A incrustação de membranas é um problema inevitável em todos os sistemas de separação de membranas durante operações-de longo prazo. Este artigo explicará sistematicamente as causas, classificações e lógica de prevenção e controle da incrustação de membranas e, em seguida, discutirá como reduzir a incrustação em sua origem e simplificar a limpeza e a manutenção, aproveitando as propriedades inerentes dos materiais de membrana.
I. Classificação dos principais componentes da incrustação de membrana
A incrustação da membrana refere-se ao fenômeno da filtração por membrana onde micropartículas, colóides ou grandes moléculas de soluto na água são adsorvidos e depositados na superfície da membrana ou dentro dos poros da membrana devido a efeitos físico-químicos ou mecânicos, levando à redução ou bloqueio do tamanho dos poros e a uma diminuição irreversível no fluxo da membrana e no desempenho de separação. Deve-se notar que a incrustação da membrana começa assim que a solução de alimentação entra em contato com a membrana.
A incrustação da membrana inclui incrustação inorgânica, incrustação orgânica e incrustação biológica. Na operação real do sistema, um tipo de incrustação pode ser dominante ou vários tipos de incrustação podem agir juntos. É melhor concluir o teste completo de composição da água bruta antes de o projeto ser colocado em operação para identificar o tipo de incrustação dominante e combinar o esquema de pré-tratamento correspondente, reduzindo assim a carga de incrustação da fonte e prolongando a vida útil da membrana.
II. Medidas de controle de incrustação de membrana
O controle de incrustações na membrana segue principalmente as medidas de controle que podem efetivamente inibir o acúmulo de incrustações e retardar a degradação do desempenho.
(I) Pré-tratamento de origem
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Tipo de poluição |
Medidas de controle pré-tratamento |
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Poluição inorgânica |
Ajuste o pH e a dureza, adicione inibidores de incrustações e use filtros multimídia/de segurança para reter partículas. |
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Poluição orgânica |
Coagulação e floculação, adsorção de carvão ativado e interceptação precoce de matéria orgânica molecular grande. |
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Poluição biológica |
Pré-desinfecção, controle de nutrientes de nitrogênio e fósforo e redução da população microbiana influente. |
(II)Otimização dos parâmetros operacionais
Ao regular o estado de fluxo da superfície da membrana utilizando dinâmica de fluidos, a taxa de acumulação de poluentes é reduzida. O fluxo da membrana é controlado racionalmente e a velocidade superficial é aumentada adequadamente para reduzir a rápida migração de solutos para a superfície da membrana. A evacuação intermitente do concentrado alivia a polarização da concentração e reduz a adsorção e deposição de poluentes. A limpeza regular é implementada para prolongar a vida útil da membrana.
(III) Processo de Limpeza
são divididos em limpeza física convencional e limpeza química profunda:
A limpeza física convencional, incluindo retrolavagem com água e lavagem com ar-água, remove periodicamente a torta de filtro inorgânica da superfície, o que apenas retarda a poluição inorgânica e não pode remover a adsorção orgânica e o lodo biológico.
Limpeza química regular: Este processo é iniciado periodicamente com base no limite de pressão diferencial. Remove contaminantes através de reações químicas, restaurando a permeabilidade da membrana. Contaminantes e agentes de limpeza comuns são os seguintes:
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Tipos de poluentes |
Poluentes específicos |
Agentes de limpeza |
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Substâncias inorgânicas |
Carbonato de cálcio, sais de ferro e colóides inorgânicos |
Soluções de ácido cítrico, ácido clorídrico ou ácido oxálico com pH 2 |
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Sulfato de bário, sulfato de cálcio e outros sais inorgânicos pouco solúveis |
Aproximadamente 1% de solução de EDTA |
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Omatéria orgânica |
Gordura, ácido húmico, colóides orgânicos, etc. |
Solução de hidróxido de sódio com pH=12 |
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Graxa e outros contaminantes orgânicos teimosos |
0,1% -0,5% dodecilsulfato de sódio, Triton X-100, etc. |
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Proteína, amido, óleo, polissacarídeos, etc. |
0,5%-1,5% de protease, amilase, etc. |
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Mmicrorganismo |
bactérias, vírus, etc. |
Aproximadamente 1% de peróxido de hidrogênio ou solução de hipoclorito de sódio 50 ppm |
(4)Otimização da seleção de materiais de membrana
As propriedades físico-químicas intrínsecas dos materiais da membrana determinam a taxa de adesão de incrustações, a tolerância à limpeza e a taxa de degradação-de longo prazo. Sob a mesma qualidade da água e parâmetros operacionais, as características do material da membrana determinam diretamente o limite superior de sua resistência antiincrustante.
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Material da membranapropriedades |
Introdução principal |
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Propriedades da interface de superfície |
A hidrofilicidade, o ponto isoelétrico e a rugosidade da superfície da membrana determinam sua tendência de adsorção. Membranas altamente hidrofílicas e de baixa{1}}rugosidade dependem da barreira da membrana de água e da repulsão eletrostática para reduzir a adsorção de colóides e matéria orgânica, mitigando assim a poluição em sua fonte. |
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Estabilidade química |
a força da limpeza química. Os materiais de membrana resistentes a ácidos, álcalis e oxidantes podem suportar limpeza química-de intensidade total sem inchaço ou danos oxidativos. |
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Desempenho estrutural mecânico |
A resistência mecânica e a densidade da membrana afetam sua resistência à erosão e à abrasão da cristalização. Materiais de membrana de alta-resistência podem suportar alta intensidade de limpeza e alta taxa de fluxo superficial da membrana, inibindo continuamente o espessamento da torta de filtro. |
III. Por que escolher membranas cerâmicas de carboneto de silício
As membranas cerâmicas de carboneto de silício são feitas de pó fino de carboneto de silício de alta pureza por meio de tecnologia de recristalização e sinterização, atingindo níveis de microfiltração e ultrafiltração. Eles apresentam alto fluxo, resistência à corrosão, fácil limpeza e longa vida útil e são atualmente o material de membrana com melhor hidrofilicidade e capacidade antiincrustante.
(I) Excelente hidrofilicidade da membrana de carboneto de silício
Os materiais de membrana com melhor hidrofilicidade são menos propensos a incrustações e são mais fáceis de limpar e restaurar após a incrustação. Além disso, sob a mesma pressão motriz, os materiais de membrana com melhor hidrofilicidade apresentam um maior fluxo de água. A hidrofilicidade dos materiais de membrana é frequentemente medida pelo ângulo de contato. As nanopartículas de carboneto de silício, durante a recristalização e sinterização, não apresentam encolhimento ou fase líquida, formando em última análise uma estrutura de rede porosa e interconectada com uma porosidade superior a 45%, alcançando hidrofilicidade ideal com um ângulo de contato com a água de apenas 8 graus.
(II) Excelente estabilidade química da membrana de carboneto de silício
As membranas de carboneto de silício possuem forte resistência química e podem ser utilizadas por muito tempo em ácidos e álcalis, resolvendo facilmente diversos problemas de incrustação.
(III) As excelentes propriedades anti-incrustantes das membranas de carboneto de silício
As membranas de carboneto de silício são atualmente os materiais de membrana com a carga negativa mais forte, capazes de remover graxa e microorganismos e possuem excelentes propriedades anti-incrustantes.
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Figura - ζ-potencial de vários materiais de membrana cerâmica |
Figura - Teste de Água Superficial |
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Fonte: Farsi, Ali. Departamento de Química e Biociências, Universidade de Aalborg |
Fonte: Comparação de permeabilidade da membrana cerâmica e polimérica e incrustação com água superficial, 2011. Hofs et al. |
Compreender os mecanismos de incrustação de membranas é fundamental para a operação científica e manutenção de sistemas de membranas. Agradecemos seus comentários sobre as condições de qualidade da água e os desafios de operação da membrana na seção de comentários. A Jianmo Technology concentra-se em pesquisa e desenvolvimento, produção e fornecimento de sistemas completos de membranas cerâmicas de carboneto de silício, fornecendo um serviço de -cadeia completa, incluindo personalização de elementos de membrana, integração de sistemas e otimização de operação e manutenção. Fique à vontade para entrar em contato conosco a qualquer momento, se necessário!