Chemische Reinigung

Ultrafiltrations-(UF)-Systeme können durch verschiedene Verunreinigungen im Zulaufwasser verunreinigt werden, wie suspendierte Feststoffe, Kolloide, organische Stoffe, Mikroorganismen und hydratisierte Metalloxide. Unter Verunreinigung versteht man verschiedene Ablagerungen, die die Membranoberfläche bedecken und sich in den Membranporen anlagern, einschließlich kalkbildender Substanzen im Wasser.

Der Zweck der Vorbehandlung besteht darin, Verunreinigungen zu minimieren, die Membranverunreinigungen verursachen. Dieses Ziel kann erreicht werden, indem geeignete Vorbehandlungsgeräte installiert (z. B. Vorfilter, Koagulations-/Klär- oder Filtrationsvorrichtungen) und geeignete Betriebsbedingungen ausgewählt werden.

Membranverunreinigungen bei UF werden allgemein als eine Kombination von einem oder mehreren der folgenden Typen angesehen:

▬Anorganische Verunreinigungen/Kalkbildung

▬Partikuläre/kolloidale Verunreinigungen

▬Mikrobiologische/Bioverunreinigungen

▬Organische Verunreinigungen

▬Zu den möglichen Ursachen für die oben genannten Verunreinigungen gehören:

▬Unzureichendes Vorbehandlungssystem

▬Abnormale Betriebsweise des Vorbehandlungssystems

▬Veränderungen in der Zusammensetzung des Zulaufwassers oder anderen Bedingungen

▬Fehlerhafte Bedienung und Steuerung

▬Langfristige Ansammlung von Sedimenten auf der Membranoberfläche

▬Saisonale Algenblütenverunreinigungen

▬Fehlfunktion von Chemikaliendosiersystemen

▬Unangemessenes Rückspülen und chemisch verstärktes Rückspülen (CEB)

▬Unangemessene Systemabschaltprozeduren und Konservierungsmaßnahmen

▬Ungeeignete Materialauswahl für das System (z. B. Pumpen und Rohrleitungen)

Membranverunreinigungen führen zur Verschlechterung der Systemleistung, wie z. B. Rückgang der Wasseraufbereitung und des Flusses, Anstieg des transmembranären Druckunterschieds (TMP) sowie höherer Chemikalien- und Energieverbrauch.

Die chemische Reinigung ist die effektivste Methode, um Membranverunreinigungen zu beheben. Nur durch die Anwendung entsprechender Reinigungsmethoden für spezifische Verunreinigungstypen lassen sich optimale Ergebnisse erzielen. Eine falsche Auswahl von Reinigungschemikalien und -methoden kann die Situation manchmal verschlimmern. Daher ist es notwendig, vor der Reinigung den Typ der Verunreinigungen auf der Membranoberfläche zu bestimmen. Folgende analytische Methoden werden dafür üblicherweise verwendet:

▬Analyse der Systemleistungsdaten; siehe detaillierte Fehlerbehebungshinweise in der vorherigen Ausgabe.

▬Analyse der Zulaufwasserzusammensetzung; die Möglichkeit von Verunreinigungen, die zu Verunreinigungen führen, lässt sich oft deutlich erkennen, indem man den Bericht über die Rohwasserqualität prüft.

▬Überprüfung früherer Reinigungsaufzeichnungen und deren Wirksamkeit.

▬Analyse der Substanzen, die auf dem Filterpapier zurückgehalten werden, das für die SDI-Messung (Silt Density Index) des Zulaufwassers verwendet wird.

▬Inspektion der Verunreinigungen im Abwasser, das aus den UF-Luftspül- und Rückspülvorgängen abfließt.

▬Untersuchung der Verunreinigungen am Zulaufende der Membranmodule: Eine rötlich-braune Farbe deutet auf mögliche Eisenverunreinigungen hin; schlammartige oder kolloidale Ablagerungen deuten meist auf mikrobiologische oder organische Verunreinigungen hin.

Bedingungen für die chemische Reinigung

Während des normalen Betriebs eines UF-Systems kann die Oberfläche der UF-Membranfasern durch suspendierte Partikel, kolloidale Partikel, Mikroorganismen oder unlösliche organische Stoffe verunreinigt werden. Wenn sich solche Verunreinigungen kontinuierlich ansammeln und nicht durch reguläres Rückspülen oder chemisch verstärktes Rückspülen rückgängig gemacht werden können, führt dies zum Rückgang der normierten Wasseraufbereitung und zum Anstieg des normierten transmembranären Druckunterschieds. Membranmodule müssen gereinigt werden, um die Systemleistung wiederherzustellen, wenn eine der folgenden Bedingungen eintritt:

▬Die normierte Wasseraufbereitung nimmt um 25% ab.

▬Der normierte transmembranäre Druckunterschied steigt um 1,0 bar.

▬Der betriebliche transmembranäre Druckunterschied steigt auf den Maximalwert von 2,1 bar.

▬Wenn Sie Ihre Betriebsdaten nicht normalisiert haben, beziehen Sie sich auf die oben genannten Werte, um zu entscheiden, ob eine chemische Reinigung erforderlich ist.

Es ist unbedingt erforderlich, während des täglichen Betriebs die Betriebsleistung des UF-Systems streng zu überwachen, einschließlich des Betriebsdruckunterschieds und der Wasseraufbereitungsflussrate. Mit fortschreitender Membranverunreinigung steigt der Druckunterschied und sinkt die Wasseraufbereitungsflussrate. Es ist zu beachten, dass ein Rückgang der UF-Membran-Wasseraufbereitungsflussrate infolge einer Abkühlung des Zulaufwassers ein normales Phänomen ist und kein Zeichen für Membranverunreinigungen, was bedeutet, dass die UF-Membran unter solchen Umständen möglicherweise nicht gereinigt werden muss.

Auswahl der chemischen Reinigungsschemata

Saure und alkalische Reinigungsmittel sind weit verbreitete Reinigungschemikalien. Das geeignete Reinigungsschema sollte basierend auf dem Typ der Verunreinigungen ausgewählt werden.

3.1 Saures Reinigungsschema

Saure Lösungen werden zur Reinigung von UF-Systemen eingesetzt, wenn der Gehalt an Fe oder Mn im Zulaufwasser die Designstandards überschreitet oder wenn der Gehalt an suspendierten Feststoffen im Zulaufwasser der UF-Membranmodule extrem hoch ist, was zu anorganischen Verunreinigungen auf der Zulaufseite der Membran führt.

3.2 Alkalische Reinigungsschema

Alkalische Oxidationslösungen werden zur Reinigung von UF-Systemen eingesetzt, wenn der Gehalt an organischen Stoffen im Zulaufwasser hoch ist, was zu organischen Verunreinigungen der Membran führen kann. Außerdem vermehren sich unter günstigen Bedingungen für das Wachstum von Mikroorganismen einige Bakterien und Algen in UF-Membranmodulen, was zu Bioverunreinigungen führt.

Hinweise:

a) Alle Reinigungsmittel müssen von der Zulaufseite in die UF-Membranmodule eingeführt werden, um zu verhindern, dass mögliche Verunreinigungen in den Reinigungsmitteln durch die Rückseite der dichten Filtrationsschicht in das Innere der Membranfaserwände gelangen.

b) Vor der chemischen Reinigung des UF-Systems müssen zunächst wiederholte Luftspülungen und gründliches Rückspülen durchgeführt werden.

c) Der gesamte chemische Reinigungsprozess des UF-Systems dauert etwa 2–4 Stunden; bei starken Verunreinigungen muss die Einweichzeit auf mehr als 12 Stunden verlängert werden.

d) Wenn das UF-System nach der Reinigung länger als drei Tage abgeschaltet wird, muss es gemäß den Vorschriften für Langzeitschließungen gewartet werden.

e) Reinigungslösungen müssen mit UF-Permeat oder höherwertigem Wasser hergestellt werden.

f) Mögliche Verunreinigungen in den Reinigungsmitteln müssen entfernt werden, bevor die Reinigungslösung in die Membranmodule geleitet wird.

g) Die Temperatur der Reinigungslösung kann generell innerhalb des Bereichs von 10℃–40℃ geregelt werden; eine Erhöhung der Temperatur der Reinigungslösung verbessert die Reinigungseffizienz.

h) Falls erforderlich, können mehrere Arten von Reinigungsmitteln verwendet werden, aber die Reinigungsmittel und Desinfektionsmittel dürfen keine Schäden an Membran- und Modulmaterialien verursachen. Nach jedem Reinigungsprozess sollten alle Reinigungsmittel abgelassen und das System gründlich mit UF- oder Umkehrosmose-(RO)-Permeat gespült werden, bevor eine andere Art von Reinigungsmittel verwendet wird.

Chemische Reinigungsprozeduren

4.1 Saure Reinigung

Eine 0,2% HCl-Lösung oder eine 1–2% Zitronensäurelösung eignet sich für Eisenverunreinigungen und Karbonat-Kalkbildung.

Das grundlegende Verfahren zur sauren Reinigung von UF-Membranmodulen lautet wie folgt: a) Vorbereitung des Reinigungssystems; b) Zirkulation der sauren Reinigungslösung in UF-Membranmodulen; c) Spülen der UF-Membranmodule und Wiederherstellung des normalen Produktionsbetriebs.

1) Vorbereitungsarbeiten

  1. a) Schalten Sie das System gemäß der Abschaltprozedur ab. b) Schließen Sie alle Ventile des Systems. c) Bereiten Sie eine 1–2% Zitronensäurelösung oder 0,2% HCl-Lösung im Reinigungslösungstank vor und rühren Sie gründlich, um eine gleichmäßige Mischung zu gewährleisten.

2) Reinigungsprozess

  1. a) Führen Sie ein Hochfrequenz-Rückspülen mit kurzer Dauer durch (in der Regel 3–8 Mal, jeweils 10–15 Sekunden), gefolgt von einem Wasser-Rückspülen; wiederholen Sie diesen Prozess mehrmals, bis das Abwasser aus der Luftspülung praktisch klar ist. Lassen Sie das gesamte Wasser aus den Membranmodulen ab (Hinweis: Die Reinigungslösung sollte sofort nach dem Ablassen in die Module gepumpt werden, um irreversible Schäden durch Dehydration der Membran zu verhindern).
  2. b) Starten Sie die Reinigungswasserpumpe, öffnen Sie langsam das Auslassventil der Reinigungspumpe sowie die Ein- und Auslassventile der UF-System-Reinigungslösung. Steuern Sie die Reinigungsflussrate jedes Membranmoduls nach Bedarf, lassen Sie die Reinigungslösung in die Membranmodule fließen und zurück in den Reinigungslösungstank. Die Zirkulationsreinigungszeit beträgt 30 Minuten.
  3. c) Schalten Sie die Reinigungspumpe aus und lassen Sie die Membranmodule 60 Minuten lang statisch einweichen; bei starker Verschmutzung verlängern Sie die Einweichzeit entsprechend.
  4. d) Nach dem Einweichen starten Sie die Zirkulation erneut für weitere 30 Minuten mit derselben Durchflussrate.
  5. e) Entleeren Sie den Reinigungslösungstank und den Reinigungsfilter und spülen Sie sie gründlich mit sauberem Wasser aus.

3) Spülen des UF-Systems

Ziel des Spülens ist es, restliche chemische Lösungen aus dem UF-System zu entfernen.a) Öffnen Sie das Konzentratablassventil und das Permeatablassventil des UF-Systems.b) Öffnen Sie das Zufuhrwasser-Ventil des UF-Systems, damit das Zufuhrwasser durch die Membranmodule fließen kann, bis der Leitfähigkeitsunterschied zwischen dem Zufuhrwasser und dem abgeführten Wasser innerhalb von 20 μS/cm liegt.c) Stellen Sie das System wieder in den normalen Produktionsbetrieb ein.

4.2 Alkalische Reinigung

Für die Reinigung von UF-Membranmodulen, die durch organische Stoffe und Mikroorganismen verschmutzt sind, wird eine Mischlösung aus 0,21 TP3T NaClO und 0,11 TP3T NaOH verwendet.

Die Arbeitsvorgehensweise für die alkalische Reinigung von UF-Membranmodulen lautet wie folgt:a) Vorbereitung des Reinigungssystems;b) Reinigung der Membranmodule mit alkalischer Oxidationslösung;c) Spülen der Membranmodule und Wiederherstellung der normalen Betriebsbedingungen.

1) Vorbereitungsarbeiten

  1. a) Schalten Sie das UF-System gemäß dem Abschaltverfahren ab.b) Schließen Sie alle Ventile des Systems.c) Bereiten Sie in dem Reinigungstank eine Mischlösung aus 0,21 TP3T NaClO und 0,11 TP3T NaOH vor und rühren Sie gründlich um, um eine gleichmäßige Vermischung sicherzustellen.

2) Reinigungsprozess und 3) Spülvorgang

Gleich wie bei den Schritten zur sauren Reinigung.