Czyszczenie chemiczne
Systemy ultrafiltracji (UF) mogą być zanieczyszczane przez różne zanieczyszczenia w wodzie źródłowej, takie jak ciała stałe zawieszone, koloidy, substancje organiczne, mikroorganizmy i wodne tlenki metali. Zanieczyszczenie odnosi się do różnych osadów pokrywających powierzchnię membrany i adsorbowanych w porach membrany, w tym substancji tworzących kamień w wodzie.
Celem przetwarzania wstępnego jest minimalizacja zanieczyszczeń powodujących zanieczyszczenie membrany. Cel ten można osiągnąć poprzez instalację odpowiedniego sprzętu do przetwarzania wstępnego (np. filtry wstępne, urządzenia do koagulacji/klarowania lub filtracji) oraz dobór właściwych warunków pracy.
Zanieczyszczenie membrany UF jest ogólnie uważane za kombinację jednego lub więcej z następujących typów:
▬Nieorganiczne zanieczyszczenie/kamienień
▬Zanieczyszczenie cząstkowe/koloidalne
▬Mikrobiologiczne/biozanieczyszczenie
▬Organiczne zanieczyszczenie
▬Możliwe przyczyny powyższych problemów z zanieczyszczeniami obejmują:
▬Niewystarczający system przetwarzania wstępnego
▬Nieprawidłowa eksploatacja systemu przetwarzania wstępnego
▬Zmiany w składzie wody źródłowej lub innych warunkach
▬Nieprawidłowa eksploatacja i kontrola
▬Długotrwałe nagromadzenie osadów na powierzchni membrany
▬Sezonowe zanieczyszczenia przez rozkwit alg
▬Awaria systemów dozowania chemikaliów
▬Nieprawidłowe płukanie wsteczne i płukanie wsteczne wspomagane chemicznie (CEB)
▬Nieprawidłowe procedury wyłączenia systemu i środki konserwacyjne
▬Nieodpowiedni dobór materiałów do systemu (np. pompy i rurociągi)
Zanieczyszczenie membrany prowadzi do pogorszenia wydajności systemu, takiego jak spadek produkcji wody i przepływu, wzrost różnicy ciśnienia transmembranowego (TMP), a także wyższe zużycie chemikaliów i energii.
Czyszczenie chemiczne jest najskuteczniejszą metodą na rozwiązanie problemów z zanieczyszczeniem membrany. Optymalne rezultaty można osiągnąć tylko poprzez stosowanie odpowiednich metod czyszczenia dla konkretnych typów zanieczyszczeń. Nieprawidłowy dobór środków czyszczących i metod może czasami pogorszyć sytuację. Dlatego przed czyszczeniem konieczne jest określenie typu zanieczyszczeń na powierzchni membrany. Do tego celu zwykle używane są następujące metody analityczne:
▬Analiza danych o wydajności systemu; należy zapoznać się z szczegółowymi instrukcjami usuwania usterek w poprzednim numerze.
▬Analiza składu wody źródłowej; możliwość wystąpienia zanieczyszczeń powodujących zanieczyszczenie często można jasno zidentyfikować po przejrzeniu raportu o jakości wody surowej.
▬Sprawdzenie wcześniejszych zapisów czyszczenia i ich skuteczności.
▬Analiza substancji utrzymywanych na papierze filtracyjnym używanym do pomiaru SDI (Indeksu Gęstości Ilastu) wody źródłowej.
▬Inspekcja zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych z procesów mycia powietrzem i płukania wstecznego UF.
▬Badanie zanieczyszczeń na końcu dopływowym modułów membranowych: czerwonobrązowy kolor wskazuje możliwe zanieczyszczenie żelazem; osady przypominające błoto lub koloidy zwykle wskazują zanieczyszczenie mikrobiologiczne lub organiczne.
Warunki do czyszczenia chemicznego
Podczas normalnej eksploatacji systemu UF powierzchnia włókien membranowych UF może być zanieczyszczana przez cząstki zawieszone, koloidy, mikroorganizmy lub nierozpuszczalne substancje organiczne. Kiedy takie zanieczyszczenia gromadzą się nieustannie i nie mogą zostać usunięte przez rutynowe płukanie wsteczne ani płukanie wsteczne wspomagane chemicznie, prowadzi to do spadku normalizowanej produkcji wody i wzrostu normalizowanej różnicy ciśnienia transmembranowego. Moduły membranowe muszą być czyszczone, aby przywrócić wydajność systemu, gdy wystąpi jeden z poniższych warunków:
▬Normalizowana produkcja wody spada o 25%.
▬Normalizowana różnica ciśnienia transmembranowego wzrasta o 1,0 bar.
▬Eksploatacyjna różnica ciśnienia transmembranowego wzrasta do maksymalnej wartości 2,1 bar.
▬Jeśli nie normalizowano danych eksploatacyjnych, należy skorzystać z powyższych wartości, aby zdecydować, czy wymagane jest czyszczenie chemiczne.
Koniecznie należy ściśle monitorować wydajność eksploatacyjną systemu UF podczas codziennych operacji, w tym różnicę ciśnienia eksploatacyjnego i przepływ wody. W miarę postępu zanieczyszczeń membranowych różnica ciśnienia wzrośnie, a przepływ wody spadnie. Należy pamiętać, że spadek przepływu wody przez membranę UF spowodowany obniżeniem temperatury wody źródłowej jest zjawiskiem normalnym i nie świadczy o zanieczyszczeniu membrany, co oznacza, że membrana UF w takich warunkach może nie potrzebować czyszczenia.
Wybór schematów czyszczenia chemicznego
Środki czyszczące kwaśne i zasadowe są szeroko stosowanymi środkami czyszczącymi. Odpowiedni schemat czyszczenia powinien być wybierany w zależności od typu zanieczyszczeń.
3.1 Schemat czyszczenia kwaśnego
Roztwory kwaśne stosuje się do czyszczenia systemów UF, gdy zawartość Fe lub Mn w wodzie źródłowej przekracza normy projektowe, lub gdy zawartość ciał stałych w wodzie źródłowej modułów membranowych UF jest niezwykle wysoka, co prowadzi do nieorganicznego zanieczyszczenia strony dopływowej membrany.
3.2 Schemat czyszczenia zasadowego
Roztwory oksydantów zasadowych stosuje się do czyszczenia systemów UF, gdy zawartość substancji organicznych w wodzie źródłowej jest wysoka, co może powodować zanieczyszczenie organiczne membrany. Ponadto, w warunkach sprzyjających rozwojowi mikroorganizmów, niektóre bakterie i algi rozmnażają się w modułach membranowych UF, powodując biozanieczyszczenie.
Uwagi:
a) Wszystkie środki czyszczące muszą być wprowadzane do modułów membranowych UF od strony dopływu, aby zapobiec możliwości przedostania się zanieczyszczeń z środków czyszczących do wnętrza ścian włókien membranowych przez tylną stronę szczelnej warstwy filtracyjnej.
b) Przed przeprowadzeniem czyszczenia chemicznego systemu UF należy najpierw przeprowadzić wielokrotne mycie powietrzem i dokładne płukanie wsteczne.
c) Cały proces czyszczenia chemicznego systemu UF trwa około 2–4 godzin; w przypadku silnego zanieczyszczenia czas namaczania należy przedłużyć do ponad 12 godzin.
d) Jeśli system UF zostanie wyłączone na dłużej niż trzy dni po czyszczeniu, należy go konserwować zgodnie z wymogami dotyczącymi długoterminowego wyłączenia.
e) Roztwory czyszczące muszą być przygotowywane z permeatu UF lub wody o wyższej jakości.
f) Wszystkie możliwe zanieczyszczenia w środkach czyszczących muszą być usunięte przed rozpoczynaniem cyrkulacji roztworu czyszczącego do modułów membranowych.
g) Temperatura roztworu czyszczącego może być ogólnie kontrolowana w zakresie 10℃–40℃; podwyższenie temperatury roztworu czyszczącego może poprawić efektywność czyszczenia.
h) W razie potrzeby można stosować wiele rodzajów środków czyszczących, ale środki czyszczące i dezynfekujące nie mogą powodować uszkodzeń materiałów membranowych i modułów. Po każdym procesie czyszczenia wszystkie środki czyszczące należy spuścić, a system należy dokładnie opłukać permeatem UF lub odwróconej osmozy (RO) przed użyciem innego środka czyszczącego.
Procedury czyszczenia chemicznego
4.1 Czyszczenie kwaśne
Roztwór HCl o stężeniu 0,2% lub roztwór kwasu cytrynowego o stężeniu 1–2% nadaje się do czyszczenia zanieczyszczeń żelazem i skalowania karbonatowego.
Podstawowa procedura czyszczenia kwaśnego modułów membranowych UF wygląda następująco: a) Przygotowanie systemu czyszczącego; b) Cykliczne krążenie roztworu kwaśnego w modułach membranowych UF; c) Opłukanie modułów membranowych UF i przywrócenie ich do normalnej pracy produkcyjnej.
1) Prace przygotowawcze
- a) Wyłączyć system zgodnie z procedurą wyłączenia. b) Zamknąć wszystkie zawory systemu. c) Przygotować w zbiorniku na roztwór czyszczący roztwór kwasu cytrynowego o stężeniu 1–2% lub roztwór HCl o stężeniu 0,2% i dokładnie wymieszać, aby uzyskać jednorodne mieszanie.
2) Proces czyszczenia
- a) Wykonać częste, krótkie mycie powietrzem (zwykle 3–8 razy, po 10–15 sekund każdy raz) po czym przeprowadzić płukanie wodą; powtórzyć tę procedurę kilka razy, aż woda odprowadzana po myciu powietrzem będzie w zasadzie czysta. Spuścić całą wodę z modułów membranowych (Uwaga: Roztwór czyszczący należy natychmiast pompować do modułów, aby uniknąć nieodwracalnych uszkodzeń spowodowanych odwodnieniem membrany).
- b) Uruchomić pompę do wody czyszczącej, powoli otworzyć zawór wylotowy pompy czyszczącej oraz zawory wlotu/wylotu roztworu czyszczącego systemu UF. Kontrolować przepływ czyszczący każdego modułu membranowego zgodnie z wymaganiami, umożliwić przepływ roztworu czyszczącego do modułów membranowych i powrót do zbiornika z roztworem czyszczącym. Czas cyklu czyszczenia wynosi 30 minut.
- c) Wyłącz pompę czyszczącą i pozostaw moduły membranowe w stanie bezruchu na 60 minut; odpowiednio wydłuż czas namaczania w przypadku silnego zanieczyszczenia.
- d) Po namoczeniu ponownie uruchom cyrkulację przez kolejne 30 minut przy tej samej przepływie.
- e) Spuść zawartość zbiornika z roztworem czyszczącym oraz filtr czyszczący i dokładnie opłucz je czystą wodą.
3) Opłukanie systemu UF
Celem opłukania jest usunięcie resztkowych roztworów chemicznych z systemu UF. a) Otwórz zawór odpływu koncentratu i zawór odpływu permeatu systemu UF. b) Otwórz zawór doprowadzenia wody do systemu UF, aby woda doprowadzająca przepłynęła przez moduły membranowe, dopóki różnica przewodności między wodą doprowadzaną a wodą odprowadzaną nie wyniesie więcej niż 20 μS/cm. c) Przywróć system do normalnej pracy produkcyjnej.
4.2 Czyszczenie zasadą
Do czyszczenia modułów membranowych UF zanieczyszczonych substancjami organicznymi i mikroorganizmami stosuje się mieszany roztwór 0,2% NaClO i 0,1% NaOH.
Procedura czyszczenia zasadą modułów membranowych UF wygląda następująco: a) Przygotowanie systemu czyszczącego; b) Czyszczenie modułów membranowych roztworem oksydanta zasadowego; c) Opłukanie modułów membranowych i przywrócenie ich do normalnych warunków eksploatacyjnych.
1) Prace przygotowawcze
- a) Wyłącz system UF zgodnie z procedurą wyłączenia. b) Zamknij wszystkie zawory systemu. c) Przygotuj w zbiorniku czyszczącym mieszany roztwór 0,2% NaClO i 0,1% NaOH i dokładnie wymieszaj, aby zapewnić jednorodne połączenie.
2) Proces czyszczenia i 3) Proces opłukiwania
To samo co w przypadku czyszczenia kwasem.