L'imbrattamento della membrana è un problema inevitabile in tutti i sistemi di separazione a membrana durante il funzionamento a lungo-termine. Questo articolo spiegherà sistematicamente le cause, le classificazioni e la logica di prevenzione e controllo delle incrostazioni delle membrane, quindi discuterà come ridurre le incrostazioni alla fonte e semplificare la pulizia e la manutenzione sfruttando le proprietà intrinseche dei materiali delle membrane.
I. Classificazione dei componenti principali dell'incrostazione della membrana
Il fouling della membrana si riferisce al fenomeno della filtrazione su membrana in cui microparticelle, colloidi o grandi molecole di soluto nell'acqua vengono adsorbite e depositate sulla superficie della membrana o all'interno dei pori della membrana a causa di effetti fisico-chimici o meccanici, portando alla riduzione o al blocco delle dimensioni dei pori e ad una diminuzione irreversibile del flusso della membrana e delle prestazioni di separazione. Va notato che l'incrostazione della membrana inizia non appena la soluzione di alimentazione entra in contatto con la membrana.
Le incrostazioni della membrana includono incrostazioni inorganiche, incrostazioni organiche e incrostazioni biologiche. Nel funzionamento effettivo del sistema, un tipo di incrostazione può essere dominante oppure più tipi di incrostazione possono agire insieme. È meglio completare i test completi sulla composizione dell'acqua non depurata prima che il progetto venga messo in funzione per identificare il tipo di incrostazione dominante e abbinare il corrispondente schema di pretrattamento, riducendo così il carico di incrostazione dalla fonte e prolungando la durata della membrana.
II. Misure di controllo dell'incrostazione della membrana
Il controllo delle incrostazioni sulla membrana segue principalmente le misure di controllo che possono inibire efficacemente l’accumulo di incrostazioni e ritardare il degrado delle prestazioni.
(I) Pretrattamento della fonte
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Tipo di inquinamento |
Misure di controllo pretrattamento |
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Inquinamento inorganico |
Regola il pH e la durezza, aggiungi inibitori del calcare e utilizza filtri multimediali/di sicurezza per intrappolare le particelle. |
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Inquinamento organico |
Coagulazione e flocculazione, adsorbimento con carbone attivo e intercettazione precoce di materia organica molecolare di grandi dimensioni. |
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Inquinamento biologico |
Pre-disinfezione, controllo dei nutrienti azoto e fosforo e riduzione della popolazione microbica influente. |
(II)Ottimizzazione dei parametri operativi
Regolando lo stato del flusso della superficie della membrana mediante la fluidodinamica, il tasso di accumulo degli inquinanti viene ridotto. Il flusso della membrana è controllato razionalmente e la velocità superficiale è opportunamente aumentata per ridurre la rapida migrazione dei soluti sulla superficie della membrana. L'evacuazione intermittente del concentrato allevia la polarizzazione della concentrazione e riduce l'adsorbimento e la deposizione di sostanze inquinanti. Viene implementata una pulizia regolare per prolungare la durata della membrana.
(III) Processo di pulizia
si dividono in pulizia fisica convenzionale e pulizia chimica profonda:
La pulizia fisica convenzionale, compreso il controlavaggio dell'acqua e il lavaggio dell'aria-con acqua, rimuove periodicamente il pannello filtrante inorganico superficiale, che ritarda solo l'inquinamento inorganico e non può rimuovere l'adsorbimento organico e la melma biologica.
Pulizia chimica regolare: questo processo viene avviato periodicamente in base alla soglia di pressione differenziale. Rimuove i contaminanti attraverso reazioni chimiche, ripristinando la permeabilità della membrana. I contaminanti e i detergenti comuni sono i seguenti:
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Tipi di inquinanti |
Inquinanti specifici |
Detergenti |
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Sostanze inorganiche |
Carbonato di calcio, sali di ferro e colloidi inorganici |
Soluzioni di acido citrico, acido cloridrico o acido ossalico con un pH pari a 2 |
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Solfato di bario, solfato di calcio e altri sali inorganici scarsamente solubili |
Soluzione EDTA all'1% circa |
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Omateria organica |
Grassi, acidi umici, colloidi organici, ecc. |
Soluzione di idrossido di sodio con pH=12 |
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Grasso e altri contaminanti organici ostinati |
0,1%-0,5% di sodio dodecil solfato, Triton X-100, ecc. |
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Proteine, amido, olio, polisaccaridi, ecc. |
0,5%-1,5% di proteasi, amilasi, ecc. |
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Mmicrorganismo |
batteri, virus, ecc. |
Soluzione di perossido di idrogeno all'1% circa o soluzione di ipoclorito di sodio a 50 ppm |
(IV)Ottimizzazione della selezione del materiale della membrana
Le proprietà fisico-chimiche intrinseche dei materiali della membrana determinano il tasso di adesione delle incrostazioni, la tolleranza alla pulizia e il tasso di degradazione a lungo-termine. A parità di qualità dell'acqua e parametri operativi, le caratteristiche del materiale della membrana determinano direttamente il limite superiore della sua resistenza antivegetativa.
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Materiale della membranaproprietà |
Introduzione principale |
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Proprietà dell'interfaccia della superficie |
L'idrofilicità, il punto isoelettrico e la rugosità superficiale della superficie della membrana determinano la sua tendenza all'adsorbimento. Le membrane altamente idrofile e a bassa-rugosità si affidano alla barriera della membrana dell'acqua e alla repulsione elettrostatica per ridurre l'adsorbimento di colloidi e materia organica, mitigando così l'inquinamento alla fonte. |
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Stabilità chimica |
la forza della pulizia chimica. I materiali della membrana resistenti ad acidi, alcali e ossidanti possono resistere alla pulizia chimica a piena-intensità senza rigonfiamenti o danni ossidativi. |
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Prestazioni meccaniche strutturali |
La resistenza meccanica e la densità della membrana influiscono sulla sua resistenza all'erosione e all'abrasione da cristallizzazione. I materiali della membrana ad alta-resistenza possono sopportare un'elevata intensità di pulizia e un'elevata portata della superficie della membrana, inibendo continuamente l'ispessimento della torta del filtro. |
III. Perché scegliere le membrane ceramiche in carburo di silicio
Le membrane ceramiche al carburo di silicio sono realizzate con polvere fine di carburo di silicio ad elevata-purezza attraverso la tecnologia di ricristallizzazione e sinterizzazione, raggiungendo livelli di microfiltrazione e ultrafiltrazione. Presentano un elevato disossidante, resistenza alla corrosione, facilità di pulizia e lunga durata e sono attualmente il materiale di membrana con le migliori capacità di idrofilia e antivegetativa.
(I) Eccellente idrofilicità della membrana in carburo di silicio
I materiali della membrana con una migliore idrofilia sono meno soggetti alle incrostazioni e sono più facili da pulire e ripristinare dopo la formazione di incrostazioni. Inoltre, a parità di pressione di guida, i materiali della membrana con migliore idrofilicità hanno un flusso d’acqua maggiore. L'idrofilicità dei materiali della membrana viene spesso misurata dall'angolo di contatto. Le nanoparticelle di carburo di silicio, durante la ricristallizzazione e la sinterizzazione, non mostrano alcun ritiro o fase liquida, formando infine una struttura a rete porosa e interconnessa con una porosità superiore al 45%, raggiungendo un'idrofilicità ideale con un angolo di contatto con l'acqua di soli 8 gradi.
(II) Eccellente stabilità chimica della membrana in carburo di silicio
Le membrane in carburo di silicio hanno una forte resistenza chimica e possono essere utilizzate a lungo in acidi e alcali, risolvendo facilmente vari problemi di incrostazione.
(III) Le eccezionali proprietà antivegetative delle membrane al carburo di silicio
Le membrane al carburo di silicio sono attualmente i materiali di membrana con la carica negativa più forte, in grado di rimuovere grasso e microrganismi e hanno eccellenti proprietà antivegetative.
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Figura - ζ-potenziale di vari materiali di membrana ceramica |
Figura - Test dell'acqua superficiale |
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Fonte: Farsi, Ali. Dipartimento di Chimica e Bioscienze, Università di Aalborg |
Fonte: Confronto di permeabilità delle membrane ceramiche e polimeriche E incrostazione utilizzando acque superficiali, 2011. Hofs et al. |
Comprendere i meccanismi di incrostazione delle membrane è fondamentale per il funzionamento scientifico e il mantenimento dei sistemi a membrana. Accogliamo con favore il vostro feedback sulle condizioni di qualità dell'acqua e sulle sfide legate al funzionamento della membrana nella sezione commenti. Jianmo Technology si concentra su ricerca e sviluppo, produzione e fornitura di sistemi completi di membrane ceramiche in carburo di silicio, fornendo una catena di servizi completa -che comprende la personalizzazione degli elementi della membrana, l'integrazione del sistema e l'ottimizzazione del funzionamento e della manutenzione. Non esitate a contattarci in qualsiasi momento, se necessario!