پس از رسوب غشا، تمیز کردن برای بازیابی عملکرد آن ضروری است. در حالی که روشهای تمیز کردن پیشنهاد شده توسط تولیدکنندگان مختلف غشا متفاوت است، اصل اصلی تا حد زیادی یکسان است: حذف آلودگیها از سطح غشاء و منافذ از طریق ابزارهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی، در نتیجه بازیابی شار و انتخابپذیری غشا. این مقاله به طور سیستماتیک روشهای اصلی و شاخصهای عملکرد تمیز کردن غشا را برای متخصصان تصفیه آب معرفی میکند.
I. مروری بر روش های تمیز کردن غشاء
روش های تمیز کردن غشاء را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: تمیز کردن فیزیکی، تمیز کردن شیمیایی و تمیز کردن بیولوژیکی. هر کدام ویژگی های خاص خود را دارند و می توانند به صورت جداگانه یا ترکیبی استفاده شوند.
1. تمیز کردن فیزیکی
تمیز کردن فیزیکی عمدتاً شامل شستشوی معکوس، شستشوی هیدرولیک، تمیز کردن اولتراسونیک و شستشوی مکانیکی است. این روش ها برای حذف آلاینده های چسبیده به سطح غشاء بر عملکرد مکانیکی یا هیدرولیکی تکیه دارند. آنها روشهای غیر شیمیایی هستند، فرآیند ساده، کم هزینه و کمترین آسیب را به مواد غشایی وارد میکنند و اغلب آنها را به روش تمیز کردن ترجیحی تبدیل میکنند. روشهای متداول تمیز کردن فیزیکی شامل شستشوی معکوس، شستشوی{4}فشار کم یا فشار زیاد-و برخی از روشهای تمیز کردن فیزیکی کمتر رایج، مانند تمیز کردن اولتراسونیک و تمیز کردن میدان الکتریکی است.
شستشوی معکوس شامل اعمال فشار معکوس برای وادار کردن آب تمیز به داخل منافذ غشایی از سمت تراوش، حذف آلایندههای چسبیده به سطح غشا و درون منافذ است. این روش به ویژه برای غشاهای فیبر توخالی مانند اولترافیلتراسیون یا غشاهای نانوفیلتراسیون فیبر توخالی موثر است.
فلاشینگ با فشار کم-یا فشار زیاد- از سرعت جریان جانبی برای ضربه زدن به سطح غشاء استفاده میکند و رسوبات سست را از بین میبرد.
امواج اولتراسونیک باعث ایجاد کاویتاسیون در مایعات می شود. جریانهای میکروجت که هنگام ترکیدن حبابها تولید میشوند، به طور مؤثری بر سطح غشاء تأثیر میگذارند و لایه رسوبکننده را شل میکنند و از بین میبرند. این روش برای حذف آفلاین رسوب های آلی یا کلوئیدی که محکم چسبیده اند مناسب است.
تمیز کردن میدان الکتریکی، میدانهای الکتریکی پالسی را در هر دو انتهای ماژول غشاء اعمال میکند و از الکترواسموز و واکنشهای الکتروشیمیایی برای حذف آلایندهها استفاده میکند. این یک فناوری نوظهور بازسازی غشا است.
تمیز کردن فیزیکی ساده، ارزان و سازگار با محیط زیست است. با این حال، اثربخشی آن برای مواد آلی چسبنده قوی و لایههای مقیاس معدنی محدود است. بنابراین، اغلب همراه با تمیز کردن شیمیایی استفاده می شود.
2. تمیز کردن شیمیایی تمیز کردن شیمیایی زمانی ضروری است که تمیز کردن فیزیکی بی اثر باشد. تمیز کردن شیمیایی فرآیندی است که از عوامل شیمیایی برای حل کردن، پیچیده شدن، اکسید کردن یا صابونی کردن آلایندهها در داخل و خارج منافذ غشا استفاده میکند و باعث تغییرات ساختاری یا تبدیل به مواد محلول میشود و در نتیجه عملکرد غشاء را بازیابی میکند. بر اساس خواص مواد مورد استفاده، پاک کننده های شیمیایی را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:
(1) شستشو با اسید
شستشوی اسیدی عمدتاً برای حذف رسوب معدنی و آلاینده های اکسید فلزی استفاده می شود. عواملی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از اسید کلریدریک، اسید نیتریک، اسید فسفریک و اسید سیتریک. اسیدها می توانند با اکسیدهای فلزی واکنش داده و نمک های محلول تشکیل دهند و در نتیجه لایه رسوب شده را از بین ببرند. به عنوان مثال، اسید کلریدریک می تواند به طور موثر رسوبات معدنی مانند کربنات کلسیم و هیدروکسید آهن را حذف کند، در حالی که اسید سیتریک ملایم تر است و برای سیستم های حساس به مواد غشایی مناسب است.
(2) شستشوی قلیایی
شستشوی قلیایی عمدتاً برای حذف آلودگی های آلی، چربی ها و آلودگی های پروتئینی استفاده می شود. عواملی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از NaOH، Na2CO3، Na3PO4 و EDTA. در شرایط قلیایی، مواد آلی می توانند صابونی شوند، پروتئین ها دناتوره شوند، یا لخته های میکروبی تجزیه شوند. به عنوان مثال، محلول NaOH می تواند به طور موثر آلاینده های پروتئینی را حذف کند.
(3) تمیز کردن اکسیداتیو
عوامل پاک کننده اکسیداتیو، مانند هیپوکلریت سدیم، پراکسید هیدروژن، و اسید پراستیک، اکسیدان های قوی هستند که می توانند آلاینده های آلی را به مولکول های کوچک- محلول در آب اکسید کنند. آنها چسبندگی آلاینده ها را با شکستن پیوندهای شیمیایی، گروه های کربوکسیل یا گروه های آمین کاهش می دهند. آنها معمولاً برای ضدعفونی و حذف رسوب غشایی آلی استفاده می شوند، اما باید توجه داشت که برخی از غشاها (مانند غشاهای اسمز معکوس پلی آمید آروماتیک) به اکسیدان ها حساس هستند.
(4) تمیز کردن سورفکتانت
سورفکتانت ها مانند Triton X-100 و سدیم دودسیل بنزن سولفونات (SDBS)، می توانند گریس ها و پروتئین ها را امولسیون کنند و آلاینده های ذرات معلق را پخش کنند. مکانیسم عمل آنها کاهش کشش سطحی است که باعث می شود آلاینده ها راحت تر دفع شوند. تمیز کردن سورفکتانت به ویژه برای فاضلاب های روغنی یا سیستم های فاضلاب پردازش مواد غذایی موثر است.
(5) پاکسازی پیچیده
عوامل کمپلکس کننده رایج، مانند اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA)، می توانند کمپلکس های پایداری با یون های فلزی ایجاد کنند، ساختار مقیاس معدنی را از بین ببرند و در نتیجه رسوبات فلزی را از بین ببرند. آنها اغلب به صورت ترکیبی در سیستم هایی با آلاینده های متعدد (مانند Ca2+- مقیاس اسید آلی) برای نتایج بهتر استفاده می شوند. موفقیت تمیز کردن شیمیایی با غلظت، دما، زمان و pH محلول تمیز کننده ارتباط نزدیکی دارد. در عمل، چندین پاکسازی با غلظت کم{4} اغلب برای به حداقل رساندن آسیب به مواد غشایی استفاده می شود.
3. پاکسازی بیولوژیکی پاکسازی بیولوژیکی از عمل بیوکاتالیستی آنزیم ها یا میکروارگانیسم ها برای تجزیه آلاینده ها استفاده می کند. به عنوان مثال، پروتئازها می توانند آلاینده های پروتئینی را تجزیه کنند، لیپازها می توانند گریس ها را حذف کنند و سلولازها می توانند مقیاس های غشایی آلی را تجزیه کنند. مزایای آن این است که ملایم، سازگار با محیط زیست، غیر سمی است و کمترین آسیب را به ساختار غشاء وارد می کند. معایب آن هزینه بالاتر و کاربرد محدود است و اغلب به عنوان مکملی برای تمیز کردن شیمیایی استفاده می شود.
II. تجزیه و تحلیل جامع و توصیه های عملی مهندسی
از دیدگاه کاربرد مهندسی، انتخاب استراتژیهای تمیز کردن غشا باید به طور جامع بر اساس نوع رسوب، ویژگیهای مواد غشایی و شرایط عملکرد سیستم تعیین شود.
رسوب در مقیاس غیر آلی: شستشوی اسید + عامل کمپلکس ترجیح داده می شود.
رسوب آلی و بیولوژیکی: شستشوی قلیایی + سورفکتانت.
رسوب گیری ترکیبی: تمیز کردن شیمیایی به دنبال تمیز کردن فیزیکی یا روش های تمیز کردن متناوب.
غشاهایی که به راحتی اکسید می شوند: از استفاده از اکسیدان های قوی خودداری کنید.
در طول فرآیند تمیز کردن، دما باید کنترل شود (معمولاً 25-40 درجه) تا ضمن جلوگیری از آسیب غشاء، سرعت واکنش افزایش یابد. علاوه بر این، باید به سرعت گردش و الگوی جریان محلول تمیز کننده توجه شود تا از برش موثر عوامل شیمیایی روی سطح غشاء اطمینان حاصل شود. شستشوی کامل پس از تمیز کردن برای جلوگیری از آلودگی ثانویه از عوامل باقیمانده ضروری است.
خلاصه
تمیز کردن غشا یک گام مهم در عملکرد پایدار سیستم های جداسازی غشایی است. یک روش تمیز کردن مناسب نه تنها می تواند به طور موثر عملکرد غشا را بازیابی کند، بلکه طول عمر غشا را افزایش داده و هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد. تمیز کردن فیزیکی ساده و مقرون به صرفه است، تمیز کردن شیمیایی کامل و موثر است و تمیز کردن بیولوژیکی سازگار با محیط زیست است. با ترکیب این سه روش، میتوان یک راهحل تمیزکننده جامع و مقرونبهصرفه بر اساس ویژگیهای رسوب ایجاد کرد. در آینده، با پیشرفت در مواد غشایی و توسعه فنآوریهای تمیز کردن، مصرف کم{{5}شیمیایی، کنترل خودکار و تمیز کردن هوشمند به جریان اصلی تبدیل خواهد شد. برای مهندسان تصفیه آب، تسلط بر مکانیسمها و روشهای ارزیابی تمیز کردن غشا یک دوره ضروری برای بهبود قابلیت اطمینان و صرفهجویی سیستم است.