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 другиеорганические 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%.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ

Перед подачей на мембрану воду, как правило, очищают от грубодисперсных примесей, а также от тех растворенных веществ, которые могут либо повредить мембрану (активный хлор), либо стать причиной отложений на ее поверхности (соли жесткости). Такая предварительная подготовка воды позволяет значительно увеличить срок службы мембраны и продолжительность ее работы между химическими промывками.

Для удаления активного хлора обычно используют сорбционные фильтры с активным углем, а для снижения жесткости воды – ионообменные фильтры с Na-катионитом.

Существуют также специальные приемы предварительной обработки воды, которые позволяют существенно повысить эффективность очистки, выйти на более удобный режим работы мембранной установки. Примером такого подхода является метод КОУФ – комплексообразование-ультрафильтрация. Сущность метода заключается в том, что в раствор вводят добавки, образующие водорастворимые комплексные соединения с компонентами, которые необходимо удалить. Это приводит к увеличению размеров вновь образуемых частиц, что позволяет осуществлять разделение на более крупнопористых мембранах. Затем сконцентрированный комплекс разрушают, и комплексообразователь возвращается на повторное использование.

Технология обратного осмоса

Мембранное разделение - это процесс продавливания воды через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембраны отличаются друг от друга конструкционными материалами, размером пор, при этом, чем меньше размер пор, тем выше степень очистки и тем большее давление надо приложить.

Обратный осмос - это процесс фильтрации водных растворов под давлением, превышающее осмотическое, через полупроницаемую мембрану. Процесс обратного осмоса, как правило, протекает под давлением 2,8-5 МПа.

В основе очистки воды лежит физический процесс, известный как обратный осмос. Если при осмосе вода, разделяемая на две части полупроницаемой перегородкой, равномерно распределяется и содержит одинаковое количество растворенных веществ, то при обратном осмосе дело обстоит иначе: вода при фильтрации разделяется на две неравные части, каждая из которых содержит разные доли растворенных веществ — меньшая часть будет представлять собой концентрированный солевой раствор, а большая — кристально чистую воду.

Рулонные мембраны

Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из: трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.

Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм.

Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ S0₄^2-, Cl^- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии.

Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.