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超滤膜是超滤设备的核心元件,最早开发的高分子分离膜之一,被用于超纯水制备中的中端处理装置。由于超滤膜是多空材料,以物理截留的方式去除水中的杂质,所以超滤膜要定期清洗,以保证超滤膜的通过量延长超滤膜的使用寿命。
超滤膜的清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似,即先以水力清洗,而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗,例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂,对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用朊酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。超滤膜的清洗方法分为七个步骤:
01 配制清洗液
由于超滤膜工艺处理对象多为大分子和胶体溶液,膜面极易被污染,超滤膜需定期清洗。超滤膜的清洗分为物理方法和化学方法两大类。超滤膜的物理清洗法使用的是滤后水或纯水。超滤膜的化学清洗液种类较多。
(1) 酸洗液:配制PH-2的酸溶液(常用的酸有盐酸、磷酸、柠檬酸、草酸),把酸溶液灌入超滤膜组件内浸泡 5~10h,或者利用酸泵把溶液打循环2~4h。这样能有效地去除无机杂质。
(2) 碱洗液:配制pH=12的碱溶液(常用的碱有NaOH、三聚磷酸钠、磷酸三钠),把碱溶液灌入超滤膜组件内浸泡5~10h,或利用碱泵把溶液打循环2~4h,能有效地去除有机杂质、SiO和油脂。
(3) 氧化性清洗剂:配制2%H2O2或者是0.5%NaCIO水溶液,清洗超滤膜方法和上面一样,时间一般在4~8h,此方法既能有效地去除污垢、又能杀灭细菌。
(4) 表面活性剂:表面活性剂能够提高清洗剂的湿润性,增加化学清洗剂和污垢之间的接触作用,使冲洗水的用量和清洗时间降到最小。阴离子表面活性剂烷基硫酸盐或烷基磺酸盐等加入酶(1%胃蛋白酶或胰蛋白酶) 能有效地去除蛋白质、多糖、淀粉、油脂类污染物质。但有些阴离子型和非离子型的表面活性剂能同膜结合造成新的污染,在选用时需加以注意。
(5) 螯合剂:经常使用的有机螯合剂是EDTA(乙二胺四乙酸)、柠檬酸。整合剂能有效去除金属阳离子,也能减少不性脂肪酸盐污染物的生成此外,化学清洗还用于防止微生物、细菌及有机物的污染。如每月需用 H2O2清洗膜一次。设备长期停用(停用5日以上为长期)、长期保管时在设备中需要用0.5%甲醛浸泡。先将装置停运放空,将37%的甲醛稀释至浓度为0.5%。若停用3个月以上,每月需按以上步骤清洗一次,启用时再将 H2O2洗净。
02 低流量输入清洗液
首先,用清洗水泵混合一遍清洗液,预热清洗液时应以低流量。然后以尽可能低的清洗液压力置换元件内的原水,其压力仅需达到足以补充进水至浓水的压力损失即可,即压力必须低到不会产生明显的渗透产水。低压置换操作能够最大限度的减低污垢再次沉淀到膜表面,视情况而定,排放部分浓水以防止清洗液的稀释。
03 循环
当原水被置换掉后,浓水管路中就应该出现清洗液,让清洗液循环回清洗水箱并保证清洗液温度恒定。
04 浸泡
停止清洗泵的运行,让膜元件完全浸泡在清洗液中。有时元件浸泡大约1小时就足够了,但对于顽固的污染物,需要延长浸泡时间,如浸泡10~15小时或浸泡过夜。为了维持浸泡过程的温度,可采用很低的循环流量。
05 高流量水泵循环
高流量能冲洗掉被清洗液清洗下来的污染物,如果污染严重,请采用高于所规定的50%的流量将有助于清洗,在高流量条件下,将会出现过高压降的问题,单元件最大允许的压降为1bar,对多元件压力容器最大允许压降3.5bar(50psi),以先超出为限。
06 冲洗
预处理的合格产水可以用于冲洗系统内的清洗液,除非存在腐蚀问题(例如,静止的海水将腐蚀不锈钢管道)。为了防止沉淀,最低冲洗温度为20℃。附注在酸洗过程中,应随时检查清洗液pH 值变化,当在溶解无机盐类沉淀消耗掉酸时,如果pH的增加超过0.5个pH值单低,就应该向清洗箱内补充酸,酸性清洗液的总循环时间不应超过20分钟,超过这一时间后,清洗液可能会 被清洗下来的无机盐所饱和,而污染物就会再次沉积在膜表面,此时应用合格预处理产水将膜系统及清洗系统内的第一遍清洗液排放掉,重新配置清洗液进行第第遍酸性清洗操作。如果系统必须停机24 小时以上,则应将元件保存在1%(重量比)的亚硫酸氢钠水溶液中。在对大典系统清洗之前,建议从待清洗的系统内取出一支膜元件,进行单元件清洗效果试验评估。
07 清洗多段系统
在多段系统的冲洗和浸泡步骤中,可以对整个系统的所有段同时进行,但是对于高流量的循环必须分段进行,以保证循环流量对第一段不会太低而对最后一段不会太高,这可以通过一台泵每次分别清洗各段或针对每段流量要求设置不同的清洗泵来实现。 及时清洗超滤膜才能保持膜的透过量和寿命,而正确的清洗方法则可以节省时间和减少膜元件在清洗过程中受损。对于不同的膜组件,可以选用不同的清洗方法,如管式组件可以用海绵球进行机械清洗,中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理(用NaOH和H2O2等即可)。
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