Membranverschmutzung ist bei allen Membrantrennsystemen im Langzeitbetrieb ein unvermeidbares Problem. In diesem Artikel werden die Ursachen, Klassifizierungen sowie die Präventions- und Kontrolllogik von Membranverschmutzungen systematisch erläutert. Anschließend wird erläutert, wie Verschmutzungen an ihrer Quelle reduziert und Reinigung und Wartung vereinfacht werden können, indem die inhärenten Eigenschaften von Membranmaterialien genutzt werden.
I. Klassifizierung der Hauptkomponenten der Membranverschmutzung
Unter Membranfouling versteht man das Phänomen bei der Membranfiltration, bei dem Mikropartikel, Kolloide oder große gelöste Stoffmoleküle im Wasser aufgrund physikalisch-chemischer oder mechanischer Effekte auf der Membranoberfläche oder in den Membranporen adsorbiert und abgelagert werden, was zu einer Verringerung oder Verstopfung der Porengröße und einer irreversiblen Abnahme des Membranflusses und der Trennleistung führt. Es ist zu beachten, dass die Membranverschmutzung beginnt, sobald die Zufuhrlösung mit der Membran in Kontakt kommt.
Membranfouling umfasst anorganisches Fouling, organisches Fouling und biologisches Fouling. Im tatsächlichen Systembetrieb kann eine Art von Verschmutzung vorherrschend sein, oder es können mehrere Arten von Verschmutzung zusammenwirken. Am besten ist es, die vollständige Zusammensetzungsprüfung des Rohwassers durchzuführen, bevor das Projekt in Betrieb genommen wird, um den vorherrschenden Fouling-Typ zu identifizieren und das entsprechende Vorbehandlungsschema anzupassen. Dadurch wird die Fouling-Belastung aus der Quelle reduziert und die Lebensdauer der Membran verlängert.
II. Maßnahmen zur Membranverschmutzungskontrolle
Bei der Membranverschmutzungskontrolle handelt es sich hauptsächlich um Kontrollmaßnahmen, die die Ansammlung von Verschmutzungen wirksam verhindern und den Leistungsabfall verzögern können.
(I) Quellenvorbehandlung
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Art der Verschmutzung |
Kontrollmaßnahmen vor der Behandlung |
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Anorganische Verschmutzung |
Passen Sie den pH-Wert und die Härte an, fügen Sie Kalkschutzmittel hinzu und verwenden Sie Multimedia-/Sicherheitsfilter, um Partikel einzufangen. |
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Organische Verschmutzung |
Koagulation und Flockung, Aktivkohleadsorption und frühzeitiges Abfangen großmolekularer organischer Stoffe. |
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Biologische Verschmutzung |
Vor-Desinfektion, Kontrolle der Stickstoff- und Phosphornährstoffe und Reduzierung der einströmenden Mikrobenpopulation. |
(II)Optimierung der Betriebsparameter
Durch die Regulierung des Strömungszustands der Membranoberfläche mithilfe der Fluiddynamik wird die Geschwindigkeit der Schadstoffansammlung reduziert. Der Membranfluss wird rational gesteuert und die Oberflächengeschwindigkeit entsprechend erhöht, um die schnelle Migration gelöster Stoffe zur Membranoberfläche zu reduzieren. Die intermittierende Evakuierung des Konzentrats mildert die Konzentrationspolarisierung und reduziert die Adsorption und Ablagerung von Schadstoffen. Um die Lebensdauer der Membran zu verlängern, wird eine regelmäßige Reinigung durchgeführt.
(III) Reinigungsprozess
werden in konventionelle physikalische Reinigung und chemische Tiefenreinigung unterteilt:
Herkömmliche physikalische Reinigung, einschließlich Wasserrückspülung und Luft-/Wasserwäsche, entfernt regelmäßig den oberflächlichen anorganischen Filterkuchen, der nur die anorganische Verschmutzung verzögert und organische Adsorption und biologischen Schleim nicht entfernen kann.
Regelmäßige chemische Reinigung: Dieser Vorgang wird periodisch auf Basis der Differenzdruckschwelle eingeleitet. Es entfernt Verunreinigungen durch chemische Reaktionen und stellt die Membrandurchlässigkeit wieder her. Häufige Schadstoffe und Reinigungsmittel sind:
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Arten von Schadstoffen |
Spezifische Schadstoffe |
Reinigungsmittel |
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Anorganische Stoffe |
Calciumcarbonat, Eisensalze und anorganische Kolloide |
Zitronensäure-, Salzsäure- oder Oxalsäurelösungen mit einem pH-Wert von 2 |
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Bariumsulfat, Calciumsulfat und andere schwerlösliche anorganische Salze |
Etwa 1 % EDTA-Lösung |
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Oorganische Materie |
Fett, Huminsäure, organische Kolloide usw. |
Natriumhydroxidlösung mit pH=12 |
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Fett und andere hartnäckige organische Verunreinigungen |
0,1 %–0,5 % Natriumdodecylsulfat, Triton X-100 usw. |
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Protein, Stärke, Öl, Polysaccharide usw. |
0,5 %–1,5 % Protease, Amylase usw. |
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MMikroorganismus |
Bakterien, Viren usw. |
Ungefähr 1 % Wasserstoffperoxid oder 50 ppm Natriumhypochloritlösung |
(IV)Optimierung der Membranmaterialauswahl
Die intrinsischen physikalisch-chemischen Eigenschaften von Membranmaterialien bestimmen die Verschmutzungsadhäsionsrate, die Reinigungstoleranz und die langfristige Abbaurate. Bei gleicher Wasserqualität und gleichen Betriebsparametern bestimmen die Eigenschaften des Membranmaterials direkt die Obergrenze seiner Antifouling-Beständigkeit.
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MembranmaterialEigenschaften |
Haupteinleitung |
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Eigenschaften der Oberflächenschnittstelle |
Die Hydrophilie, der isoelektrische Punkt und die Oberflächenrauheit der Membranoberfläche bestimmen deren Adsorptionstendenz. Hochgradig hydrophile Membranen mit geringer{1}}Rauigkeit beruhen auf der Wassermembranbarriere und der elektrostatischen Abstoßung, um die Adsorption von Kolloiden und organischem Material zu reduzieren und so die Verschmutzung an ihrer Quelle zu mindern. |
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Chemische Stabilität |
die Stärke der chemischen Reinigung. Membranmaterialien, die gegen Säuren, Laugen und Oxidationsmittel beständig sind, können einer chemischen Reinigung mit voller-Intensität standhalten, ohne aufzuquellen oder oxidative Schäden zu verursachen. |
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Mechanische Strukturleistung |
Die mechanische Festigkeit und Dichte der Membran beeinflussen ihre Beständigkeit gegen Erosion und Kristallisationsabrieb. Hoch-Membranmaterialien halten einer hohen Reinigungsintensität und einer hohen Durchflussrate an der Membranoberfläche stand und verhindern so kontinuierlich die Verdickung des Filterkuchens. |
III. Warum sollten Sie sich für Siliziumkarbid-Keramikmembranen entscheiden?
Siliziumkarbid-Keramikmembranen werden aus hochreinem Siliziumkarbid-Feinpulver durch Rekristallisations- und Sintertechnologie hergestellt, wodurch Mikrofiltrations- und Ultrafiltrationsgrade erreicht werden. Sie zeichnen sich durch hohen Durchfluss, Korrosionsbeständigkeit, einfache Reinigung und lange Lebensdauer aus und sind derzeit das Membranmaterial mit der besten Hydrophilie und den besten Antifouling-Eigenschaften.
(I) Hervorragende Hydrophilie der Siliziumkarbidmembran
Membranmaterialien mit besserer Hydrophilie sind weniger anfällig für Verschmutzung und lassen sich nach Verschmutzung leichter reinigen und restaurieren. Darüber hinaus weisen Membranmaterialien mit besserer Hydrophilie bei gleichem Antriebsdruck einen höheren Wasserfluss auf. Die Hydrophilie von Membranmaterialien wird häufig anhand des Kontaktwinkels gemessen. Siliziumkarbid-Nanopartikel weisen während der Rekristallisation und des Sinterns keine Schrumpfung oder flüssige Phase auf und bilden letztendlich eine poröse, miteinander verbundene Netzwerkgerüststruktur mit einer Porosität von mehr als 45 %, wodurch eine ideale Hydrophilie mit einem Wasserkontaktwinkel von nur 8 Grad erreicht wird.
(II) Hervorragende chemische Stabilität der Siliziumkarbidmembran
Siliziumkarbidmembranen weisen eine hohe chemische Beständigkeit auf und können über einen langen Zeitraum in Säuren und Laugen eingesetzt werden, wodurch verschiedene Ablagerungsprobleme problemlos gelöst werden können.
(III) Die hervorragenden Antifouling-Eigenschaften von Siliziumkarbid-Membranen
Siliziumkarbidmembranen sind derzeit die Membranmaterialien mit der stärksten negativen Ladung, können Fette und Mikroorganismen entfernen und verfügen über hervorragende Antifouling-Eigenschaften.
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Abbildung - ζ-Potenzial verschiedener keramischer Membranmaterialien |
Abbildung - Oberflächenwassertest |
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Quelle: Farsi, Ali. Abteilung für Chemie und Biowissenschaften, Universität Aalborg |
Quelle: Vergleich von Durchlässigkeit von Keramik- und Polymermembranen Und Verschmutzung mit Oberflächenwasser, 2011. Hofs et al. |
Das Verständnis der Mechanismen der Membranverschmutzung ist für den wissenschaftlichen Betrieb und die Wartung von Membransystemen von entscheidender Bedeutung. Wir freuen uns über Ihr Feedback zu den Wasserqualitätsbedingungen und den Herausforderungen beim Membranbetrieb im Kommentarbereich. Jianmo Technology konzentriert sich auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und komplette Systemlieferung von Siliziumkarbid-Keramikmembranen und bietet einen vollständigen -Kettenservice einschließlich der Anpassung von Membranelementen, Systemintegration sowie Betriebs- und Wartungsoptimierung. Bei Bedarf können Sie uns jederzeit kontaktieren!