Regeneración y limpieza de la membrana cerámica

Pueden adoptarse algunas medidas para prevenir y controlar la contaminación de las membranas cerámicas durante el proceso de filtración, pero la obstrucción de la membrana no puede evitarse por completo. Con la extensión del tiempo de funcionamiento, el flujo de permeación de la membrana cerámica disminuye rápidamente y no puede cumplir con los requisitos del diseño industrial. Los contaminantes unidos a la superficie de la membrana y existen en los poros durante mucho tiempo, lo que puede causar una reacción química con la membrana y reducir su vida útil. Por lo tanto, para recuperar los parámetros de rendimiento de la membrana tanto como sea posible, la membrana cerámica debe limpiarse regularmente.

Tipos de contaminantes

1. incrustación inorgánica
En un sistema de separación de membrana impulsado por presión, debido a la retención de la membrana, la concentración de los componentes en el sistema se producirá en la superficie de la membrana, lo que dará como resultado la polarización de la concentración. Para componentes solubles, cuando el contenido de iones excede su solubilidad, se formará precipitación o ensuciamiento en la superficie de la membrana y en los poros. Los contaminantes inorgánicos más importantes son la llamada capa de escala formada por sulfato y carbonato de calcio y bario, entre los cuales CaCO3 y CaSO4 son los más comunes. En la mayoría de los casos, hay una promoción mutua entre contaminantes inorgánicos y orgánicos, lo que agrava la contaminación de la membrana.

2. ensuciamiento orgánico
Los contaminantes orgánicos son principalmente polímeros extracelulares bacterianos (EPS), proteínas, péptidos, grasas y polisacáridos y otras sustancias macromoleculares. Las macromoléculas que contienen grupos activos pueden interactuar con iones metálicos tales como Ca2 , Mg2 y Ba2 para formar una capa de gel en la superficie de la membrana, reduciendo así el flujo de la membrana o aumentando la resistencia a la filtración de la membrana.

3. Contaminación microbiana
La contaminación microbiana es principalmente una sustancia pegajosa compuesta de microorganismos y sus metabolitos. La superficie de la membrana adsorbe fácilmente sustancias macromoleculares como humus, lípidos de glucano y los productos de las actividades metabólicas de los microorganismos, que tienen las condiciones para la supervivencia de los microorganismos, y es fácil formar una biopelícula, lo que causa un bloqueo irreversible de la membrana y disminuye el flujo de agua.

4. incrustación coloidal
Las algas, las bacterias y la materia orgánica pueden estar en tamaño coloidal, y estas sustancias coloidales pueden adsorberse en la superficie de la membrana y causar contaminación. Las sustancias coloidales tienen diferentes orígenes, y el ensuciamiento de la membrana que producen también es muy diferente. Las sustancias coloidales de procesos no biológicos incluyen sustancias inorgánicas tales como limo y arcilla. La atenuación del flujo de agua causada por ellos a menudo es causada por la contaminación de la capa de torta del filtro. Generalmente no se adsorben termodinámicamente e irreversiblemente en la superficie de la membrana; estos tipos de acumulados en la superficie de la membrana El coloide se elimina fácilmente mediante limpieza hidráulica (como retrolavado y lavado de aire). Las sustancias coloidales producidas por el metabolismo microbiano a menudo se adsorben permanentemente en la superficie de la membrana, causando contaminación por adsorción irreversible. La contaminación coloide de los procesos microbianos se clasifica como contaminación microbiana.

Medidas de control del ensuciamiento de la membrana

1. modificación de la superficie de la membrana
La modificación de la superficie de la membrana se puede dividir en modificación física y modificación química. La modificación física incluye la mezcla y la capa superficial. La mezcla consiste en mezclar polímero hidrófilo con material de formación de membrana para mejorar la hidrofilicidad de la membrana; el recubrimiento de superficie se refiere a la formación de una capa de recubrimiento previo funcional en la superficie de la membrana para evitar la adsorción entre el material de la membrana y los componentes en solución, a fin de mejorar la propiedad anticontaminación de la membrana de separación.

2. pretratamiento del líquido de alimentación
El pretratamiento del líquido de alimentación debe cumplir con el estándar de flujo de entrada de agua del módulo de membrana (por ejemplo, se requiere que el índice de contaminación de alimentación SDI de la membrana de ósmosis inversa sea inferior a 5). El pretratamiento se refiere a agregar una o más sustancias a la solución de alimentación antes de la filtración, lo que cambia las propiedades de la solución de alimentación o soluto.
El tratamiento físico generalmente incluye prefiltración y centrifugación para eliminar las partículas suspendidas que pueden bloquear los poros de la membrana. El tratamiento químico incluye ajustar el pH de la solución de alimentación para mantener las macromoléculas o los contaminantes coloidales alejados del punto isoeléctrico para reducir la tendencia a formar una capa de gel. Los iones divalentes, como Ca2 y Mg2, pueden formar precipitación puenteando la cadena macromolecular, mientras que los iones monovalentes pueden prevenir la precipitación y la contaminación, por el contrario. Por lo tanto, las personas a menudo usan el intercambio iónico para eliminar los iones multivalentes. El proceso químico también incluye la precipitación y la floculación, o el uso de productos químicos especiales para resistir la contaminación o la esterilización.
Los métodos de limpieza de membrana generalmente se pueden dividir en métodos físicos y métodos químicos. El método físico se refiere al uso de lavado con agua de alto flujo, limpieza mecánica con bola de esponja, etc. para eliminar contaminantes, y el método químico es limpiar la membrana con agentes químicos que no dañan el material de la membrana en sí, pero pueden disolver o reemplazar los contaminantes. Debido a los diferentes materiales de la membrana, los sistemas de separación, Y las condiciones de funcionamiento, los mecanismos de incrustación de la membrana y las causas de incrustación también son diferentes, hasta ahora no se ha obtenido un método de limpieza adecuado para todos los sistemas. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo un trabajo experimental para el sistema específico y para la regeneración de la membrana después de que un sistema esté contaminado. Primero, la resistencia a la contaminación principal y los componentes principales de los contaminantes deben aclararse, y sobre esta base, el agente de limpieza apropiado y las condiciones de limpieza correspondientes deben seleccionarse de manera específica.
En lo que respecta a las membranas inorgánicas, su excelente estabilidad química y alta resistencia mecánica les permiten ser limpiados por una gama más amplia de métodos de limpieza. En la actualidad, las reglas generales para la limpieza química de membranas inorgánicas contaminadas son las siguientes: el ácido inorgánico fuerte convierte algunas sustancias insolubles en contaminantes en sustancias solubles; El ácido orgánico elimina principalmente la deposición de sales inorgánicas; el agente complejante puede formar complejos con iones inorgánicos en contaminantes para producir sustancias con alta solubilidad, lo que puede reducir la deposición de sal en la superficie de la membrana y el poro y los contaminantes inorgánicos adsorbidos; los surfactantes se utilizan principalmente para eliminar contaminantes orgánicos; Los oxidantes fuertes y las bases fuertes son convenientes para quitar la contaminación del aceite, de la proteína, de las algas y de otras sustancias biológicas; para el sistema de la contaminación tal como basura de la célula, el agente de limpieza de la enzima se utiliza a menudo. Para las membranas con una contaminación muy grave, el ácido fuerte y el álcali fuerte generalmente se usan alternativamente para limpiar, y se agregan hipoclorito de sodio y otros oxidantes y surfactantes.
También es muy importante elegir las condiciones de limpieza y el modo de operación adecuados. El mismo agente de limpieza, bajo diferentes condiciones de operación y modos de operación, tiene una gran diferencia en el efecto de limpieza. En el proceso de limpieza de la membrana inorgánica, a menudo se utilizan las condiciones de funcionamiento de alta velocidad y baja presión, y a veces con retrolavado, para desempeñar el papel de los métodos físicos y recuperar el flujo de la membrana al máximo.
Además de la limpieza química, la resistencia a altas temperaturas de las membranas inorgánicas hace posible utilizar el llamado método de limpieza térmica para lograr el propósito de la regeneración, especialmente en aplicaciones biológicas y alimentarias, que pueden esterilizarse por vapor o autoclave, etc. Todavía es necesario realizar primero la limpieza química para eliminar los contaminantes. La desinfección y la regeneración de la membrana por el vapor, el etc. pueden alcanzar 120 ~ 130 ℃. En este proceso, es necesario prestar atención a la velocidad de calentamiento y enfriamiento no demasiado rápido para evitar daños a la membrana debido al impacto, especialmente Membrana de cerámica.
Para las membranas inorgánicas que pueden soportar el tratamiento de 250 ℃, la quema a alta temperatura también se puede usar para eliminar algunos contaminantes orgánicos, pero se debe prestar atención a los cambios en la estructura de los poros y la morfología de la superficie de la membrana después del calentamiento. Además, este método es más adecuado para los componentes con alta resistencia a la temperatura de los materiales de sellado, de lo contrario el proceso de tratamiento es complejo y no económico.