Technische Lösung für die chemische Reinigung von Umkehrosmosemembranen
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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Kang Zhaoyang am 16.1.2016 um 10:20 bearbeitet. Die Reinigung der Reverse-Osmose-Membranen ist eine anspruchsvolle und aufwendige Aufgabe – außerdem können die Membranen durch häufige Reinigungen beschädigt werden. Da in einer Membranhülle in der Regel nicht nur ein einziger Membrankomponente vorhanden ist, unterscheidet sich auch der Grad der Verschmutzung dieser Komponenten voneinander. Dadurch ist die Reinigungswirkung schlecht, und es entstehen außerdem oft Kreuzkontaminationen. Als Tieffiltrationsmethode weisen die Osmosemembranen unweigerlich Rückstände von Kolloiden, Mikroorganismen, Schadstoffpartikeln sowie schwer löslichen Salzen auf ihrer Oberfläche auf. Deshalb ist es in vielen Bereichen notwendig, geeignete Strategien zur Reinigung der Osmosemembranen zu entwickeln. Bei verschiedenen Gerätesystemen unterscheidet sich lediglich die Länge des Reinigungszyklus. Reverse-Osmose-Membranen – Offline-Reinigung der Reverse-Osmose-MembranenVor der Reverse-Osmose-Behandlung muss das Zulieferwasser vorbehandelt werden, um eine Verunreinigung der Membranoberfläche so weit wie möglich zu vermeiden. Die optimalen Betriebsbedingungen (Flussrate des Produktwassers, Druck, Rückgewinnungsrate und pH-Wert) spielen eine sehr wichtige Rolle bei der Verringerung der Verunreinigungen auf der Membranoberfläche. Sobald das vorbehandelte Wasser einen hohen SDI15-Wert aufweist – selbst wenn dieser noch im zulässigen Bereich liegt – entstehen im Laufe der Zeit auf der Oberfläche der Umkehrosmosemembran Verunreinigungen durch suspendierte Stoffe, Kolloide sowie Salzablagerungen. Schmutz führt zu einer Verschlechterung der Leistung der Membrankomponenten. Dies zeigt sich in einem geringeren Wasserausstoß und/oder einer höheren Durchlässigkeit für Lösungsmittel sowie in einem erhöhten Druckunterschied zwischen dem Zulaufwasser und dem Konzentratwasser. In der Regel werden je nach Grad der Verschmutzung unterschiedliche Reinigungsverfahren für die Umkehrosmosereinigung angewandt, darunter Online-Reinigung und Offline-Reinigung. Reverse-Osmose-Membranen – Offline-Reinigung von Reverse-Osmose-Membranen. Online-Reinigungstechniken für Reverse-Osmose-Membranen. Die Online-Reinigung ist eine gängige Reinigungsmethode, die hauptsächlich zur Wartung und Instandhaltung des Reverse-Osmose-Systems dient. 1. Reinigungsbedingungen
Sobald sich die Parameter des Reverse-Osmose-Systems wie folgt ändern, muss Ihr System umgehend online gereinigt werden:
1) Druckunterschied zwischen den verschiedenen Stufen des Systems: Druckunterschied in der ersten Stufe ≤ 0,2 Mpa; Druckunterschied in der zweiten Stufe ≤ 0,1 Mpa. 2) Bei unveränderten Betriebsparametern des Systems wird durch die Temperaturkorrektur die Wassermenge, die das System erzeugt, auf über 85 % der ursprünglich geplanten Menge erhöht. 3) Die Entsalzungsrate des gewonnenen Wassers darf um nicht mehr als 5 % schwanken.
2. Reinigungsprozess
① Mit einer Pumpe wird sauberes, kohlenstoffchloridfreies RO-Wasser aus dem Reinigungstank (oder der entsprechenden Wasserquelle) in den Druckbehälter gepumpt und dort einige Minuten lang zurückgehalten. ②Zubereiten Sie die Reinigungsflüssigkeit in der Reinigungskiste mit sauberem Produktwasser. ③Lassen Sie die Reinigungslösung eine Stunde lang oder für eine vorher festgelegte Zeit in dem Druckbehälter zirkulieren. ④Nach dem Reinigen muss der Reinigungskasten entleert und gespült werden. Anschließend wird der Kasten mit sauberem Produktwasser gefüllt, damit er für die nächste Reinigungsphase bereit ist. ⑤Mit einer Pumpe wird das saubere, klorfreie Produktwasser aus dem Reinigungsbehälter (oder der entsprechenden Wasserquelle) in den Druckbehälter gepumpt und dort einige Minuten lang zurückgehalten. ⑥Nach dem Spülen des Reverse-Osmose-Systems wird dieses im Betrieb belassen, während die Ventile für das Ablassen des Produktwassers geöffnet sind – bis das Produktwasser sauber ist, keine Schaumreste mehr aufweist und kein Reinigungsmittel mehr enthalten ist (in der Regel 15–30 Minuten). Reverse-Osmose-Membranen – Offline-Reinigung von Reverse-Osmose-Membranen
Techniken zur Offline-Reinigung von Reverse-Osmose-Membranen
Das größte Problem bei der Online-Reinigung ist, dass die Konzentration der Reinigungsflüssigkeit am Ende des Reinigungsprozesses allmählich abnimmt. Wenn das Reverse-Osmose-System über einen bestimmten Zeitraum hinweg betrieben wird oder die Reverse-Osmose-Membran stark verschmutzt ist, ist eine Online-Reinigung nicht mehr ausreichend. In solchen Fällen muss die Reverse-Osmose-Membran offline gereinigt werden. 1. Bedingungen für die Offline-Reinigung der Osmosemembranen ① Wenn der Druckunterschied in einem einzelnen Abschnitt des Osmosesystems mehr als das Doppelte des Druckunterschieds zu Beginn des Betriebs des Systems beträgt. ②Die Wassermenge, die das Umkehrosmose-System erzeugt, ist um mehr als 30 % zurückgegangen. ③Das Gewicht eines einzelnen RO-Membrankomponenten liegt um mehr als 3 Kilogramm über dem Normalwert. ④Das Aufbereitungssystem durch Umkehrosmose kann durch eine Online-Reinigung nicht wiederhergestellt werden. Reverse-Osmose-Membranen – Offline-Reinigung der Reverse-Osmose-Membranen
2. Eigenschaften der Offline-Reinigung
Bei der Online-Reinigung ist die gezielte Behandlung der Membranen an verschiedenen Stellen schwierig. Da in einer Membranhülle in der Regel nicht nur ein einziger Membrankomponente vorhanden ist, unterscheidet sich auch der Grad der Verschmutzung dieser Komponenten voneinander. Wenn man zur Reinigung von Membranen mit unterschiedlichem Verschmutzungsgrad dasselbe Reinigungsmittel verwendet, führt das unweigerlich dazu, dass einige Membranen übermäßig gereinigt werden, während andere wiederum unzureichend gereinigt werden. Dadurch ist die Reinigungswirkung schlecht, und es entsteht außerdem leicht eine Kreuzkontamination. Osmosemembran, Offline-Reinigung der Osmosemembran. Aufgrund der oben genannten Gründe kann während des Reinigungsprozesses stets der Zustand der RO-Membran überwacht werden, wodurch die Intensität der Reinigung entsprechend den tatsächlichen Bedingungen festgelegt werden kann. Durch die Analyse der Hauptbestandteile der Verunreinigungen im Reinigungsmittel werden die Verunreinigungen des Systems ermittelt, und es werden entsprechende Anpassungsvorschläge für das System gegeben, um die Lebensdauer des Kunden-Systems zu verlängern.
Anmerkung 3: In der Reinigungsflüssigkeit sollten Kationen-Surfaktante vermieden werden, da deren Verwendung zu einer irreversiblen Verschmutzung der Membranen führen kann. 1. Verunreinigungen der Umkehrosmosemembrankomponenten Nach einer gewissen Zeit des normalen Betriebs können die Umkehrosmosemembrankomponenten durch in dem Zulaufwasser vorhandene suspendierte Stoffe oder unlösliche Stoffe verunreinigt werden. Zu den häufigsten dieser Verunreinigungen gehören Kalziumcarbonat-Ablagerungen, Kalziumsulfat-Ablagerungen, Metalloxid-Ablagerungen, Siliziumablagerungen sowie organische oder biologische Ablagerungen. Die Eigenschaften der Schadstoffe sowie die Geschwindigkeit der Verschmutzung hängen von den Bedingungen des Zuleitwassers ab. Die Verschmutzung entwickelt sich allmählich; wenn nicht frühzeitig Maßnahmen ergriffen werden, kann die Verschmutzung in relativ kurzer Zeit die Leistungsfähigkeit der Membrankomponenten beeinträchtigen. Die regelmäßige Überprüfung der Gesamtleistung des Systems ist eine gute Methode, um festzustellen, ob die Membrankomponenten verschmutzt sind. Verschiedene Schadstoffe können die Leistung der Membrankomponenten in unterschiedlichem Maße beeinträchtigen. Tabelle 1 listet die Auswirkungen häufig vorkommender Schadstoffe auf die Leistung der Membranen auf. 2. Entfernung von Schadstoffen Die Entfernung von Schadstoffen kann durch chemische Reinigung sowie physikalisches Spülen erreicht werden. Manchmal ist es auch möglich, dies durch die Anpassung der Betriebsbedingungen zu bewirken. Als allgemeines Prinzip gilt: Eine Reinigung sollte durchgeführt werden, wenn einer der folgenden Fallstricke eintritt. 2.1 Unter normaler Druckbedingung sinkt der Wasserdurchfluss des Produkts auf 10–15 % des Normalwerts. 2.2 Um einen normalen Wasserdurchfluss des Produkts aufrechtzuerhalten, wurde der temperaturkorrigierte Zuleitungsdruck um 10 bis 15 % erhöht. 2.3 Die Qualität des Produktwassers nimmt um 10 bis 15 % ab. Die Salzdurchlässigkeit steigt um 10 bis 15 %. 2.4 Durch die Erhöhung des Drucks um 10–15 % nimmt der Druckunterschied zwischen den verschiedenen Abschnitten der RO-Anlage deutlich zu (es gibt vermutlich keine Geräte, mit denen dieser Effekt überwacht werden kann). 3. Häufige Verunreinigungen und Methoden zur Beseitigung: 3.1 Kalziumkarbonat-Ablagerungen Wenn das System zur Zugabe von Entkalkungsmitteln versagt oder das Säuresystem nicht richtig funktioniert, kann dies dazu führen, dass der pH-Wert des Wassers ansteigt. In solchen Fällen kann Kalziumkarbonat abgelagern. Es ist wichtig, die Entstehung solcher Ablagerungen frühzeitig zu erkennen, um zu verhindern, dass die wachsenden Kristalle die Membranoberfläche beschädigen. Wenn Kalziumkarbonat-Ablagerungen frühzeitig entdeckt werden, können diese durch die Senkung des pH-Werts des Wassers auf einen Wert zwischen 3,0 und 5,0 über einen Zeitraum von 1 bis 2 Stunden beseitigt werden. Bei Kalkablagerungen, die über einen längeren Zeitraum vorhanden sind, sollte eine Reinigung mit Zitronensäurelösung durchgeführt werden – entweder durch wiederholte Spülvorgänge oder durch Einweichen über Nacht. Hinweis: Es muss sichergestellt werden, dass der pH-Wert jeder Reinigungslösung nicht unter 2,0 liegt. Andernfalls kann dies Schäden an den RO-Membrankomponenten verursachen – insbesondere bei höheren Temperaturen ist darauf zu achten. Der maximale pH-Wert sollte außerdem nicht über 11,0 liegen. Ammoniak wird verwendet, um den pH-Wert zu erhöhen, während Schwefelsäure oder Salzsäure zum Senken des pH-Werts eingesetzt werden. 3.2 Reinigungslösung für Kalziumsulfat-Ablagerungen 2 (siehe „Oberflächenbehandlung“): Dies ist die beste Methode, um Kalziumsulfat-Ablagerungen von der Oberfläche der Umkehrosmosemembran zu entfernen. 3.3 Metalloxid-Ablagerungen können mit den oben beschriebenen Methoden zur Beseitigung von Kalziumcarbonat-Ablagerungen leicht entfernt werden. Auch Hydroxid-Ablagerungen (zum Beispiel Eisenhydroxid) lassen sich auf diese Weise leicht beseitigen. 3.4 Silikatablagerungen: Bei Silikatablagerungen, die nicht mit Metalloxiden oder organischen Stoffen zusammen vorkommen, können sie in der Regel nur durch spezielle Reinigungsmethoden beseitigt werden. Für detaillierte Informationen wenden Sie sich bitte an die Firma Hydron. 3.5 Organische Ablagerungen: Organische Ablagerungen (zum Beispiel mikrobielles Schlamm oder Schimmel) können mit Reinigungsmittel 3 beseitigt werden. Um eine erneute Vermehrung zu verhindern, kann eine vom Unternehmen Hydronic zertifizierte Desinfektionslösung im System zirkuliert bzw. verwendet werden. In der Regel ist eine längere Einwirkzeit erforderlich, damit die Desinfektion wirksam ist. Wenn das Umkehrosmosegerät drei Tage lang nicht in Betrieb ist, ist es ratsam, es zu desinfizieren. Bitte konsultieren Sie das Unternehmen Hydronic, um den geeigneten Desinfektionsstoff zu ermitteln. 3.6 Reinigungsmittel Bei der Reinigung der Reverse-Osmose-Membrankomponenten wird empfohlen, die in Tabelle 2 aufgeführten Reinigungsmittel zu verwenden. Es ist sehr wichtig, vor der Reinigung eine chemische Analyse der Verunreinigungen durchzuführen. Eine detaillierte Auswertung der Analyseergebnisse ermöglicht es, das beste Reinigungsmittel sowie die beste Reinigungsmethode auszuwählen. Es sollten jeweils die verwendete Reinigungsmethode sowie die erzielten Ergebnisse dokumentiert werden. Dadurch kann unter den gegebenen Bedingungen die beste Reinigungsmethode gefunden werden. Für anorganische Schadstoffe wird empfohlen, Reinigungsmittel 1 zu verwenden. Für Calciumsulfat und organische Stoffe wird empfohlen, Reinigungsmittel 2 zu verwenden. Bei schwerer Verunreinigung durch organische Stoffe wird empfohlen, Reinigungsmittel 3 zu verwenden. Alle Reinigungen können bei einer maximalen Temperatur von 104 Grad Fahrenheit (40 °C) über einen Zeitraum von 60 Minuten durchgeführt werden. Die Menge der benötigten Mittel wird pro 100 Gallonen (379 Liter) berechnet. Bei der Herstellung der Reinigungslösung sollten die Chemikalien sowie das Reinigungswasser im richtigen Verhältnis zueinander hinzugefügt werden. Zur Herstellung der Lösung sollte Wasser aus der Umkehrosmose verwendet werden, das keinen freien Chlorgehalt aufweist. Das Gemisch sollte anschließend gut vermischt werden. Chemische Reinigung der Osmosemembran sowie Spülung mit Wasser ________________________________________ Bei der Reinigung wird die Reinigungsflüssigkeit unter niedrigem Druck und hohem Durchfluss auf der Hochdruckseite der Membran zirkuliert. Dabei befindet sich die Membrankomponente weiterhin in dem Druckbehälter, und es ist ein spezielles Reinigungsgerät erforderlich, um diese Aufgabe auszuführen. Allgemeine Schritte zur Reinigung der Reverse-Osmose-Membrankomponenten: 1. Mit einer Pumpe wird sauberes, klorfreies Reverse-Osmose-Wasser aus dem Reinigungsbehälter (oder einer entsprechenden Wasserquelle) in den Druckbehälter gepumpt und dort einige Minuten lang abgelassen. 2. Bereiten Sie in der Reinigungskammer eine Reinigungsflüssigkeit mit sauberem Produktwasser zu. 3. Das Reinigungsmittel soll in dem Druckbehälter für 1 Stunde oder für eine vorher festgelegte Zeit zirkulieren. Bei Druckbehältern mit einem Durchmesser von 8 oder 8,5 Zoll beträgt die Fließgeschwindigkeit 35–40 Gallonen pro Minute (133–151 Liter pro Minute). Bei Druckbehältern mit einem Durchmesser von 6 Zoll beträgt die Fließgeschwindigkeit 15–20 Gallonen pro Minute (57–76 Liter pro Minute). Bei Druckbehältern mit einem Durchmesser von 4 Zoll beträgt die Fließgeschwindigkeit 9–10 Gallonen pro Minute (34–38 Liter pro Minute).
4. Nach Abschluss der Reinigung muss das Reinigungswasser aus dem Behälter abgelassen und der Behälter gespült werden. Anschließend soll der Behälter mit sauberem Produktwasser gefüllt werden, damit weitere Spülvorgänge durchgeführt werden können. 5. Mit einer Pumpe wird das saubere, kohlendioxidfreie Produktwasser aus dem Reinigungstank (oder der entsprechenden Wasserquelle) in den Druckbehälter gepumpt und dort einige Minuten lang zurückgehalten. 6. Nach dem Spülen des Reverse-Osmose-Systems wird dieses im Betrieb belassen, während der Ablassventil für das Produktwasser geöffnet ist – bis das Produktwasser sauber ist, keine Schaumreste mehr aufweist und kein Reinigungsmittel mehr enthalten ist (in der Regel dauert das 15–30 Minuten). Tabelle 1: Eigenschaften der Verunreinigungen von Reverse-Osmose-Membranen sowie Methoden zur Beseitigung dieser Verunreinigungen
**Verunreinigungen | Allgemeine Eigenschaften | Beseitigungsmethoden**
Kalziumablagerungen (Calciumcarbonat und Calciumphosphat – treten in der Regel im zweiten Abschnitt des Systems auf): Der Desalinationssatz sinkt deutlich, der Druck im System steigt an, die Wassermenge, die das System produziert, nimmt leicht ab. Das System sollte mit Lösung 1 gereinigt werden.
Oxide (Eisen, Nickel, Kupfer usw.): Der Desalinationssatz sinkt deutlich, der Druck im System steigt stark an, die Wassermenge, die das System produziert, sinkt erheblich. Das System sollte mit Lösung 1 gereinigt werden.
Verschiedene Kolloide (Eisen, organische Stoffe sowie Silikatkolloide): Der Desalinationssatz sinkt leicht, der Druck im System steigt allmählich an, die Wassermenge, die das System produziert, nimmt allmählich ab. Das System sollte mit Lösung 2 gereinigt werden.
Calciumsulfat (tritt in der Regel im zweiten Abschnitt des Systems auf): Der Desalinationssatz sinkt deutlich, der Druck im System steigt leicht oder mäßig an, die Wassermenge, die das System produziert, sinkt leicht ab. Das System sollte mit Lösung 2 gereinigt werden. Bei schweren Verunreinigungen sollte das System mit Lösung 3 gereinigt werden.
Organische Ablagerungen: Der Desalinationssatz kann sinken, der Druck im System steigt allmählich an, die Wassermenge, die das System produziert, nimmt allmählich ab. Das System sollte mit Lösung 2 gereinigt werden. Bei schweren Verunreinigungen sollte das System mit Lösung 3 gereinigt werden.
Bakterielle Verunreinigungen: Der Desalinationssatz kann sinken, der Druck im System steigt deutlich an, die Wassermenge, die das System produziert, sinkt erheblich. Je nach Art der Verunreinigung sollte eine der drei Lösungen zur Reinigung des Systems verwendet werden.
Hinweis: Es ist notwendig, die Ursache der Verunreinigungen zu ermitteln und diese zu beseitigen. Bei Bedarf wenden Sie sich bitte an die Firma Hydranautics.
Tabelle 2: Empfohlene Reinigungslösungen
**Reinigungslösung | Bestandteile | Menge für 100 Gallonen (379 Liter) | pH-Einstellung**
1. Citronensäure + Wasser aus der Reverse-Osmose-Anlage (ohne freies Chlor): 17,0 Pfund (7,7 kg) pro 100 Gallonen (379 Liter). Der pH-Wert wird mit Ammoniak auf 3,0 eingestellt.
2. Natriumtriphosphat + Tetranatrium-EDTA + Wasser aus der Reverse-Osmose-Anlage (ohne freies Chlor): 17,0 Pfund (7,7 kg) sowie 7 Pfund (3,18 kg) pro 100 Gallonen (379 Liter). Der pH-Wert wird mit Schwefelsäure auf 10,0 eingestellt.
3. Natriumtriphosphat + Natriumdodecylbenzensulfonat + Wasser aus der Reverse-Osmose-Anlage (ohne freies Chlor): 17,0 Pfund (7,7 kg) sowie 2,13 Pfund (0,97 kg) pro 100 Gallonen (379 Liter). Der pH-Wert wird mit Schwefelsäure auf 10,0 eingestellt