Zatykanie, zaczopowanie lub blokowanie membran osmotycznych to tzw. fouling. Różnego rodzaju zanieczyszczenia obniżają ich trwałość oraz wydajność filtracji, generują większe zużycie energii, a jednocześnie wymuszają częstsze czyszczenie.
Spis treści:
- Czym jest zapychanie membran osmotycznych (fouling)?
- Jak dobrać metody czyszczenia membran osmotycznych?
- Metody czyszczenia membran osmotycznych
- Preparaty chemiczne do czyszczenia membran osmotycznych
- Profesjonalne czyszczenie membran osmotycznych
- Zapychanie membran osmotycznych (fouling) – podsumowanie
Czym jest zapychanie membran osmotycznych (fouling)?
Na tle innych dostępnych technologii przeznaczonych do uzdatniania wody, przemysłowa odwrócona osmoza wyróżnia się skutecznością (usuwa zanieczyszczenia z dokładnością do 98 proc.) oraz świetną wydajnością. Systemy obejmujące membranę osmotyczną znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie niezbędna jest demineralizacja wody w przemyśle lub gdy zachodzi konieczność pozyskiwania wody ultra czystej do zastosowań technologicznych i produkcyjnych.
Systemy odwróconej osmozy wymagają bardzo starannego wstępnego przygotowania wody. Aby zapobiec blokowaniu się membran ciałami stałymi, osadami mineralnymi i biofilmem, woda na wejściu musi mieć określone właściwości, w tym nie powinna zawierać m.in. żelaza i manganu, wolnego chloru i zawiesin. Zalecane jest także maksymalne stężenie krzemionki w koncentracie do 120 mg/l oraz redukcja stopnia twardości wody.
Pomimo niewątpliwych zalet takiego rozwiązania, w wyniku eksploatacji systemu na powierzchni membran osmotycznych z biegiem czasu odkładają się zanieczyszczenia. Dochodzi wówczas do zmniejszenia wydajności urządzeń filtracyjnych, a w konsekwencji gorsze są efekty uzdatniania wody. Wśród substancji, które mogą spowodować zaczopowanie membrany osmotycznej najczęściej wymienia się takie foulanty jak biofilm, krzemionka, oleje oraz różne osady mineralne.
Jeśli zanieczyszczenia utworzą tzw. placek filtracyjny, wówczas membrana osmotyczna może zostać wyczyszczona.
Można zapobiegać procesom powlekania membran osadami optymalizując warunki prowadzenia filtracji oraz oczyszczając membrany przy pomocy odpowiednich preparatów chemicznych. Znalezienie optymalnego rozwiązania nie zawsze jest jednak proste, dlatego w kwestii doboru systemu odwróconej osmozy i jej późniejszego serwisu warto poprosić o pomoc specjalistę z branży.
Dlaczego dochodzi do powstawania osadów na powierzchni membrany osmotycznej
Osady na powierzchni membrany osmotycznej pojawiają się zazwyczaj w wyniku obniżania jakości permeatu (oczyszczonej wody), a co za tym idzie, zmniejszenia się jego przepływu, zmiany ciśnień (co ma bezpośrednie przełożenie na efektywność procesu filtracji), zmiany temperatury, a nawet wahania poziomu zasolenia.
Na zdjęciu widoczna jest przekrojona membrana osmotyczna. Na jej powierzchni zgromadził się osad, który zapycha pory, powodując tym samym wzrost zużywanej energii elektrycznej oraz spadek wydajności całego systemu.
Kiedy należy przeprowadzić czyszczenie membrany osmotycznej?
Czyszczenie membran jest bardzo istotną praktyką dla zachowania pełnej wydajności procesu uzdatniania wody. Najbardziej charakterystyczne cechy zanieczyszczonej membrany to:
- Wyższe ciśnienie operacyjne (transmembranowe)
- Wyższa o ok. 10 proc. przewodność wody
- Wyższy o ok. 5-10 proc. stopień zasolenia
- Niższy o ok. 10 proc. przepływ strumienia filtratu (w zależności do temperatury)
Ponieważ osad na membranie nie zawsze rozkłada się równomiernie, niekiedy trudno jest ocenić jego rzeczywisty poziom. Sugeruję jednak, aby nie opóźniać kolejnego czyszczenia. Osady mogą znacząco zwiększać swoją objętość, przez co ich całkowita likwidacja jest bardzo trudna.
Piotr Pisarski
Najlepszymi wskaźnikami zatykania się membrany jest ciśnienie transmembranowe, rozpuszczalność oraz opór. Przy stałym przepływie rośnie ciśnienie transmembranowe, aby w ten sposób skompensować zatykanie porów membrany. Przy stałym ciśnieniu transmembranowym spadki są z kolei widoczne w przepływie.
Jak dobrać metody czyszczenia membran osmotycznych?
Przy doborze metody i preparatu do czyszczenia membrany należy wziąć pod uwagę typ membrany, rodzaj i skład osadów. Bardzo istotne są również w tym kontekście wszelkie zmiany wartości pH wody zasilającej.
Wykonując czyszczenie membrany, warto realizować poszczególne etapy tego procesu oddzielnie, dzięki czemu nie zachodzi ewentualne „przenoszenie” zanieczyszczeń.
Warto jednocześnie pamiętać, że nie ma jednej dobrej odpowiedzi na pytanie, który sposób czyszczenia jest najlepszy. Fouling membran osmotycznych to stosunkowo złożone zjawisko, dlatego wiele zależy od parametrów samej wody, rodzaju instalacji, czy zapotrzebowania na wodę. Dopiero po przeprowadzeniu szczegółowego badania wody oraz dokładnej analizy całego systemu można wybrać najlepszą metodę płukania membran.
Metody czyszczenia membran osmotycznych
Prawidłowe i regularne czyszczenie maksymalizuje efektywność działania membrany osmotycznej, przedłuża jej żywotność, zapewnia lepszą jakość filtratu, a w rezultacie przekłada się na niższe zużycie energii i redukcję całkowitych kosztów eksploatacji systemu odwróconej osmozy. Metody czyszczenia membran osmotycznych dobiera się indywidualnie, często na podstawie praktycznych testów.
Czyszczenie membran przynosi dobre efekty i jest opłacalne w dużych systemach odwróconej osmozy (o wydajności przekraczającej metr sześcienny). W przypadku niewielkich systemów odwróconej osmozy, w których wydajność procesu wynosi poniżej metra sześciennego, jest to często mniej opłacalne niż zakup nowych membran. Warto bowiem pamiętać, że nawet regularne usuwanie zanieczyszczeń nie przywraca membranie 100 proc. wydajności, a profesjonalna usługa kosztuje najczęściej niewiele mniej lub wręcz tyle samo co nowe membrany osmotyczne.
Płukanie w przód
Płukanie w przód polega na przemywaniu membran osmotycznych za pomocą wody dostarczanej w kierunku przepływu. Ciśnienie strumienia wody jest w takim przypadku większe niż w normalnym trybie pracy, dzięki czemu zanieczyszczenia zostają usunięte w wyniku wytworzonych turbulencji. Co ważne, tą metodą nie można usunąć cząsteczek zaabsorbowanych w porach membrany. Konieczne jest wówczas płukanie zwrotne.
Płukanie zwrotne
Płukanie zwrotne to proces odwrotny dla filtracji, w którym pod wpływem ciśnienia strumień filtratu zostaje skierowany na stronę, gdzie znajduje się oczyszczona woda. W tym przypadku stosuje się dwa razy większy strumień niż podczas standardowej pracy systemu. Poprzez płukanie zwrotne można usunąć z membrany osmotycznej znacznie większą ilość zanieczyszczeń, niż przy płukaniu w przód. Jeśli płukanie zwrotne nie przynosi oczekiwanych rezultatów, wtedy warto sięgnąć po dedykowane preparaty chemiczne. Warto również pamiętać, że w przypadku tej metody czyszczenia do płukania stosowany jest permeat, ponieważ nie wolno zanieczyścić zbiornika magazynującego wodę. Minusem takiego rozwiązania jest zatem niższy odzysk wody oczyszczonej.
Płukanie w systemie powietrze/woda
Metoda płukania powietrze/woda jest stosunkowo nowa i polega na płukaniu w przód, podczas którego powietrze dostaje się do rury doprowadzającej. Tego typu system charakteryzuje się bardzo dużą turbulencyjnością. Jego niewątpliwą zaletą (w porównaniu do standardowego płukania w przód) jest natomiast mniejsza pojemność pompy.
Chemiczne czyszczenie membran osmotycznych
Czyszczenie chemiczne polega na nasączeniu membran osmotycznych specjalistycznym preparatem dedykowanym dla konkretnego typu zanieczyszczeń. Po upływie kilkunastu do kilkudziesięciu minut membrany są przepłukiwane zwrotnie lub w przód, a zalegające wewnątrz foulanty zostają wypłukane. Inna tego typu technika czyszczenia obejmuje prowadzenie płukania roztworem chemicznym, pozostawienie go na jakiś czas, a następnie ponowne płukanie obiegowe.
Czyszczenie membran jest efektywniejsze, gdy przeprowadza się je w dość wysokiej temperaturze. Najczęściej zalecam temperaturę ok. 15°C, w której rośnie kinetyka reakcji chemicznych prowadzących do rozpuszczania osadów.
Piotr Pisarski
Preparaty chemiczne do czyszczenia membran osmotycznych
Typ preparatu chemicznego, jaki zostanie zastosowany podczas czyszczenia membrany osmotycznej zależy od składu zanieczyszczenia. Przed przystąpieniem do pracy trzeba zidentyfikować rodzaj oraz stężenie składników osadu, aby usunąć frakcję luźno związaną i przeciwdziałać powstawaniu osadu wtórnego.
Zdecydowanie odradzam mieszanie preparatów przeznaczonych do usuwania osadów o odmiennym pochodzeniu. Może to bowiem skutkować spowolnieniem ich działania lub obniżeniem skuteczności. Jeśli na membranie osmotycznej zgromadziły się różne substancje, wówczas proces czyszczenia należy przeprowadzać etapami, aż do uzyskania pożądanego efektu.
Piotr Pisarski
Na proces efektywnego mycia membran wpływa bezpośrednio stężenie regeneranta mierzonego odczynem pH kąpieli lub przewodnictwem, temperatura kąpieli, a także czas trwania procesu. Preparaty stosowane do czyszczenia membran osmotycznych to najczęściej antyskalanty, które wprowadza się w czasie pracy systemu.
Antyskalanty to grupa chemicznych środków ochrony o działaniu przeciwosadowym. Podstawowym kierunkiem działania antyskalantów jest niedopuszczenie do krystalizacji soli zawartych w wodzie, co ostatecznie przekłada się na brak osadów.
Przy dużych membranach osmotycznych o zwinięciu spiralnym optymalnym działaniem jest kondycjonowanie wody za pomocą antyskalantów produkowanych na bazie fosforanów lub polimerów. Jeśli na powierzchni membran osmotycznych znajdują się złogi organiczne, oleje oraz osady krzemionkowe należy stosować preparaty o odczynie zasadowym lub w przypadku krzemionki – silnie zasadowym.
Często otrzymuję pytania czy antyskalant może być alternatywą dla przemysłowego zmiękczacza wody przed odwróconą osmozą. Trudno niestety udzielić jednoznacznej odpowiedzi, ponieważ wszystko zależy od indywidualnych kwestii. W takim przypadku zachęcam do kontaktu w celu omówienia szczegółów instalacji.
Piotr Pisarski
Poważnym problemem jest również fouling membran osmotycznych przez bakterie w wodzie i biofilm. Jeśli zachodzi podejrzenie, że mogło dojść do skażenia membrany wówczas niezbędna może okazać się dezynfekcja zarówno przemysłowej odwróconej osmozy, jak i całej stacji filtracji wstępnej.
W kontekście prawidłowej pracy membran osmotycznych szczególnie istotna jest obserwacja systemu i odpowiednio szybkie reagowanie na wszelkie wykryte w nim nieprawidłowości. Pod stałą kontrolą powinny być ciśnienie, wydajność, a także przewodność otrzymywanej wody. Zaniedbanie tych czynności może spowodować nieodwracalny fouling membran osmotycznych, co oczywiście wiąże się z dodatkowymi kosztami w postaci zakupu i wymiany tych komponentów oraz czasowego przestoju całej stacji uzdatniania wody.
Profesjonalne czyszczenie membran osmotycznych
Specjalistyczne czyszczenie membran powinno być wykonane przez doświadczoną ekipę serwisową.
Korzystając z usługi profesjonalnego czyszczenia można zyskać nawet dodatkowe dwa lata eksploatacji membran osmotycznych, bez dużej straty na wydajności oczyszczania wody.
Jeśli w procesie stosowane są preparaty chemiczne, wówczas specjaliści mają ze sobą odpowiednią pompę wraz z dozownikiem, które na okres czyszczenia (zazwyczaj ok. godziny) są podłączone pod membrany osmotyczne. Po upływie tego czasu, konieczne jest również płukanie oraz odpowiednia regulacja odwróconej osmozy. Profesjonalne czyszczenie membrany trwa najczęściej około 3-4 godziny, po czym stacja uzdatniania wody jest gotowa do dalszej pracy.
Zapychanie membran osmotycznych (fouling) – podsumowanie
Fouling membran osmotycznych, a co za tym idzie częstsza konieczność ich wymiany, jest bezpośrednim skutkiem braku płukania i chemicznego mycia tych komponentów. Fouling występuje w każdym module membranowym jednak odpowiednie prowadzenie instalacji może znacząco zmniejszyć występowanie tego zjawiska. Właśnie dlatego w celu przeciwdziałania gromadzeniu się osadów oraz w przypadku obniżonej jakości lub przepływu permeatu, tak ważne jest regularne mycie oraz konserwacja membran.
