Chemische reiniging
Ultrafiltratiesystemen (UF) kunnen worden aangetast door verschillende onzuiverheden in het voedingswater, zoals zwevende vaste stoffen, colloïden, organisch materiaal, micro-organismen en gehydrateerde metaaloxiden. Aantasting verwijst naar diverse afzettingen die de membraanoppervlakte bedekken en zich in de membraanporiën adsorberen, waaronder kalkvormende stoffen in water.
Het doel van voorbehandeling is het minimaliseren van onzuiverheden die membraanaantasting veroorzaken. Dit doel kan worden bereikt door passende voorbehandelingsapparatuur te installeren (bijvoorbeeld voorfilters, coagulatie-/verduidelijking- of filtratieapparaten) en door geschikte bedrijfsomstandigheden te kiezen.
Membranaantasting bij UF wordt over het algemeen beschouwd als een combinatie van één of meer van de volgende typen:
▬Anorganische aantasting/kalkvorming
▬Deeltjes-/colloïdale aantasting
▬Microbiologische/bioaantasting
▬Organische aantasting
▬De mogelijke oorzaken van bovenstaande aantastingproblemen zijn onder andere:
▬Onvoldoende voorbehandelingssysteem
▬Abnormale werking van het voorbehandelingssysteem
▬Veranderingen in de samenstelling van het voedingswater of andere omstandigheden
▬Onjuiste bediening en controle
▬Langdurige accumulatie van sedimenten op het membraanoppervlak
▬Seizoensgebonden algenbloei-aantasting
▬Foutieve werking van chemische doseersystemen
▬Onjuiste terugspoeling en chemisch versterkte terugspoeling (CEB)
▬Onjuiste systeemafsluitprocedures en behoudsmaatregelen
▬Onjuiste materiaalkeuze voor het systeem (bijv. pompen en leidingen)
Membranaantasting zal leiden tot verslechtering van de systeemprestaties, zoals afname van waterproductie en flux, toename van het transmembrane drukverschil (TMP), evenals hoger chemisch en energieverbruik.
Chemische reiniging is de meest effectieve methode om membraanaantastingproblemen op te lossen. Alleen door overeenkomstige reinigingsmethoden voor specifieke aantastingstypen toe te passen, kunnen optimale resultaten worden bereikt. Onjuiste selectie van reinigingschemicaliën en -methoden kan soms de situatie verergeren. Daarom is het noodzakelijk om de aard van de aantasting op het membraanoppervlak te bepalen voordat men begint met reinigen. De volgende analysemethodes worden gewoonlijk gebruikt voor dit doel:
▬Analyseer systeemprestatiegegevens; raadpleeg de gedetailleerde instructies voor probleemoplossing in het vorige nummer.
▬Analyseer de samenstelling van het voedingswater; de mogelijkheid van aantasting door contaminanten kan vaak duidelijk worden vastgesteld door het rapport over de ruwe waterkwaliteit te bekijken.
▬Controleer eerdere reinigingsgegevens en hun effectiviteit.
▬Analyseer stoffen die achterblijven op het filterpapier dat wordt gebruikt voor SDI-meting (Silt Density Index) van het voedingswater.
▬Inspecteer contaminanten in het afvalwater dat afkomstig is van UF-luchtwassen en terugspoelprocessen.
▬Onderzoek contaminanten aan de voedingszijde van membraanmodules: een roodbruine kleur wijst op mogelijke ijzeraantasting; slibachtige of colloïdale afzettingen wijzen meestal op microbiologische of organische aantasting.
Voorwaarden voor chemische reiniging
Tijdens de normale werking van een UF-systeem kan het oppervlak van UF-membraanvezels worden aangetast door zwevende deeltjes, colloïdale deeltjes, micro-organismen of onoplosbaar organisch materiaal. Wanneer dergelijke aantasting zich blijft ophopen en niet kan worden teruggedraaid door routine terugspoeling of chemisch versterkte terugspoeling, zal dit leiden tot afname van de genormaliseerde waterproductie en toename van het genormaliseerde transmembrane drukverschil. Membranemodules moeten worden gereinigd om de systeemprestaties te herstellen wanneer een van de volgende omstandigheden optreedt:
▬De genormaliseerde waterproductie daalt met 25%.
▬Het genormaliseerde transmembrane drukverschil stijgt met 1,0 bar.
▬De werkende transmembrane drukverschil stijgt tot het maximale waarde van 2,1 bar.
▬Als u uw bedrijfsgegevens niet hebt genormaliseerd, raadpleeg dan de bovenstaande waarden om te beslissen of chemische reiniging nodig is.
Het is absoluut noodzakelijk om de bedrijfsprestaties van het UF-systeem tijdens dagelijkse activiteiten nauwlettend te monitoren, inclusief het werkdrukverschil en de waterproductieflow. Naarmate de membranaantasting vordert, zal het drukverschil toenemen en de waterproductieflow afnemen. Het is belangrijk op te merken dat een afname van de UF-membranewaterproductieflow als gevolg van een daling van de voedingswatertemperatuur een normaal verschijnsel is en geen indicatie van membraanaantasting, wat betekent dat het UF-membraan in dergelijke omstandigheden wellicht niet hoeft te worden gereinigd.
Selectie van chemische reinigingschema's
Zure en alkalische reinigingsmiddelen zijn veelgebruikte reinigingschemicaliën. Het juiste reinigingschema moet worden gekozen op basis van de aard van de aantasting.
3.1 Zuur reinigingschema
Zure oplossingen worden gebruikt voor het reinigen van UF-systemen wanneer het gehalte aan Fe of Mn in het voedingswater de ontwerpnormen overschrijdt, of wanneer het gehalte aan zwevende vaste stoffen in het voedingswater van UF-membranemodules extreem hoog is, wat leidt tot anorganische aantasting aan de voedingszijde van het membraan.
3.2 Alkalisch reinigingschema
Alkalische oxidatiemiddelen worden aangewend voor het reinigen van UF-systemen wanneer het gehalte aan organisch materiaal in het voedingswater hoog is, wat organische aantasting van het membraan kan veroorzaken. Bovendien zullen, onder gunstige omstandigheden voor microbieel groeien, sommige bacteriën en algen zich vermenigvuldigen in UF-membranemodules, wat leidt tot bioaantasting.
Opmerkingen:
a) Alle reinigingsmiddelen moeten vanuit de voedingszijde in UF-membranemodules worden gevoerd om te voorkomen dat mogelijke onzuiverheden in de reinigingsmiddelen via de achterkant van de dichte filtratielaag in de binnenkant van de membraanvezelwanden terechtkomen.
b) Voordat chemische reiniging op het UF-systeem wordt uitgevoerd, moeten eerst herhaaldelijk luchtwassen en grondig terugspoelen plaatsvinden.
c) Het hele chemische reinigingsproces van het UF-systeem duurt ongeveer 2–4 uur; bij ernstige aantasting moet de weektijd worden verlengd tot meer dan 12 uur.
d) Als het UF-systeem na reiniging langer dan drie dagen stilgelegd wordt, moet het worden onderhouden volgens de vereisten voor langdurige stillegging.
e) Reinigingsoplossingen moeten worden bereid met UF-permeaat of water van hogere kwaliteit.
f) Mogelijke contaminanten in de reinigingsmiddelen moeten worden verwijderd voordat de reinigingsoplossing in de membraanmodulen wordt rondgepompt.
g) De temperatuur van de reinigingsoplossing kan over het algemeen worden gecontroleerd binnen het bereik van 10℃–40℃; het verhogen van de temperatuur van de reinigingsoplossing kan de reinigingsefficiëntie verbeteren.
h) Indien nodig kunnen meerdere soorten reinigingsmiddelen worden gebruikt, maar de reinigingsmiddelen en desinfectiemiddelen mogen geen schade toebrengen aan het membraan en de modulematerialen. Na elke reinigingsprocedure moeten alle reinigingsmiddelen worden afgevoerd en het systeem grondig worden gespoeld met UF- of omgekeerde osmose (RO)-permeaat voordat een ander type reinigingsmiddel wordt gebruikt.
Procedures voor chemische reiniging
4.1 Zure reiniging
Een 0,2% HCl-oplossing of een 1–2% citroenzuur-oplossing is geschikt voor ijzeraantasting en carbonaatkalkvorming.
De basisprocedure voor zuurreiniging van UF-membranemodules is als volgt:a) Voorbereiding van het reinigingssysteem;b) Circulatie van de zuure oplossing in UF-membranemodules;c) Spoelen van UF-membranemodules en herstel tot normale productiewerkzaamheden.
1) Voorbereidingswerk
- a) Schakel het systeem uit volgens de afsluitprocedure.b) Sluit alle kleppen van het systeem.c) Bereid een 1–2% citroenzuur-oplossing of 0,2% HCl-oplossing in de reinigingsoplossingstank en roer grondig om een uniforme menging te garanderen.
2) Reinigingsproces
- a) Voer hoogfrequente, korte luchtwassingen uit (over het algemeen 3–8 keer, telkens 10–15 seconden) gevolgd door waterterugspoeling; herhaal dit proces meerdere malen totdat het afvoerwater van de luchtwassing in principe helder is. Leeg alle water uit de membraanmodulen (Opmerking: De reinigingsoplossing moet direct na het legen in de modulen worden gepompt om irreversibele schade door uitdroging van het membraan te voorkomen).
- b) Start de reinigingswaterpomp, open langzaam de uitlaatklep van de reinigingspomp en de in- en uitlaatkleppen van het UF-systeemreinigingsoplossing. Controleer de reinigingsstroom van elke membraanmodule zoals vereist, laat de reinigingsoplossing in de membraanmodulen stromen en retourneer naar de reinigingsoplossingstank. De circulatie-reinigingsduur is 30 minuten.
- c) Schakel de reinigingspomp uit en laat de membraanmodules 60 minuten statisch weken; verleng de weektijd dienovereenkomstig bij ernstige vervuiling.
- d) Na het weekproces, start de circulatie opnieuw voor nog eens 30 minuten met dezelfde stroomsnelheid.
- e) Leg de reinigingsoplossingstank en het reinigingsfilter leeg en spoel ze grondig met schoon water.
3) Spoelen van het UF-systeem
Het doel van het spoelen is om resterende chemische oplossingen uit het UF-systeem te verwijderen.a) Open de afvoerklep voor het concentraat van het UF-systeem en de afvoerklep voor het permeaat.b) Open de toevoerklep van het UF-systeem om toevoerwater door de membraanmodules te laten stromen totdat het geleidingsverschil tussen het toevoerwater en het afgevoerde water binnen 20 μS/cm ligt.c) Breng het systeem weer in normale productiebedrijfstoestand.
4.2 Alkalische reiniging
Een gemengde oplossing van 0,2% NaClO en 0,1% NaOH wordt gebruikt voor het reinigen van UF-membraanmodules die zijn verontreinigd door organisch materiaal en micro-organismen.
De werkwijze voor alkalische reiniging van UF-membraanmodules is als volgt:a) Voorbereiding van het reinigingssysteem;b) Reiniging van membraanmodules met een alkalische oxidatiemiddeloplossing;c) Spoelen van membraanmodules en herstel tot normale bedrijfsomstandigheden.
1) Voorbereidingswerk
- a) Zet het UF-systeem af volgens de afsluitprocedure.b) Sluit alle kleppen van het systeem.c) Bereid een gemengde oplossing van 0,2% NaClO en 0,1% NaOH in de reinigingstank en roer grondig om een uniforme menging te garanderen.
2) Reinigingsproces en 3) Spoelproces
Hetzelfde als de stappen voor zure reiniging.