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Ultrafiltrations-Wassersystem
Merkmale der Ultrafiltrationssystemtechnologie
Die Ultrafiltration ist ein Membranfiltrationsverfahren, auch bekannt als Kreuzfiltration. Sie trennt Partikel mit einer Größe von 10 bis 100 Å aus dem umgebenden Medium ab. Partikel dieser Größe sind üblicherweise gelöste Stoffe in Flüssigkeiten. Das Grundprinzip beruht darauf, dass bei Raumtemperatur und einem bestimmten Druck und Durchfluss asymmetrische mikroporöse Strukturen und semipermeable Membranen genutzt werden. Der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten der Membran dient als treibende Kraft für die Kreuzfiltration. Lösungsmittel und niedermolekulare Substanzen passieren die Membran, während makromolekulare Substanzen und Partikel wie Proteine, wasserlösliche Polymere, Bakterien usw. zurückgehalten werden. So ermöglicht die Ultrafiltration die Trennung, Klassifizierung, Reinigung und Konzentration von Stoffen.
1. Da die Ultrafiltration bei Raumtemperatur durchgeführt wird, sind die Bedingungen mild und es kommt zu keiner Beschädigung der Komponenten. Daher eignet sie sich besonders für die Trennung, Klassifizierung, Konzentration und Anreicherung hitzeempfindlicher Substanzen wie Arzneimittel, Enzyme, Fruchtsäfte usw.
2. Der Ultrafiltrationsprozess ist unveränderlich, erfordert keine Erwärmung, einen geringen Energieverbrauch, den Verzicht auf die Zugabe chemischer Reagenzien und ist umweltfreundlich; es handelt sich um eine energiesparende und umweltschonende Trenntechnologie.
3. Die Ultrafiltrationstechnologie zeichnet sich durch eine hohe Trenneffizienz aus und ist daher sehr effektiv für die Rückgewinnung von Spurenkomponenten in verdünnten Lösungen und die Konzentrierung von Lösungen mit niedriger Konzentration.
4. Beim Ultrafiltrationsverfahren wird lediglich der Druck als treibende Kraft für die Membrantrennung genutzt, daher ist die Trennvorrichtung einfach: kurzer Prozess, einfache Bedienung, einfache Steuerung und Wartung.
5. Auch die Ultrafiltrationsmethode hat gewisse Einschränkungen; sie ermöglicht keine direkte Gewinnung von Trockenpulverpräparaten. Bei Proteinlösungen werden üblicherweise nur Konzentrationen von 10 bis 50 % erreicht. Die Ultrafiltration erfolgt in einem geschlossenen Behälter. Druckluft dient als Antriebskraft. Durch das Vorschieben eines Kolbens im Behälter wird ein Innendruck der Probenflüssigkeit erzeugt. Am Boden des Behälters befindet sich eine Membranplatte. Kleine Moleküle, deren Porendurchmesser kleiner ist als der der Membranplatte, werden durch den Druck herausgepresst, während größere Moleküle auf der Membranplatte zurückgehalten werden.
Zu Beginn der Ultrafiltration ist die Filtrationsgeschwindigkeit relativ hoch, da die gelösten Moleküle gleichmäßig in der Lösung verteilt sind. Mit der kontinuierlichen Abgabe kleiner Moleküle werden jedoch Makromoleküle abgefangen und reichern sich mit zunehmender Konzentration auf der Membranoberfläche an. Dadurch entsteht ein Konzentrationsgradient von unten nach oben, wodurch sich die Ultrafiltrationsgeschwindigkeit allmählich verlangsamt. Dieses Phänomen wird als Konzentrationspolarisation bezeichnet.
Zusammensetzung des Ultrafiltrationssystems
Ultrafiltrationsmodule sind eine weit verbreitete Membrantrenntechnologie und finden breite Anwendung in der Wasseraufbereitung, Abwasserbehandlung, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Biomedizin und weiteren Bereichen. Die Konstruktion des Moduls hat einen wesentlichen Einfluss auf dessen Trennleistung und Lebensdauer.
Der Aufbau eines Ultrafiltrationsmoduls besteht im Allgemeinen aus Membranhülle, Trägerschicht, Membrantrennschicht und Gehäuse. Die Membranhülle ist das Kernstück des Ultrafiltrationsmoduls und besteht üblicherweise aus einer oder mehreren Polymerfolienschichten. Diese Membranen besitzen eine mikroporöse Struktur, die gelöste Stoffe, kolloidale Substanzen und Schwebstoffe herausfiltert, während niedermolekulare Stoffe im Lösungsmittel und gelösten Stoff zurückgehalten werden. Die Trägerschicht befindet sich unterhalb der Membrantrennschicht und dient hauptsächlich der Stabilisierung und Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Membran.
Die Membrantrennschicht ist das Herzstück eines Ultrafiltrationsmoduls. Ihr Material und ihre Struktur bestimmen direkt die Trennwirkung und den Durchfluss. Gängige Membranmaterialien für die Ultrafiltration sind beispielsweise Polypropylen, Polyester und Polyethersulfon, die sich durch hervorragende chemische und thermische Beständigkeit auszeichnen. Die Membrantrennschicht kann als Hohlfaser-, Spiral- oder Flachmembran ausgeführt sein, wobei unterschiedliche Strukturformen für verschiedene Anwendungsbereiche geeignet sind. Hohlfasermembranen bieten eine große Membranfläche und eignen sich für die Verarbeitung großer Lösungsmengen, während Spiral- oder Flachmembranen für beengte Platzverhältnisse geeignet sind.
Das Gehäuse des Ultrafiltrationsmoduls besteht in der Regel aus Edelstahl oder technischem Kunststoff und zeichnet sich durch gute Korrosions- und Druckbeständigkeit aus. Es muss so konstruiert sein, dass die Installation und Demontage der Module sowie die Wartung und der Austausch der Membranen problemlos möglich sind. Darüber hinaus muss das Gehäuse eine gute Abdichtung gewährleisten, um Leckagen und Verunreinigungen zu verhindern.
Bei der Konstruktion von Ultrafiltrationsmodulen müssen auch die Flüssigkeitsverteilung und -sammlung berücksichtigt werden. Typischerweise weisen Ultrafiltrationsmodule eine Mehrkanalstruktur auf, um eine gleichmäßige Verteilung und Sammlung der Flüssigkeit zu gewährleisten. Jeder Kanal verfügt üblicherweise über einen Zulauf, einen Produktionsauslauf und einen Abfallauslauf, um die Zufuhr und Abfuhr der Flüssigkeit zu erleichtern.
Kurz gesagt, die Konstruktion von Ultrafiltrationsmodulen ist ein wichtiger Faktor für deren Trennleistung und Lebensdauer. Eine durchdachte Konstruktion kann die Stabilität und Trenneffizienz des Moduls verbessern und somit den Anforderungen verschiedener Anwendungsbereiche gerecht werden.
1. Ultrafiltrationsmembran
Die Ultrafiltrationsmembran ist ein zentraler Bestandteil der Ultrafiltrationsanlage und dient der Trennung und Filtration von Substanzen in Wasser. Man unterscheidet verschiedene Arten von Ultrafiltrationsmembranen, darunter Hohlfasermembranen, Flachmembranen und semipermeable Membranen. Hohlfasermembranen sind die am weitesten verbreiteten Membranen und bestehen aus Materialien wie Polypropylen, Polyester, Polysulfon und anderen.
2. Stützschicht
Die Trägerschicht bildet die unterste Schicht der Ultrafiltrationsmembran und dient hauptsächlich der Stützung und Stabilisierung der Membranstruktur. Sie kann aus verschiedenen Materialien wie Edelstahl, Kunststoff, Keramik usw. bestehen.
3. Wasserzulauf- und -ablaufrohre
Wasserzu- und -ablaufrohre sind wichtige Kanäle für die Zufuhr und Ableitung von Wasser in und aus dem Gebäude und bestehen üblicherweise aus PVC, Edelstahl oder anderen Materialien. Um einen reibungslosen Wasserfluss zu gewährleisten, ist die Konstruktion dieser Rohre von entscheidender Bedeutung.
4. Steuerungssysteme
Das Steuerungssystem der Ultrafiltrationsanlage zur Abwasserbehandlung kann eine automatische Steuerung nutzen, um den ordnungsgemäßen Betrieb und die Stabilität der Anlage zu gewährleisten. Das Steuerungssystem umfasst ein Qualitätsüberwachungssystem, ein Durchflussregelungssystem, ein Selbstreinigungssystem und ein Alarmsystem.
Dies sind die Hauptkomponenten der Ultrafiltrationsanlage zur Abwasserbehandlung, wobei die Ultrafiltrationsmembran die wichtigste Rolle spielt. Um eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen, muss die Zusammensetzung der Ultrafiltrationsanlage je nach Wasserqualität und -menge angepasst werden.
Prinzip der Ultrafiltration
Als neue, effiziente Trenntechnologie hat sich die Membranbehandlungstechnologie in den letzten Jahren aufgrund ihrer einfachen Verfahren, der bequemen Bedienung, der kompakten Anlagen, der guten Trennleistung und der hohen Wirtschaftlichkeit rasant in der Wasseraufbereitung, im Umweltschutz, in der Medizin, der Lebensmittelindustrie, der Chemie und anderen Bereichen etabliert. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Lösung des Wasserproblems. Insbesondere in wasserarmen Gebieten kommt der Membran bei der Wiederverwertung von Wasser und Abwasser eine besondere Bedeutung zu, was ihr große Aufmerksamkeit eingebracht hat.
Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration und Umkehrosmose sind allesamt membranbasierte Trennverfahren, die auf externer Krafteinwirkung beruhen. Derzeit sind Ultrafiltration und Umkehrosmose unter den verschiedenen Membrantrennverfahren am weitesten verbreitet.
Die Ultrafiltration ist ein Trennverfahren, das auf dem Druckunterschied zwischen den beiden Seiten einer Membran und der mechanischen Siebung basiert. Die Porengröße der Ultrafiltrationsmembran liegt zwischen 0,005 und 1,0 µm. Stoffe, die kleiner als die Porengröße der Membran sind, sowie in Wasser gelöste Stoffe können als permeable Flüssigkeit die Membran passieren. Stoffe, die die Membran nicht passieren können, werden zurückgehalten und im Abfluss konzentriert. Das so gewonnene Wasser (durch die Lösung) enthält Wasser, Ionen und niedermolekulare Substanzen, während kolloidale Stoffe, Partikel, Bakterien, Viren und Protozoen von der Membran entfernt werden. Die Membrantrennung ist ein dynamischer Filtrationsprozess. Makromolekulare Stoffe werden von der Membran zurückgehalten und fließen zusammen mit der konzentrierten Lösung aus der Membran heraus. Die Membran ist wenig verstopfungsanfällig und kann über lange Zeiträume kontinuierlich eingesetzt werden. Die Ultrafiltration kann bei Raumtemperatur und niedrigem Druck durchgeführt werden, weist keine Phasenänderung auf, ist hocheffizient und energiesparend.
Das zu filternde Wasser wird von der Ultrafiltrations-Speisepumpe unter Druck gesetzt und zum Membranmodul transportiert. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Membraninnenseite und der Membranaußenseite durchdringt das Wasser die Filtermembran, während die Verunreinigungen zurückgehalten werden und nicht durchdringen können. Lagern sich zu viele der abgetrennten Verunreinigungen auf der Membran ab, sammeln sich unlösliche Salze an der Membranoberfläche und bilden eine Beschichtung, die zu Ablagerungen führt. Um dies zu vermeiden, werden die Verunreinigungen während des Trennprozesses häufig als Konzentrat mit dem Wasser abgeführt. Je nach Membrantyp und Anwendung kann dieser Prozess kontinuierlich oder im Rückfluss erfolgen. Im Vergleich zu traditionellen Reinigungsverfahren wie Flockung, Ausfällung und Sandfiltration bietet die Ultrafiltration eine stabile Wasserqualität, eine einfache Anlagenbedienung und erzeugt weder Filtrationsrückstände noch Flockungsschlamm oder andere Abfälle.
Ultrafiltrationsmembran und Ultrafiltrationsbaugruppe
Bei der Ultrafiltration in der Wasseraufbereitung sind die chemische Stabilität und die Hydrophilie des Materials die beiden wichtigsten Eigenschaften. Die chemische Stabilität bestimmt die Lebensdauer der Materialien unter Einwirkung von Säuren und Laugen, Oxidationsmitteln und Mikroorganismen und steht in direktem Zusammenhang mit den Reinigungsverfahren. Die Hydrophilie bestimmt den Adsorptionsgrad der Membranmaterialien gegenüber organischen Schadstoffen im Wasser und beeinflusst den Membranfluss. Es gibt verschiedene Arten und Spezifikationen von Ultrafiltrationsmembranen, die je nach Bedarf ausgewählt werden können.
1. Chemische Materialien, die für die Herstellung von Ultrafiltrationsmembranen benötigt werden
Für die Herstellung von Ultrafiltrationsmembranen stehen zahlreiche Materialien zur Verfügung. Bei Hohlfasermembranen werden jedoch hauptsächlich Polymere mit guter Faserbildungsfähigkeit eingesetzt. Anforderungen an Membranmaterialien sind eine gute Filmbildung, thermische und chemische Stabilität, Säure- und Laugenbeständigkeit, mikrobielle Erosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine gute Hydrophilie, um einen hohen Wasserdurchfluss und eine hohe Schadstoffresistenz zu gewährleisten. Gängige Materialien für Hohlfasermembranen sind derzeit Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethersulfon (PFS), Polysulfon (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PF), Polyacrylnitril (PAN), Polypropylen (PP) usw. Polyvinylidenfluorid und Polyethersulfon sind die am weitesten verbreiteten Ultrafiltrationsmembranmaterialien.
2. Aufbau der Ultrafiltrationsmembrananordnung
Ultrafiltrationsmembranen lassen sich im Allgemeinen in Platten- und Rahmenmembranen (Plattenmembranen), Rollenmembranen, Rohrmembranen, Hohlfasermembranen und andere Bauformen unterteilen.
Die Platten-Ultrafiltrationsmembran ist die ursprünglichste Membranstruktur und wurde hauptsächlich zur Abtrennung großer Partikel eingesetzt. Aufgrund ihres großen Platzbedarfs und des hohen Energieverbrauchs wurde sie jedoch nach und nach vom Markt verdrängt.
Das Spulenmembranmodul ist auch als Spiralspulenmembranmodul bekannt. Da die verwendete Membran und die hergestellten Komponenten leicht in großem Maßstab industriell gefertigt werden können, findet es breite Anwendung in vier Membrantrennverfahren: Umkehrosmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Mikrofiltration. Die höchste Nutzungsrate weist es im Bereich der Umkehrosmose und Nanofiltration auf.
Die röhrenförmige Ultrafiltrationsmembran kann suspendierte Feststoffe, Fasern, Proteine und andere Substanzen in einem breiten Spektrum zurückhalten, stellt geringe Anforderungen an die Vorbehandlung der Materialflüssigkeit und ermöglicht die Durchführung von Filtrationen in hohen Konzentrationen. Allerdings sind die Investitionskosten für die Anlagen hoch und sie benötigen eine große Fläche.
Unter den zahlreichen Membranmodulstrukturen findet derzeit hauptsächlich die Hohlfaser-Ultrafiltrationsmembran Anwendung. Bei der Modulstruktur sollten Aspekte wie eine möglichst hohe Packungsdichte der Membran, eine erhöhte Wasserausbeute pro Volumeneinheit, eine Minimierung des Einflusses der Konzentrationspolarisation, eine einfache Reinigung und niedrige Herstellungskosten berücksichtigt werden.
Die Hohlfasermembran-Ultrafiltration hat sich aufgrund ihrer unübertroffenen Vorteile zur wichtigsten Form der Ultrafiltration entwickelt. Je nach Position der dichten Schicht lassen sich Hohlfasermembranen in Innendruck- und Außendruckmembranen unterteilen. Bei der Außendruckmembran durchdringt die Stammlösung die Hohlfaser radial von außen nach innen und wird so zur Permeationsflüssigkeit. Die zurückgehaltenen Stoffe sinken außerhalb der Hohlfaser ab. Der Einlasskanal der Membran befindet sich zwischen den Membranfilamenten, die über einen gewissen Bewegungsspielraum verfügen. Daher eignet sich diese Membran besonders für Rohwasser mit geringer Qualität und hohem Gehalt an Schwebstoffen. Bei der Innendruckmembran dringt die Stammlösung in das Innere der Hohlfaser ein und wird durch den Druckunterschied radial von innen nach außen transportiert. Die konzentrierte Flüssigkeit verbleibt im Inneren der Hohlfaser und fließt am anderen Ende ab. Der Membraneinlasskanal ist der innere Hohlraum der Hohlfasermembran. Um Verstopfungen zu vermeiden, gelten strenge Anforderungen an die Partikelgröße und den Gehalt des einströmenden Wassers. Daher eignet sich das System für Betriebsbedingungen mit guter Rohwasserqualität.
3. Abfangleistung der Ultrafiltrationsmembrananordnung
(1) Abtrennung von Partikeln. Die Trübung des Filtrats lässt sich üblicherweise durch Ultrafiltration auf unter 0,1 NTU reduzieren. Bei schwankender Trübung des Rohwassers ist die Ultrafiltration besonders geeignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Aufbereitungsverfahren lässt sich die Ultrafiltration sehr einfach automatisieren.
(2) Abtrennung organischer Stoffe. Organische Stoffe umfassen Partikel, Kolloide und wasserlösliche organische Stoffe. Da die Ultrafiltration verschiedene Arten organischer Stoffe unterschiedlich gut abtrennt, hängt die Reinigungseffizienz von der Zusammensetzung der organischen Stoffe im Wasser ab. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren muss bei der Ultrafiltration weder Ausfällung noch die Filtrierbarkeit des Kondensats berücksichtigt werden, da die Reinigungseffizienz unabhängig von Form und Dichte des Kondensats ist. Je nach Flockung und Rohwasserqualität liegt die Rückhalterate organischer Stoffe bei der Ultrafiltration zwischen 40 % und 60 %.
Betrieb und Wartung des Ultrafiltrationssystems
Die Ultrafiltration erfolgt in zwei Betriebsarten: Vollstromfiltration und Kreuzstromfiltration. Bei der Vollstromfiltration durchströmt das gesamte einströmende Wasser die Membran und wird zu Trinkwasser. Bei der Kreuzstromfiltration durchströmt ein Teil des Wassers die Membran und wird zu Trinkwasser, während der andere Teil zusammen mit Verunreinigungen abgeleitet wird und als konzentriertes Wasser dient. Die Kreuzstromfiltration zeichnet sich durch geringen Energieverbrauch und niedrigen Betriebsdruck sowie somit niedrigere Betriebskosten aus. Sie eignet sich auch für Flüssigkeiten mit einem höheren Gehalt an Schwebstoffen. Bei niedrigem Filtratfluss und geringer Membranbelastung lassen sich die auf der Membranoberfläche gebildeten Verunreinigungen leicht entfernen, wodurch der Filtratfluss langfristig stabil bleibt. Bei hohem Filtratfluss steigt hingegen die Gefahr einer irreversiblen Membranverschmutzung, und die Rückgewinnungsrate der Reinigungsflüssigkeit sinkt. Dies beeinträchtigt die langfristige Stabilität des Filtratflusses.
Filtermodus:
1. Vollstromfiltermodus
Im Allgemeinen gilt: Bei geringem Gehalt an Schwebstoffen und Kolloiden im Rohwasser (z. B. SS
2. Querstromfiltermodus
Der hohe Gehalt an Schwebstoffen im Rohwasser und in den meisten nicht-wässrigen Anwendungen erfordert eine Reduzierung der Rückgewinnungsrate, um einen hohen Durchfluss im Membranrohr aufrechtzuerhalten. Dies führt zu einer großen Menge an Abwasser. Um Verschwendung zu vermeiden, wird das abgeleitete konzentrierte Wasser unter Druck zurück in das Membranrohr geleitet. Dadurch wird zwar die Rückgewinnungsrate im Membranrohr reduziert, die des Gesamtsystems bleibt jedoch hoch. In diesem Modus zirkuliert das Zulaufwasser kontinuierlich über die Membranoberfläche. Das schnell zirkulierende Wasser verhindert die Ansammlung von Partikeln auf der Membranoberfläche und erhöht den Filtratfluss. Da weniger Zulaufwasser zu Produktionswasser wird, ist der Energieverbrauch der Querstromfiltration höher als der der Vollstromfiltration, um die gleiche Ausbeute zu erzielen.
Funktionsweise der Ultrafiltrationsmembran
Die Ultrafiltrationsmembran sollte vor dem Betrieb gemäß den folgenden Schritten überprüft und in Betrieb genommen werden:
(1) Prüfung der Zulaufwasserqualität. Entscheidend ist die Überprüfung der Trübung des Zulaufwassers. Liegt die Trübung innerhalb des zulässigen Grenzwerts des Systems, kann die Ultrafiltrationsanlage in Betrieb genommen werden. Anschließend werden der Restchlorgehalt und der pH-Wert des Wassers geprüft.
(2) Systemprüfung. Prüfen Sie gemäß Prozessablaufplan, ob die Ausrüstung und die Anschlüsse korrekt sind und ob die Ventile ordnungsgemäß geöffnet sind. Besonderes Augenmerk ist auf manuell betriebene Systeme zu richten. Das Einlassventil darf beim Anfahren der Maschine nicht vollständig geöffnet sein. Das Konzentrat- und das Wasserausgabeventil müssen hingegen vollständig geöffnet sein, um einen zu hohen Anlaufdruck zu vermeiden, der die Ultrafiltrationsmembran beschädigen und die Ausrüstung beeinträchtigen kann.
(3) Instrumentenprüfung. Prüfen Sie, ob alle Instrumente ordnungsgemäß funktionieren, insbesondere ob das Manometer intakt ist.
(4) Inbetriebnahme. Vor der Inbetriebnahme kann ein Testlauf durchgeführt werden, d. h. die Stromversorgung einschalten, die Pumpe starten und sofort wieder stoppen. Dabei ist zu prüfen, ob sich das Pumpenlaufrad korrekt dreht und die Pumpe keine ungewöhnlichen Geräusche von sich gibt. Sobald die Pumpe einwandfrei funktioniert, kann sie offiziell in Betrieb genommen werden. Nach dem Start sind die Schnittstellen und Rohrleitungen auf Dichtheit zu prüfen. Im ersten Zyklus des automatischen Steuerungsprogramms sind das Öffnen und Schließen der Ventile sowie die einwandfreie Funktion der verschiedenen Instrumente zu überprüfen.
⑸ Betrieb. Während des Betriebs ist regelmäßig zu überprüfen, ob die Instrumente ordnungsgemäß funktionieren, die Pumpe ungewöhnliche Geräusche von sich gibt und die Wasserqualität den Anforderungen entspricht. Besonderes Augenmerk sollte auf Manometer und Wasserdurchfluss gelegt werden. Bei Auffälligkeiten ist das Gerät sofort zur Überprüfung anzuhalten. Im Allgemeinen wird bei der Auslegung der automatischen Steuerung der Selbstschutz des Systems berücksichtigt. Bei jeder Störung stoppt das System automatisch den Betrieb und gibt einen Alarm aus. Während des Betriebs ist das Gerät gemäß den Auslegungsvorgaben zu überwachen und zu protokollieren. Das Gerät ist regelmäßig gemäß den Auslegungsvorgaben zu reinigen, zu sterilisieren und zu desinfizieren. Das Gerät ist regelmäßig zu entlüften oder die Funktion des automatischen Entlüftungsventils zu überprüfen.
⑹ Herunterfahren.
① Zuerst den Systemdruck und die Transmembrandruckdifferenz reduzieren und dann abschalten.
② Wenn die Abschaltzeit 7 Tage nicht überschreitet, kann der Schutzbetrieb der Anlage täglich für 20 bis 60 Minuten durchgeführt werden (die Zeit hängt von einem Filtrations-, Spül-, Rückspül- und Spülzyklus ab), damit das Frischwasser durch das in der Anlage gespeicherte Wasser ersetzt werden kann.
③ Wenn das Gerät längere Zeit nicht benutzt wird, muss es zunächst gründlich gereinigt und desinfiziert werden. Anschließend werden das Membranschutzmittel und das antibakterielle Mittel in das Gerät eingespritzt. Alle Schnittstellen des Geräts werden verschlossen, um die Membran feucht zu halten und das Wachstum von Bakterien und Algen im Gerät zu verhindern.
Verunreinigung der Ultrafiltrationsmembran
Membranverschmutzung bezeichnet den Prozess, bei dem Partikel, Kolloide oder gelöste Makromoleküle aus der Materiallösung durch physikalische Adsorption, chemische Reaktion oder mechanische Abscheidung an der Membranoberfläche adsorbieren und sich dort ablagern. Dies führt zur Verstopfung der Membranporen und zu einer deutlichen Veränderung des Permeationsflusses und der Trenneigenschaften der Membran. Die Membranadsorption im Ultrafiltrationsprozess gilt als Hauptursache für Membranverschmutzung und hängt mit der Wechselwirkung zwischen Membran, Lösungsmittel und gelöstem Stoff zusammen. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Eigenschaften und Strukturen der Membrankomponenten variiert auch der Adsorptionsmechanismus. Dieser lässt sich im Allgemeinen in elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen unterteilen.
Reinigung des Ultrafiltrationssystems
Bei der Ultrafiltration lagern sich die abgetrennten Substanzen und andere Verunreinigungen allmählich auf der Membranoberfläche ab, was zu Verschmutzung und Verstopfung der Membran führt. Daher ist die Membranreinigung ein unerlässlicher Betriebsschritt im Ultrafiltrationssystem und trägt wesentlich zur Verlängerung der Membranlebensdauer bei. Gängige Reinigungsverfahren für Ultrafiltrationsmembranen sind die physikalische und die chemische Reinigung. Zu den Reinigungsverfahren des Ultrafiltrationssystems gehören Vorwärts- und Rückspülung mit Wasser, Gasreinigung und chemische Reinigung. Die Vorwärts- und Rückspülung mit Wasser entfernt die Filterkuchenschicht von der Membranoberfläche. Die Gasreinigung nutzt die starke Turbulenz eines Gases, um die Verschmutzungsschicht auf der Membranoberfläche effektiver zu entfernen. Die chemische Reinigung entfernt durch chemische Reaktionen Kolloide, organische Stoffe, anorganische Salze und andere Verunreinigungen von der Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran sowie internes Kondenswasser.
Rückspülung des Ultrafiltrationssystems
Bei der Rückspülung der Ultrafiltration handelt es sich um Ultrafiltrationsproduktionswasser, da sich die durch das Rückspülwasser eingebrachten Schwebstoffe in der Trägerstruktur sammeln und dann ständig Partikel, Bakterien und TOC freisetzen. Daher ist Rohwasser nicht für die Rückspülung geeignet.
Bei langfristiger Nutzung von Ultrafiltrationsmembranen lagern sich Verunreinigungen aus dem Wasser auf der Membran ab, was deren Trennleistung allmählich beeinträchtigt. Daher ist es im Betrieb erforderlich, die Ultrafiltrationsmembran chemisch zu reinigen, sobald der Wasserertrag um mehr als 20 % sinkt oder die Membran 1 bis 4 Monate in Betrieb war. Dies dient der rechtzeitigen Entfernung der Verunreinigungen, der Verhinderung von hartnäckigen Ablagerungen und der Wiederherstellung der Membranleistung.
Die chemische Reinigung wird in die Reinigung mit sauren und alkalischen Lösungen unterteilt. Bei hoher Wasserhärte im Zulaufwasser oder wenn der Gehalt an Metallionen (z. B. Eisenionen) die zulässigen Grenzwerte überschreitet und dadurch anorganische Verunreinigungen auf der Einlassseite der Membran entstehen, ist eine Reinigung der Ultrafiltrationsanlage mit saurer Lösung erforderlich. Biologisch kontaminierte Ultrafiltrationsmembranen sollten hingegen mit alkalischer Lösung gereinigt werden. Folgende Punkte sind bei der Reinigung zu beachten:
(1) Alle Reinigungsmittel müssen von der Wassereinlassseite des Ultrafiltrationssystems in die Anlage gelangen, um zu verhindern, dass Verunreinigungen, die sich möglicherweise im Reinigungsmittel befinden, von der Rückseite der dichten Filterschicht in das Innere der Membranwand gelangen.
(2) Das Ultrafiltrationssystem wird vor der chemischen Reinigung gründlich rückgespült.
(3) Der gesamte chemische Reinigungsprozess des Ultrafiltrationssystems dauert 2 bis 4 Stunden; bei starker Verschmutzung muss es länger als 12 Stunden eingeweicht werden.
(4) Wird nach der Reinigung eine Stillstandszeit des Ultrafiltrationssystems von mehr als drei Tagen erreicht, so ist das Ultrafiltrationssystem gemäß den Anforderungen für Langzeitstillstände zu warten.
(5) Die Reinigungslösung muss mit ultrafiltriertem Wasser oder Wasser besserer Qualität hergestellt werden.
(6) Das Reinigungsmittel muss mögliche Verunreinigungen entfernen, bevor es in die Membranbaugruppe zirkuliert.
Die Temperatur der Reinigungslösung kann im Bereich von 10 bis 40 °C geregelt werden, und eine Erhöhung der Temperatur der Reinigungslösung kann die Reinigungseffizienz verbessern.
(7) Bei Bedarf können verschiedene Reinigungsmittel verwendet werden. Reinigungsmittel und Fungizide dürfen jedoch die Membran und die Komponentenmaterialien nicht beschädigen. Nach jeder Reinigung muss das Reinigungsmittel vollständig entfernt und das System mit Ultrafiltrations- oder Umkehrosmosewasser gespült werden, bevor ein weiteres Reinigungsmittel verwendet wird.
Die chemische Reinigung von Umkehrosmosemembranen sollte nicht zu häufig erfolgen, um irreversible Schäden an den Membranelementen zu vermeiden.
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