Χημικός Καθαρισμός
Τα συστήματα υπερφίλτρανσης (UF) μπορεί να επιβαρύνονται από διάφορες παράγοντες ρύπανσης στο νερό τροφοδοσίας, όπως συστατικά σε κρέμα, κολλοειδή, οργανική ουσία, μικροοργανισμούς και υδρογονωμένους οξείδια μετάλλων. Η ρύπανση αναφέρεται σε διάφορες ενώσεις που καλύπτουν την επιφάνεια της μεμβράνης και απορροφούνται στις πόρους της μεμβράνης, συμπεριλαμβανομένων των κλιμακωτών ουσιών στο νερό.
Ο σκοπός της προεπεξεργασίας είναι να μειώσει στο ελάχιστο τις παράγοντες ρύπανσης που προκαλούν την επιβάρυνση της μεμβράνης. Αυτός ο στόχος μπορεί να επιτευχθεί με την εγκατάσταση κατάλληλου εξοπλισμού προεπεξεργασίας (π.χ., προ-φίλτρα, συσκευές συγκράτησης/καθαρισμού ή φιλτραρίσματος) και την επιλογή κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας.
Η επιβάρυνση της μεμβράνης UF γενικά θεωρείται συνδυασμός ενός ή περισσότερων από τα παρακάτω είδη:
▬Ανόργανη ρύπανση/κλιμακωτή επιβάρυνση
▬Ρύπανση σωματιδίων/κολλοειδών
▬Μικροβιολογική/βιορύπανση
▬Οργανική ρύπανση
▬Οι πιθανές αιτίες των παραπάνω προβλημάτων ρύπανσης περιλαμβάνουν:
▬Ανεπαρκής σύστημα προεπεξεργασίας
▬Ανώμαλη λειτουργία του συστήματος προεπεξεργασίας
▬Αλλαγές στη σύνθεση του νερού τροφοδοσίας ή άλλες συνθήκες
▬Ανεπαρκής λειτουργία και έλεγχος
▬Μακροχρόνια συσσώρευση ιζημάτων στην επιφάνεια της μεμβράνης
▬Εποχιακή ρύπανση από αλγές
▬Μη λειτουργία των συστημάτων χημικής δοσολογίας
▬Ανεπαρκής αντίστροφη πλύση και χημικά ενισχυμένη αντίστροφη πλύση (CEB)
▬Ανεπαρκής διαδικασία στοπ και μέτρα διατήρησης του συστήματος
▬Ακατάλληλη επιλογή υλικών για το σύστημα (π.χ., αντλίες και σωλήνες)
Η ρύπανση της μεμβράνης θα οδηγήσει στην επιδείνωση της απόδοσης του συστήματος, όπως μείωση της παραγωγής νερού και της ροής, αύξηση της διαφοράς πίεσης μεταξύ των μεμβρανών (TMP), καθώς και αυξημένη κατανάλωση χημικών και ενέργειας.
Ο χημικός καθαρισμός είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος για την επίλυση προβλημάτων ρύπανσης της μεμβράνης. Μόνο με την εφαρμογή αντίστοιχων μεθόδων καθαρισμού για συγκεκριμένα είδη ρύπανσης μπορούν να επιτευχθούν βέλτιστα αποτελέσματα. Η λάθος επιλογή χημικών καθαρισμού και μεθόδων μπορεί κάποιες φορές να επιδεινώσει την κατάσταση. Γι' αυτό, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το είδος των ρυπαντών στην επιφάνεια της μεμβράνης πριν τον καθαρισμό. Τα παρακάτω αναλυτικά μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως για αυτόν τον σκοπό:
▬Αναλύστε τα δεδομένα απόδοσης του συστήματος· ανατρέξτε στις αναλυτικές οδηγίες αντιμετώπισης προβλημάτων στο προηγούμενο τεύχος.
▬Αναλύστε τη σύνθεση του νερού τροφοδοσίας· η πιθανότητα ρύπανσης από ρυπαντές μπορεί συχνά να εντοπιστεί ξεκάθαρα με την επισκόπηση της έκθεσης ποιότητας του αρχικού νερού.
▬Ελέγξτε τα προηγούμενα αρχεία καθαρισμού και την αποτελεσματικότητά τους.
▬Αναλύστε τις ουσίες που συγκρατούνται στο χαρτί φίλτρου που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του SDI (Silt Density Index) του νερού τροφοδοσίας.
▬Ελέγξτε τους ρυπαντές στα απορροφούμενα νερά από τις διαδικασίες αερισμού και αντίστροφης πλύσης της UF.
▬Εξετάστε τους ρυπαντές στο εισαγωγικό άκρο των μονάδων μεμβράνης: χρώμα κοκκινωπό-καφέ υποδεικνύει πιθανή ρύπανση από σίδηρο· ιζηματώδεις ή κολλοειδείς ενώσεις συνήθως υποδεικνύουν μικροβιολογική ή οργανική ρύπανση.
Συνθήκες για Χημικό Καθαρισμό
Κατά την κανονική λειτουργία ενός συστήματος UF, η επιφάνεια των ινών της μεμβράνης UF μπορεί να επιβαρυνθεί από συστατικά σε κρέμα, κολλοειδή σωματίδια, μικροοργανισμούς ή αδιάλυτες οργανικές ουσίες. Όταν τέτοιες επιβαρύνσεις συσσωρεύονται συνεχώς και δεν μπορούν να αντιστραφούν με την καθιερωμένη αντίστροφη πλύση ή τη χημικά ενισχυμένη αντίστροφη πλύση, θα οδηγήσουν στη μείωση της ομαλοποιημένης παραγωγής νερού και στην αύξηση της ομαλοποιημένης διαφοράς πίεσης μεταξύ των μεμβρανών. Οι μονάδες μεμβράνης πρέπει να καθαριστούν για να αποκατασταθεί η απόδοση του συστήματος όταν συμβαίνει οποιαδήποτε από τις παρακάτω συνθήκες:
▬Η ομαλοποιημένη παραγωγή νερού μειώνεται κατά 25%.
▬Η ομαλοποιημένη διαφορά πίεσης μεταξύ των μεμβρανών αυξάνεται κατά 1,0 bar.
▬Η λειτουργική διαφορά πίεσης μεταξύ των μεμβρανών ανεβαίνει στη μέγιστη τιμή των 2,1 bar.
▬Αν δεν έχετε ομαλοποιήσει τα λειτουργικά σας δεδομένα, ανατρέξτε στις παραπάνω τιμές για να αποφασίσετε αν χρειάζεται χημικός καθαρισμός.
Είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε πολύ προσεκτικά τη λειτουργική απόδοση του συστήματος UF κατά την καθημερινή λειτουργία, συμπεριλαμβανομένης της διαφοράς πίεσης λειτουργίας και της ροής παραγωγής νερού. Καθώς η ρύπανση της μεμβράνης προχωρά, η διαφορά πίεσης θα αυξάνεται και η ροή παραγωγής νερού θα μειώνεται. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μείωση της ροής παραγωγής νερού της μεμβράνης UF που προκαλείται από την πτώση της θερμοκρασίας του νερού τροφοδοσίας είναι φυσιολογικό φαινόμενο και δεν υποδηλώνει ρύπανση της μεμβράνης, δηλαδή η μεμβράνη UF μπορεί να μη χρειάζεται καθαρισμός κάτω από τέτοιες συνθήκες.
Επιλογή Σχημάτων Χημικού Καθαρισμού
Τα οξικά και αλκαλικά καθαριστικά είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα χημικά καθαρισμού. Το κατάλληλο σχέδιο καθαρισμού πρέπει να επιλέγεται με βάση το είδος των ρυπαντών.
3.1 Σχέδιο Οξικού Καθαρισμού
Οξικά διαλύματα χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό συστημάτων UF όταν το περιεχόμενο Fe ή Mn στο νερό τροφοδοσίας υπερβαίνει τα σχεδιαστικά όρια, ή όταν το περιεχόμενο συστατικών σε κρέμα στο νερό τροφοδοσίας των μονάδων μεμβράνης UF είναι εξαιρετικά υψηλό, προκαλώντας ανόργανη ρύπανση στην εισαγωγική πλευρά της μεμβράνης.
3.2 Σχέδιο Αλκαλικού Καθαρισμού
Αλκαλικά οξειδωτικά διαλύματα χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό συστημάτων UF όταν το περιεχόμενο οργανικών ουσιών στο νερό τροφοδοσίας είναι υψηλό, που μπορεί να προκαλέσει οργανική ρύπανση της μεμβράνης. Επιπλέον, σε συνθήκες που ευνοούν την ανάπτυξη μικροοργανισμών, κάποια βακτήρια και αλγές θα αναπαράγονται στις μονάδες μεμβράνης UF, προκαλώντας βιορύπανση.
Σημειώσεις:
α) Όλα τα καθαριστικά πρέπει να τροφοδοτούνται στις μονάδες μεμβράνης UF από την εισαγωγική πλευρά για να αποτραπεί η πιθανή εισαγωγή ρυπαντών από τα καθαριστικά στο εσωτερικό των τοιχωμάτων των ινών της μεμβράνης μέσω της πίσω πλευράς της πυκνής στρώσης φιλτραρίσματος.
β) Πριν την εκτέλεση χημικού καθαρισμού στο σύστημα UF, πρέπει πρώτα να γίνει επανειλημμένος αερισμός και σχολαστική αντίστροφη πλύση.
γ) Η όλη διαδικασία χημικού καθαρισμού του συστήματος UF διαρκεί περίπου 2–4 ώρες· για σοβαρή ρύπανση, ο χρόνος εμποτισμού πρέπει να επιμηκυνθεί σε περισσότερες από 12 ώρες.
δ) Αν το σύστημα UF θα σταματήσει για περισσότερες από τρεις ημέρες μετά τον καθαρισμό, πρέπει να συντηρείται σύμφωνα με τις απαιτήσεις για μακροχρόνια στοπ.
ε) Τα διαλύματα καθαρισμού πρέπει να παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας διαπερατό νερό UF ή νερό υψηλότερης ποιότητας.
ζ) Πρέπει να αφαιρούνται πιθανοί ρυπαντές από τα καθαριστικά πριν την κυκλοφορία του διαλύματος στις μονάδες μεμβράνης.
η) Η θερμοκρασία του διαλύματος καθαρισμού μπορεί γενικά να ελέγχεται στο εύρος 10℃–40℃· η αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος καθαρισμού μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του καθαρισμού.
θ) Αν χρειαστεί, μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλά είδη καθαριστικών, αλλά τα καθαριστικά και τα απολυμαντικά δεν πρέπει να προκαλούν ζημιά στα υλικά της μεμβράνης και των μονάδων. Μετά από κάθε διαδικασία καθαρισμού, πρέπει να αποστραγγίζονται όλα τα καθαριστικά και να ξεπλένεται πλήρως το σύστημα με διαπερατό νερό UF ή αντίστροφης όσμωσης (RO) πριν χρησιμοποιηθεί άλλο είδος καθαριστικού.
Διαδικασίες Χημικού Καθαρισμού
4.1 Οξικός Καθαρισμός
Ένα διάλυμα HCl 0,2% ή ένα διάλυμα κιτρικού οξέος 1–2% είναι κατάλληλο για ρύπανση από σίδηρο και κλιμακωτή επιβάρυνση από καρβονικά.
Η βασική διαδικασία οξικού καθαρισμού των μονάδων μεμβράνης UF είναι η εξής: α) Προετοιμασία του συστήματος καθαρισμού· β) Κυκλοφορία του οξικού διαλύματος καθαρισμού στις μονάδες μεμβράνης UF· γ) Ξέπλυμα των μονάδων μεμβράνης UF και επαναφορά στην κανονική λειτουργία παραγωγής.
1) Εργασίες Προετοιμασίας
- α) Σταμάτηση του συστήματος σύμφωνα με τη διαδικασία στοπ· β) Κλείσιμο όλων των βανών του συστήματος· γ) Προετοιμασία διαλύματος καθαρισμού με κιτρικό οξύ 1–2% ή HCl 0,2% στη δεξαμενή καθαρισμού και ανάμιξη καλά για ομοιόμορφη ανάμιξη.
2) Διαδικασία Καθαρισμού
- a) Perform high-frequency, short-duration air scrubbing (generally 3–8 times, 10–15 seconds each time) followed by water backwashing; repeat this process several times until the discharge water from air scrubbing is basically clear. Drain all water from the membrane modules (Note: The cleaning solution should be pumped into the modules immediately after draining to prevent irreversible damage caused by membrane dehydration).
- b) Start the cleaning water pump, slowly open the cleaning pump outlet valve and the UF system cleaning solution inlet/outlet valves. Control the cleaning flow rate of each membrane module as required, allow the cleaning solution to flow into the membrane modules and return to the cleaning solution tank. The circulation cleaning time is 30 minutes.
- γ) Σβήστε την αντλία καθαρισμού και αφήστε τα μονάδες μεμβράνης να μουλιάσουν στατικά για 60 λεπτά· επεκτείνετε ανάλογα τον χρόνο μούλιασμα σε περίπτωση σοβαρής ρύπανσης.
- δ) Μετά το μούλιασμα, επανεκκινήστε την κυκλοφορία για άλλα 30 λεπτά με τον ίδιο όγκο ροής.
- ε) Αδειάστε τη δεξαμενή διαλύματος καθαρισμού και το φίλτρο καθαρισμού και ξεπλύνετέ τα πλήρως με καθαρό νερό.
3) Ξέπλυμα του συστήματος UF
Ο σκοπός του ξεπλύματος είναι να αφαιρεθούν τα υπολείμματα χημικών διαλυμάτων από το σύστημα UF. α) Ανοίξτε τη βαλβίδα εκροής συμπυκνωμένου διαλύματος και τη βαλβίδα εκροής περμεάτων του συστήματος UF. β) Ανοίξτε τη βαλβίδα τροφοδοσίας νερού του συστήματος UF για να περάσει τροφοδοσία νερού μέσα από τις μονάδες μεμβράνης μέχρι να είναι η διαφορά στην αγωγιμότητα μεταξύ του τροφοδοτούμενου νερού και του εκρεμούντος νερού μέσα στα 20 μS/cm. γ) Επαναφέρετε το σύστημα στην κανονική λειτουργία παραγωγής.
4.2 Αλκαλικός καθαρισμός
Χρησιμοποιείται ένα μείγμα διαλύματος 0,2% NaClO και 0,1% NaOH για τον καθαρισμό μονάδων μεμβράνης UF που έχουν ρυπανθεί από οργανικές ουσίες και μικροοργανισμούς.
Η διαδικασία λειτουργίας για τον αλκαλικό καθαρισμό των μονάδων μεμβράνης UF είναι η εξής: α) Προετοιμασία του συστήματος καθαρισμού; β) Καθαρισμός των μονάδων μεμβράνης με αλκαλικό διάλυμα οξειδωτικού; γ) Ξέπλυμα των μονάδων μεμβράνης και επαναφορά στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας.
1) Εργασίες Προετοιμασίας
- α) Σβήστε το σύστημα UF σύμφωνα με τη διαδικασία σβήσιμου. β) Κλείστε όλες τις βαλβίδες του συστήματος. γ) Προετοιμάστε ένα μείγμα διαλύματος 0,2% NaClO και 0,1% NaOH στη δεξαμενή καθαρισμού και ανακατέψτε πολύ καλά για να εξασφαλίσετε ομοιόμορφο ανάμειξη.
2) Διαδικασία καθαρισμού και 3) Διαδικασία ξεπλύματος
Ίδια με τα βήματα του οξέος καθαρισμού.