiirusega-taaskasutatud vee taaskasutamise tingimustes tekib tõenäoliselt anorgaaniline katlakivi.
- Põhipuhastusloogika: rõhk on asetatud nii füüsilisele kui ka keemilisele puhastamisele ning kõrge sagedusega-reostuskontrolliga, et kohaneda bioloogilise reovee saasteomadustega.
- Konkreetsed erinevused: füüsilisel puhastamisel kasutatakse tavaliselt "õhk-veepuhastust + tagasipesu", kusjuures vastupesutsüklit lühendatakse 20-60 minutini ja puhastamise intensiivsus on suurem kui toiteveeprotsesside puhul. Tehakse igapäevane naatriumhüpokloriti hoolduspuhastus, millele järgneb intensiivne keemiline puhastus iga 1-2 nädala järel. "Leeliseline pesemine + oksüdatsioon" on esmane meetod, mida täiendab regulaarne happepesu, et eemaldada biokeemilistest protsessidest jääkfosfaatkatlakivi ja metallhüdroksiidi saasteaineid. Suure taastuvusega korduskasutussüsteemid nõuavad puhastustsükli edasist lühendamist, et vältida pöördumatut saastumist, mis on põhjustatud saasteainete kontsentratsioonist kontsentraadi poolel.
(III) Tööstusliku reoveepuhastusprotsessid (esindatud elektrijaamade väävlitustamise reovee, värvimis- ja trükireovee ning keemilise reoveega)
Seda tüüpi protsesside veekvaliteet on keeruline, üldiselt iseloomustab kõrge soolsus, kõrge karedus, kõrge KHT ja kõrge hõljuvainete sisaldus. Saasteainete hulka kuuluvad raskmetallid, ränidioksiid, tõrksad orgaanilised ained, õlid, värvained jne. Membraani saastumine on kiire ja tõsine, põhjustades kergesti pöördumatut saastumist, muutes selle ultrafiltratsiooniga puhastamise jaoks kõige keerulisemaks stsenaariumiks.
- Puhastamise põhiloogika: keemiline puhastus on peamine meetod, füüsiline puhastus on abimeetod, kõrge sagedusega ja suure intensiivsusega puhastamist kasutatakse keeruka reostuse korral ning vajadusel kasutatakse võrguühenduseta puhastust, et vältida membraanimoodulite lammutamist.
- Konkreetsed erinevused: füüsilist puhastamist kasutatakse ainult igapäevase abimeetodina, tagasipesu tsükkel lüheneb 15–30 minutini ja õhupuhastuse intensiivsus on oluliselt paranenud; tõhustatud keemiline puhastus viiakse läbi kord nädalas ja tavapärane meetod on vahelduvate etappide kaupa puhastamiseks "happepesu + leelispesu + oksüdatsioon" ning aine kontsentratsioon on palju suurem kui munitsipaalveepuhastusel; spetsiaalsete saasteainete jaoks on vaja spetsiaalseid puhastusvahendeid, näiteks ammooniumfluoriidi lisamine räni reostuse korral väävlitustamise reovees ning spetsiaalsete pindaktiivsete ainete lisamine värvide ja õlide eemaldamiseks värvimis- ja trükireoveest; kui membraani voog laguneb rohkem kui 30%, tuleb see võrguühenduseta sügavpuhastamiseks kohe lahti võtta, et vältida saasteainete kuivamisel pöördumatu reostuse teket.
(IV) Toidu ja joogi/ravimite tootmisprotsess
Selle protsessi käigus töödeldakse selliseid materjale nagu piimatooted, puuviljamahl, Hiina meditsiini ekstraktid ja kääritusvedelikud. Saasteained on peamiselt bioloogilised makromolekulid, nagu valgud, polüsahhariidid ja tärklised. Põhinõue on absoluutselt vältida ainejääke, tagada toote ohutus ja samal ajal vältida membraanimaterjali kahjustamist tugevate ainete poolt.. - Südamiku puhastamise loogika: õrn puhastamine on peamine meetod; mürgiste, kahjulike või kergesti järelejäävate tugevate ainete kasutamine on rangelt keelatud. Puhastamine sünkroniseeritakse partii tootmisega, et vältida saasteainete kuivamist.
- Konkreetsed erinevused: füüsiline puhastamine kasutab sooja veega edasi- ja tagasipesu, mis viiakse läbi kohe pärast iga tootmispartii, et eemaldada lahtised valgu- ja polüsahhariidisaasteained; keemilises puhastuses kasutatakse peamiselt madala-kontsentratsiooniga NaOH-d kombineerituna ensüümpuhastusvahenditega, et spetsiifiliselt lagundada bioloogilisi makromolekule, vältides valkude denaturatsiooni ja tugevate ainete põhjustatud sadenemist; kõrge kontsentratsiooniga tugevate oksüdeerijate, vesinikfluoriidhappe ja muude mürgiste puhastusvahendite kasutamine on rangelt keelatud ning tugevat happelist puhastust kasutatakse harva; pärast puhastamist tuleb toidu- ja farmaatsiaohutusstandarditele vastavuse tagamiseks läbi viia range veega loputamine ning steriilsuse ja jääkide kontrollimine.
(V) Erimaterjalide eraldamine ja spetsiaalsed membraaniprotsessid
Lisaks tavapärasele veetöötlusele ning toidu- ja farmaatsiarakendustele kasutatakse ultrafiltreerimismembraane laialdaselt õli{0}}vee eraldamisel, polümeeride kontsentreerimisel ja spetsiaalsetes eraldusprotsessides. Nendes protsessides on saasteaineteks peamiselt õlid, polümeerid ja hüdrofoobsed orgaanilised ühendid, mis toovad kaasa olulisi erinevusi puhastusmeetodites: füüsilisel puhastamisel kasutatakse kõrgel -temperatuuril kuuma veega loputamist, et kiirendada õlisaasteainete lahustumist ja eemaldamist; keemilises puhastuses kasutatakse peamiselt spetsiaalseid rasvaeemaldusvahendeid ja mitteioonseid pindaktiivseid aineid koos nõrga aluselise pesuga ning rangelt keelatakse väga polaarsete ainete kasutamine, mis võivad kahjustada membraani eraldusvõimet; Torukujulise membraani erieraldusprotsesside puhul saab suure kontsentratsiooniga tugevalt saastunud materjalide kõrvaldamiseks kasutada kõrgsurvevee loputamist koos mehaanilise puhastusega.
III. Ultrafiltratsioonimembraani puhastusmeetodeid määravad põhitegurid
Ultrafiltreerimismembraanide jaoks ei ole olemas ühtset -size-sobivat-kõigile puhastuslahust. Mis tahes puhastusmeetodi valimine nõuab põhjalikku hinnangut ja kohandatud disaini, mis põhineb mitmel teguril. Viis põhitegurit mängivad otsustavat rolli ja need tegurid mõjutavad üksteist, moodustades ühiselt puhastuslahenduse disaini aluseks oleva loogika.
(I) Membraani materjal ja membraanimooduli struktuur
See on puhastusmeetodi valiku esmane eeltingimus, mis määrab otseselt puhastusvahendite valiku, puhastamise intensiivsuse ja ühilduvuse füüsiliste puhastusmeetoditega. See on punane joon kogu puhastusskeemi kujundamisel; selle joone rikkumine toob kaasa membraani struktuuri pöördumatu kahjustuse.
- Membraanimaterjalide keemiline vastupidavus: erinevatel membraanimaterjalidel on väga erinev vastupidavus hapetele, leelistele, oksüdatsioonile ja temperatuuridele. Keraamiliste ultrafiltreerimismembraanide pH-taluvus on 0-14, need on vastupidavad tugevatele hapetele ja leelistele, tugevatele oksüdeerijatele ja kõrgetele temperatuuridele ning neid saab puhastada vaheldumisi kõrge-kontsentratsiooniga hapete ja leelistega või isegi kõrgel{11}}temperatuuril puhastamisega. Orgaaniliste membraanide hulgas on PVDF (polüvinülideenfluoriid) väga vastupidav hapetele ja leelistele ning sellel on tugev oksüdatsioonikindlus, mistõttu on see veepuhastusvaldkonnas peamine materjal. Ühildub tavaliste happe- ja leeliseliste puhastusvahendite ning naatriumhüpokloritiga. PES (polüeetersulfoon) ja PS (polüsulfoon) on hea leelisekindlusega, kuid nende kloorikindlus on palju nõrgem kui PVDF-il. Naatriumhüpokloriti kontsentratsiooni ja kokkupuuteaega tuleb rangelt kontrollida. PAN (polüakrüülnitriil) ja CA (tselluloosatsetaat) on halva happe- ja leelisekindlusega ning oksüdatsioonikindlusega. Kõrge-kontsentratsiooniga happed ja leelised ning tugevad oksüdeerijad on rangelt keelatud. Kasutada võib ainult pehmeid puhastusvahendeid ja madala intensiivsusega puhastusmeetodeid.
- Membraanmooduli struktuuri kohandatavus: õõneskiu (sisemine rõhk/välisrõhk), spiraalkeeratud ja torukujuliste membraanide voolukanalite konstruktsiooni erinevused määravad otseselt füüsilise puhastusmeetodi valiku. Välised rõhu all olevad õõneskiudmembraanid sobivad õhu- ja veepuhastuseks, sisemised survemembraanid aga edasiseks kiireks-loputuseks ja tagasipesuks; torukujulistel membraanidel on laiad voolukanalid ja neid saab loputada kõrgsurveveega ja mehaaniliselt puhastada käsnpallidega, samas kui spiraalselt keritud membraanidel on kitsad voolukanalid ja nende mehaaniline puhastamine on rangelt keelatud, tuginedes ainult hüdraulilisele ja keemilisele puhastamisele, ning neil on kõrgemad nõuded ainete hajutatavusele, et vältida surnud nurkade puhastamist.
(II) Saasteainete tüübid ja astmed
See on puhastusvahendi tüübi ja puhastusprotsessi valiku põhialus, mis määrab otseselt puhastamise eesmärgi ja tõhususe. Eduka puhastamise võti on "õigete tingimuste jaoks õige vahendi valimine".
- Saasteainete tüübid: erinevad saasteained vastavad täiesti erinevatele puhastuslahendustele. Anorgaanilised katlakivid (kaltsiumi- ja magneesiumisoolad, raud- ja mangaanoksiidid) tuleb puhastada happeliste puhastusvahenditega; orgaanilised saasteained (humiinhape, rasv, valk) tuleb puhastada leeliseliste puhastusvahenditega + pindaktiivsed ained/ensüümid; bioloogiline reostus (bakterid, biokile) tuleb puhastada oksüdeerivate puhastusvahenditega + aluseline puhastus; ränidioksiidi skaalareostus nõuab kõrgel -temperatuuril leeliselist puhastust või spetsiaalseid fluor{5}}põhiseid puhastusvahendeid. Kompleksse saastumise korral tuleb puhastamise järjekorda rangelt kontrollida. Esmalt tuleks eemaldada orgaanilised ja bioloogilised saasteained, millele järgneb anorgaanilise katlakivi lahustamine, et vältida saasteainete reageerimist ja suuremate saasteainete moodustumist.
Aineid on raske{0}}eemaldada-.
- Saastumise aste: määrab otseselt puhastusmeetodi intensiivsuse ja tüübi. Kerge määrdumine (voolu vähendamine<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%, töörõhu erinevus kahekordistunud, võrgupuhastus ebaefektiivne), nõuab võrguühenduseta sügavpuhastust, et vältida pidevat tõsist saastumist, mis põhjustab membraanimooduli püsiva rikke.
(III) Töötlemisprotsessi töötingimused ja süsteemi ülesehitus
Ultrafiltratsioonisüsteemi tööparameetrid, filtreerimisrežiim ja eeltöötluse ülesehitus mõjutavad otseselt membraani saastumise moodustumise kiirust, tüüpi ja jaotumist, määrates seega puhastussageduse, puhastustsükli ja puhastamise intensiivsuse.
- Filtreerimisrežiimid ja tööparameetrid: rist-voolu filtreerimise režiimis peseb kontsentraadi poolel olev kiire veevool- pidevalt membraani pinda, mille tulemuseks on väiksem saasteainete sadestumine ja väiksem puhastussagedus. Tupikfiltri-režiimis jäävad kõik saasteained membraani pinnale kinni, mis põhjustab kiiret saastumist ja nõuab oluliselt suuremat puhastamissagedust. Lisaks süvendavad suur-voog, kõrge-taastumismäär-ja kõrge-surve töötingimused kontsentratsiooni polarisatsiooni ja saasteainete adsorptsiooni, mis põhjustab kiiremat ja tugevamat membraani saastumist, mistõttu on vaja oluliselt lühemat puhastustsüklit ja suuremat puhastusintensiivsust. Vastupidi, leebemates töötingimustes, kus on madal vooluhulk ja madal taastumismäär, saab puhastamise sagedust oluliselt vähendada.
- Eeltöötluse disain: kõikehõlmava eeltöötlusega (nagu koagulatsioonisettimine, multi-meediumifiltreerimine ja turvafiltreerimine) süsteemid vähendavad märkimisväärselt hõljuvate ainete ja kolloidide kontsentratsiooni, mille tulemuseks on membraani kerge saastumine ja stabiilseks tööks on vaja ainult rutiinset puhastamist. Süsteemid, millel puudub eeltöötlus ja suure sissevooluga saasteainete koormus, on väga vastuvõtlikud kiirele ja tugevale saastumisele, mis nõuavad sagedast intensiivset puhastamist või isegi perioodilist võrguühenduseta puhastamist.
(IV) Rakendusstsenaariumide vastavus- ja ohutusnõuded
Erinevate tööstusharude heitvee standardid ja tooteohutuse eeskirjad piiravad otseselt puhastusvahendite tüüpe, kontsentratsioone ja kasutusviise, mis tähistavad puhastuslahuse kavandamisel kohustuslikku punast joont.
- Joogivee-, toiduaine- ja farmaatsiatööstuses on mürgiste, kahjulike ja jääkainete{1}}jääkidele kalduvate puhastusainete, nagu kõrge-kontsentratsiooniga vesinikkloriidhape, vesinikfluoriidhape ja raskmetallide desinfektsioonivahendid, kasutamine rangelt keelatud. Toidu-puhastusvahendid tuleks eelistada, kusjuures vahendi kontsentratsiooni ja kokkupuuteaega tuleb rangelt kontrollida. Pärast puhastamist on vajalik põhjalik loputamine ja jääkide kontrollimine, et vältida toote ohutuse ja veekvaliteedi standardite mõjutamist.
- Tööstuslikus reoveepuhastustööstuses ei ole ainejäägile rangeid piiranguid. Kõrge kontsentratsiooniga-aineid ja spetsiaalseid puhastusvahendeid saab valida saastetaseme alusel. Põhieesmärk on täielikult taastada membraani jõudlus, võttes samal ajal arvesse ka puhastusreovee puhastamist, et vältida keskkonnastandardite ületamist.
(V) Kasutus- ja hoolduskulud ning membraanimooduli eluea nõuded
Puhastusmeetodite valikul tuleb lõppkokkuvõttes tasakaalustada puhastamise efektiivsust, kasutus- ja hoolduskulusid ning membraanimoodulite kogu eluiga.
- Veebipuhastust on lihtne kasutada, see ei nõua seisakuid ning sellel on madalad töö- ja kemikaalikulud, mistõttu on see tavahoolduse jaoks eelistatud valik. Selle puhastav toime on aga tugeva saastumise korral piiratud. Võrguühenduseta puhastamine annab häid tulemusi, kuid nõuab komponentide lahtivõtmist ja seiskamist, mille tulemuseks on suured töö- ja kemikaalikulud. Sage võrguühenduseta puhastamine võib samuti kiirendada membraani vananemist ja lühendada membraani eluiga.
- Tugevad oksüdeerivad ained ja kõrge-kontsentratsiooniga happelised/leelised puhastusained on tõhusad, kuid pikaajaline-sage{3}}kasutamine võib kiirendada membraani lagunemist ja retentsioonikihi kahjustamist, lühendades membraani eluiga. Seetõttu on tööstusharu-standardne põhimõte "füüsiline puhastamine kui esmane meetod, millele lisandub keemiline puhastus". Puhastuse tõhususe tagamisel tuleks keemiliste ainete sagedust ja kontsentratsiooni minimeerida, et maksimeerida membraanimooduli eluiga ja vähendada üldisi hoolduskulusid.
Järeldus
Ultrafiltratsioonimembraani puhastamine ja hooldus on süstemaatiline projekt, mis tasakaalustab sihtimist, kohanemisvõimet ja ohutust. Erinevad puhastusprotsessid nõuavad vee kvaliteedi, saasteainete, töötingimuste ja vastavusnõuete erinevuste tõttu põhimõtteliselt erinevaid puhastusmeetodeid. Puhastusmeetodi lõpliku valiku määravad viis põhitegurit: membraani materjal ja struktuur, saasteainete omadused, töötingimused, vastavusnõuded ja kulude kontroll.
Tegelikus töös ja hoolduses pole ühtset muutumatut puhastuslahendust. Puhastusparameetreid ja -plaane tuleb dünaamiliselt kohandada, võttes aluseks membraanisüsteemi reaalajas tööandmed, määrdumise tüübi ja astme regulaarne analüüs ning kasutus- ja hoolduskulude optimeerimine, et saavutada põhieesmärgid – maksimeerida puhastustõhusust, minimeerida membraanikahjustusi ning optimeerida kasutus- ja hoolduskulusid, tagades seega pikaajalise {{2}stabiilse ja ülitõhusa filtreerimissüsteemi toimimise.