Membrantilsmudsning er et uundgåeligt problem i alle membranseparationssystemer under lang-drift. Denne artikel vil systematisk forklare årsagerne, klassificeringerne og forebyggelses- og kontrollogikken for membrantilsmudsning, og derefter diskutere, hvordan man kan reducere tilsmudsning ved kilden og forenkle rengøring og vedligeholdelse ved at udnytte membranmaterialernes iboende egenskaber.
I. Klassificering af hovedkomponenter i membranbegroning
Membrantilsmudsning refererer til fænomenet i membranfiltrering, hvor mikropartikler, kolloider eller store opløste molekyler i vand adsorberes og aflejres på membranoverfladen eller i membranporerne på grund af fysisk-kemiske eller mekaniske effekter, hvilket fører til porestørrelsesreduktion eller blokering og et irreversibelt fald i membrangennemstrømningen. Det skal bemærkes, at membrantilsmudsning begynder, så snart foderopløsningen kommer i kontakt med membranen.
Membranbegroning omfatter uorganisk begroning, organisk begroning og biologisk begroning. I egentlig systemdrift kan én type begroning være dominerende, eller flere typer begroning kan virke sammen. Det er bedst at gennemføre den fulde sammensætningstest af råvand, inden projektet sættes i drift, for at identificere den dominerende begroningstype og matche det tilsvarende forbehandlingsskema, hvorved begroningsbelastningen fra kilden reduceres og membranens levetid forlænges.
II. Bekæmpelse af membranbegroning
Membrantilsmudsningskontrol følger hovedsageligt de kontrolforanstaltninger, der effektivt kan hæmme akkumulering af tilsmudsning og forsinke ydeevneforringelse.
(I) Kilde forbehandling
|
Forureningstype |
Forbehandlingskontrolforanstaltninger |
|
Uorganisk forurening |
Juster pH og hårdhed, tilføj kalkinhibitorer, og brug multi-medie-/sikkerhedsfiltre til at fange partikler. |
|
Organisk forurening |
Koagulation og flokkulering, aktivt kuladsorption og tidlig opsnapning af store molekylære organiske stoffer. |
|
Biologisk forurening |
Præ-desinfektion, kontrol af nitrogen- og fosfornæringsstoffer og reduktion af den påvirkede mikrobielle befolkning. |
(II)Optimering af driftsparametre
Ved at regulere strømningstilstanden af membranoverfladen ved hjælp af væskedynamik reduceres hastigheden af forurenende akkumulering. Membranflux er rationelt styret, og overfladehastigheden øges passende for at reducere den hurtige migration af opløste stoffer til membranoverfladen. Intermitterende evakuering af koncentrat lindrer koncentrationspolarisering og reducerer forureningsadsorption og aflejring. Regelmæssig rengøring er implementeret for at forlænge membranens levetid.
(III) Rengøringsproces
er opdelt i konventionel fysisk rengøring og dyb kemisk rengøring:
Konventionel fysisk rengøring, herunder vandtilbageskylning og luft-vandskrubning, fjerner periodisk overfladens uorganiske filterkage, som kun forsinker uorganisk forurening og ikke kan fjerne organisk adsorption og biologisk slim.
Regelmæssig kemisk rensning: Denne proces påbegyndes periodisk baseret på differenstryktærsklen. Det fjerner forurenende stoffer gennem kemiske reaktioner og genopretter membranpermeabiliteten. Almindelige forurenende stoffer og rengøringsmidler er som følger:
|
Typer af forurenende stoffer |
Specifikke forurenende stoffer |
Rengøringsmidler |
|
Uorganiske stoffer |
Calciumcarbonat, jernsalte og uorganiske kolloider |
Citronsyre-, saltsyre- eller oxalsyreopløsninger med en pH-værdi på 2 |
|
Bariumsulfat, calciumsulfat og andre tungtopløselige uorganiske salte |
Cirka 1 % EDTA-opløsning |
|
|
Organisk stof |
Fedt, humussyre, organiske kolloider mv. |
Natriumhydroxidopløsning med pH=12 |
|
Fedt og andre genstridige organiske forureninger |
0,1%-0,5% natriumdodecylsulfat, Triton X-100 osv. |
|
|
Protein, stivelse, olie, polysaccharider mv. |
0,5%-1,5% protease, amylase osv. |
|
|
Mikroorganisme |
bakterier, vira mv. |
Cirka 1 % hydrogenperoxid eller 50 ppm natriumhypochloritopløsning |
(IV)Optimering af valg af membranmateriale
Membranmaterialernes iboende fysisk-kemiske egenskaber bestemmer begroningsadhæsionshastigheden, rengøringstolerancen og den langsigtede-nedbrydningshastighed. Under de samme vandkvalitets- og driftsparametre bestemmer membranmaterialets egenskaber direkte den øvre grænse for dets antifouling-modstand.
|
Membran materialeejendomme |
Hovedindledning |
|
Overfladegrænsefladeegenskaber |
Hydrofilicitet, isoelektrisk punkt og overfladeruhed af membranoverfladen bestemmer dens adsorptionstendens. Meget hydrofile membraner og membraner med lav-ruhed er afhængige af vandmembranbarrieren og elektrostatisk frastødning for at reducere adsorptionen af kolloider og organisk materiale og dermed mindske forurening ved kilden. |
|
Kemisk stabilitet |
styrken af kemisk rengøring. Membranmaterialer, der er modstandsdygtige over for syrer, baser og oxidanter, kan modstå fuld-kemisk rensning uden hævelse eller oxidativ skade. |
|
Mekanisk strukturel ydeevne |
Membranens mekaniske styrke og tæthed påvirker dens modstand mod erosion og krystallisationsslid. Membranmaterialer med høj-styrke kan modstå høj rengøringsintensitet og høj membranoverfladestrømningshastighed, hvilket kontinuerligt hæmmer filterkagefortykkelse. |
III. Hvorfor vælge keramiske siliciumcarbidmembraner
Keramiske siliciumcarbidmembraner er fremstillet af fint-siliciumcarbidpulver med høj renhed gennem omkrystalliserings- og sintringsteknologi, hvilket opnår mikrofiltrerings- og ultrafiltreringsniveauer. De har høj flux, korrosionsbestandighed, nem rengøring og lang levetid og er i øjeblikket det membranmateriale med den bedste hydrofilicitet og antifouling-egenskaber.
(I) Fremragende hydrofilicitet af siliciumcarbidmembran
Membranmaterialer med bedre hydrofilicitet er mindre tilbøjelige til tilsmudsning og er nemmere at rengøre og genoprette efter tilsmudsning. Ydermere har membranmaterialer med bedre hydrofilicitet under samme drivtryk en højere vandflux. Hydrofiliciteten af membranmaterialer måles ofte ved kontaktvinklen. Siliciumcarbidnanopartikler udviser under omkrystallisation og sintring ingen krympning eller væskefase, hvilket i sidste ende danner en porøs, sammenkoblet netværksstruktur med en porøsitet på over 45%, hvilket opnår ideel hydrofilicitet med en vandkontaktvinkel på kun 8 grader.
(II) Fremragende kemisk stabilitet af siliciumcarbidmembran
Siliciumcarbidmembraner har stærk kemisk resistens og kan bruges i lang tid i syrer og baser, hvilket nemt løser forskellige afskalningsproblemer.
(III) Siliciumcarbidmembranernes fremragende antifouling-egenskaber
Siliciumcarbidmembraner er i øjeblikket de membranmaterialer med den stærkeste negative ladning, som er i stand til at fjerne fedt og mikroorganismer og har fremragende anti-begroningsegenskaber.
|
|
|
|
Figur - ζ-potentiale for forskellige keramiske membranmaterialer |
Figur - Overfladevandstest |
|
Kilde: Farsi, Ali. Institut for Kemi og Biovidenskab, Aalborg Universitet |
Kilde: Sammenligning af keramisk og polymer membranpermeabilitet og begroning ved brug af overfladevand, 2011. Hofs et al. |
Forståelse af membranbegroningsmekanismer er nøglen til den videnskabelige drift og vedligeholdelse af membransystemer. Vi glæder os over din feedback om vandkvalitetsforhold og membrandriftsudfordringer i kommentarfeltet. Jianmo Technology fokuserer på forskning og udvikling, produktion og komplet systemlevering af siliciumcarbid keramiske membraner, der leverer en komplet -kædeservice, herunder tilpasning af membranelementer, systemintegration og drift- og vedligeholdelsesoptimering. Du er velkommen til at kontakte os når som helst, hvis det er nødvendigt!