Lọc màng là một lĩnh vực đang phát triển nhanh chóng trong mảng xử lý nước. Có nhiều loại máy lọc có sẵn khác nhau về một loạt kích cỡ và cấu trúc lỗ. Ngoài ra, có thể có rất nhiều ứng dụng cho những loại màng lọc khác nhau từ việc lọc vật liệu dạng hạt có kích thước tương đối lớn cho đến các hợp chất hòa tan.
Màng lọc là một lớp vật liệu bán thấm mỏng có thể phân tách chất gây ô nhiễm như một đặc tính hóa học hoặc vật lý.
Một cách phổ biến nữa để miêu tả rõ điều này: ‘Màng lọc là một lớp vật liệu mỏng, sẽ chỉ cho phép những chất nhất định đi qua nó. Chất nào sẽ đi qua màng được xác định bởi đặc tính kích cỡ và hóa học của màng và vật liệu được lọc.
Thiết kế bộ lọc thông thường
Lọc thông thường phụ thuộc vào một số cơ chế để loại bỏ vật liệu hạt và chất hòa tan từ chất cấp vào bộ lọc; những cơ chế đó là hấp thụ, lắng và lọc.
Các cơ chế đó được minh họa bằng hình bên dưới
Mặc dù lọc thông thường tạo ra chất lượng nước thành phẩm cao, nhưng khả năng kiểm soát thấp hơn 100%
Bất kể bộ lọc có hoạt động tốt như thế nào, nhưng vẫn có một số vật liệu hạt sẽ không bị kiểm soát trong bộ lọc.
Thiết kế lọc màng
Lọc màng là một rào chắn cơ học sử dụng cơ chế chỉ lọc để loại bỏ một số chất khỏi nước.
Nếu rào chắn còn nguyên, không một hạt nào lớn hơn kích thước lỗ lọc có thể đi qua bộ lọc
Điều này được minh họa bằng sơ đồ 1.2
Quá trình loại bỏ trong quy trình lọc màng vi lọc (MF) bằng cách loại trừ kích cỡ. Một ngoại lệ cho điều này được tìm thấy trong những chất phân tử lớn hơn như humic, axit fulvic. Ái lực hấp thụ với màng có thể ảnh hưởng tới sự loại bỏ những phân tử lớn hơn.
Cả lọc màng và lọc túi hoặc lọc bình đều sử dụng lọc cơ học. Có những sự khác biệt đáng kể về công nghệ.
Những hệ thống lọc màng tận dụng quy trình rửa sạch tự động để duy trì tuổi thọ của máy lọc
Hệ thống lọc màng có thể được rửa ngược và trải qua những quy trình rửa sạch khác để duy trì dòng chảy và bảo toàn tuổi thọ của máy lọc
Túi hoặc bình lọc bị bỏ đi sau khi máy lọc bị tắc vật liệu hạt
Các hệ thống màng lọc cung cấp mức độ lọc đa dạng hơn và tốt hơn nhiều
Mặc dù túi lọc và bình lọc có thể được mua với nhiều loại kích thước lỗ, kích cỡ lỗ có xu hướng lớn hơn nhiều so với những gì có thể được cung cấp bởi một hệ thống lọc màng
1920s - Bộ lọc màng lần đầu tiên được sử dụng trong môi trường phòng thí nghiệm để thực hiện phân tách
1959 - Reserve Osmosis (RO), một kiểu lọc màng đã được chứng minh lần đầu tiên tại Đại học Florida
1967 - Cơ sở RO lớn đầu tiên đã được xây dựng tại Plains, Texas
1970s - Số cơ sở lọc màng dưới 10 trên toàn thế giới
1980s - Số cơ sở lọc màng trên toàn thế giới đã tăng lên xấp xỉ 100
1990s - Số cơ sở lọc màng trên toàn thế giới tiếp tục tăng trưởng, và đã đạt gần 1,000
2003 - Có xấp xỉ gần 10,000 cơ sở lọc màng hoạt động trên toàn thế giới
Sử dụng lọc màng trong xử lý nước
Khử muối nước muối để sản xuất nước có thể uống được vẫn ưu tiên sử dụng lọc màng.
Mặc dù đây là quá trình tốn kém, nhưng nó được thực hiện ở những khu vực có nguồn nước tươi hạn chế
Lọc nước mặt hoặc nước ngầm dưới sự ảnh hưởng trực tiếp của nước mặt (GUDI) có thể được thực hiện bằng cách sử dụng những màng với các kích cỡ lỗ lớn nhất
Những màng chặt hơn (những màng có kích thước lỗ nhỏ hơn) được sử dụng cho những ứng dụng khác như làm mềm hay loại bỏ những chất gây ô nhiễm
Quá trình được sử dụng như một bước tiền xử lý trong xử lý nước
Những màng “lỏng”, những cái với kích thước lỗ lớn hơn, thường được sử dụng để xử lý nước trước khi lọc với một màng chặt hơn.
Ưu tiên sử dụng màng từ góc độ pháp lý là tuân thủ Luật Xử Lý Nước Mặt (SWTR), và những quy định con như Enhanced SWTR, Long Term 1 SWTR và Long Term 2 SWTR.
Thậm chí, những màng lỏng nhất cũng có thể sử dụng được cho ứng dụng này
Những màng từ nhiều nhà sản xuất và nhiều loại kích cỡ lỗ đã được chứng minh nhiều hơn việc loại bỏ hoàn toàn của nang Giardia và noãn bào Cryptosporidium, cũng như sản xuất nước dễ dàng tuân thủ độ đục nước thải đầu ra của SWTR.
Ngoài việc tuân thủ SWTR, máy lọc màng chặt có thể được sử dụng để loại bỏ chất tan khỏi nước. Ví dụ, màng được sử dụng để loại bỏ những thuốc diệt cỏ và/ hoặc thuốc trừ sâu ở nhiều nơi.
Có hai loại cấu trúc cơ bản có thể đã được sử dụng trong một hệ thống lọc màng
Quá trình lọc được sử dụng chỉ như quá trình xử lý
Thông thường, nguồn nước chất lượng khá cao yêu cầu màng được sử dụng chỉ giống quá trình xử lý
Quá trình lọc được xử lý cùng các quá trình xử lý khác
Màng lọc thường được sử dụng như bước lọc cuối cùng để đánh bóng nước thành phẩm, cho dù màng ‘lỏng’ đã có thể được sử dụng như một bước tiền xử lý trước khi lọc qua một màng chặt.
Trước hệ thống lọc, kết cấu đầu vào nên có những thiết bị để chống lại hoặc giảm thiểu những vật hoặc mảnh vụn lớn từ việc đi vào cùng với nước thô.
Lọc màng là một công nghệ lọc cơ học, cung cấp một rào chắn tuyệt đối cho sự di chuyển của vật liệu dang hạt, giống như bất kỳ công nghệ nào hiện có trong xử lý nước.
Để hiểu khái niệm về xử lý màng, cần phải thảo luận về khái niệm thẩm thấu.
Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên xảy ra, mô tả khuynh hướng pha loãng nước sạch với nước bẩn, khi chúng được đặt qua một màng thấm lẫn nhau.
Cuối cùng, nồng độ của những thành phần phía bên bẩn sẽ cân bằng với nồng độ các thành phần phía bên sạch của màng.
Sơ đồ 1.3 sẽ minh họa cho khái niệm này
Áp suất thẩm thấu là áp lực được tạo ra bởi sự chênh lệch nồng độ của các thành phần trên cả hai mặt của màng, và áp lực này thúc đẩy quá trình thẩm thấu.
Áp suất thẩm thấu thúc đẩy dòng chảy nước sạch sang mặt bẩn
Khi nồng độ của các thành phần trên mỗi bên của màng đạt tới trạng thái cân bằng (nơi nồng độ tương đương nhau trên cả hai mặt của màng), áp suất thẩm thấu bằng 0 và dòng chảy dừng lại.
Sơ đồ 1.4 minh họa cho khái niệm này
Thẩm thấu không phải nhu cầu từ một quan điểm xử lý nước, từ khi mục tiêu xử lý là sản xuất nước sạch, và không pha loãng nước bẩn với nước sạch.
Thẩm thấu ngược (RO) là quá trình đẩy nước từ mặt bẩn qua màng vào mặt nước sạch, trong khi để lại những thành phần không mong muốn ở phía sau màng.
Bằng cách vận hành hệ thống đối lập với khuynh hướng thông thường của nó, nước sạch có thể được sản xuất từ nước thô
Những thành phần không mong muốn sẽ bị lắng đọng trên bề mặt màng và làm tắc nó
Nếu một hệ thống lọc màng có ích, phải có cách loại bỏ vật liệu này khỏi màng, cũng như khỏi toàn bộ hệ thống
Xem xét RO
Xác định thành phần cần loạt bỏ từ nước
Phân tử cần loại bỏ càng nhỏ, thì màng cần dùng phải càng chặt
Áp suất cấp cho mặt bẩn của màng
Áp suất bổ sung này cần vượt quá áp suất thẩm thấu của hệ thống
Máy bơm thường cung cấp áp suất
Máy bơm cũng có thể khắc phục tình trạng ‘headloss’, được tạo ra khi các thành phần bám lên trên bề mặt của màng
Headloss là giảm áp suất. Nó là sự chênh lệch áp suất trên thượng nguồn và hạ nguồn của bộ lọc.
Màng lọc có thể được sử dụng trong nhiều loại ứng dụng lọc khác nhau; hầu hết chúng không liên quan đến sản xuất nước uống. Ví dụ, chúng được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất nước có độ tinh khiết cao, hoặc loại bỏ chất gây ô nhiễm từ dòng chất thải trước khi xả. Ngoài ra, màng có ứng dụng trong xử lý nước thải.
Màng lọc được sử dụng để loại bỏ những thành phần không mong muốn từ nước. Nếu những thành phần đó tan trong nước, yêu cầu những màng rất chặt; còn các thành phần là hạt, một màng lỏng hơn là phù hợp.
Bộ lọc màng được sử dụng để loại bỏ chất gây ô nhiễm vi sinh vật
Ngay cả những màng lỏng lẻo nhất cũng sẽ loại bỏ các nang Giardia và nang trứng Cryptosporidium, nhưng nếu việc loại bỏ virus được yêu cầu bên cạnh việc loại bỏ Giardia và Cryptosporidium, một màng chặt hơn một chút sẽ được sử dụng.
Bộ lọc màng được sử dụng để loại bỏ cả chất vô cơ hòa tan và dạng hạt
Vật liệu tự nhiên sẽ xác định độ chặt cần thiết để loại bỏ nó
Bộ lọc màng được sử dụng để loại bỏ những hợp chất hữu cơ
Hợp chất tự nhiên sẽ xác định chúng có thể bị loại bỏ bởi một mức độ màng lọc cụ thể hay không?
Nước mặt thường khó xử lý hơn nước ngầm, có hàm lượng hữu cơ cao sử dụng lọc màng, tới khi tăng khả năng gây bẩn của nước mặt.
Có 4 cấp độ màng lọc. Những cấp độ đó là (từ kích cỡ lỗ lớn nhất tới nhỏ nhất): vi lọc, siêu lọc, lọc nano và thẩm thấu ngược. Mỗi cấp độ có một phạm vi kích thước lỗ tương ứng và được sử dụng để loại bỏ những chất gây ô nhiễm có kích cỡ nhất định.
μm là một micron, bằng 1/1,000,000 mét, và cũng được gọi là micromet.
Hình 1.6 dưới đây thể hiện những chất gây ô nhiễm có thể có và các quá trình lọc có thể được điều chỉnh tuyến tính tương ứng với μm và Giới Hạn Trọng Lượng Phân Tử (MWCO), được biểu thị bằng Dalton. Hình này minh họa cho quy trình (hoặc quá trình), đã có thể được sử dụng để phân tách một chất gây ô nhiễm dạng hạt.
Lọc nano thường có áp suất hoạt động cao nhất trong các quá trình lọc màng khác đã được hiển thị.
Xem xét để chọn đúng màng lọc
Lưu ý những yếu tố kinh tế có thể và nhu cầu cụ thể là hai sự yếu tố chính để chọn bộ lọc.
Thực tế là một bộ lọc thẩm thấu ngược sẽ loại bỏ hết những chất gây ô nhiễm mục tiêu, đặt ra câu hỏi tại sao sẽ sử dụng bộ lọc với kích thước lỗ lớn hơn. Câu trả lời đơn giản thuộc về kinh tế.
Mặc dù một hệ thống lọc thẩm thấu ngược sẽ loại bỏ nhiều vật liệu từ nước, chúng tốn kém hơn nhiều để xây dựng và vận hành so với một cơ sở vi lọc. Từ khi một bộ vi lọc có những lỗ lớn hơn nhiều, hệ thống có thể vận hành với tốc độ dòng chảy cao hơn nhiều và ở áp suất đầu vào thấp hơn nhiều. Nhiều dòng chảy và ít áp suất cấp vào có nghĩa những cơ sở nhỏ hơn sử dụng ít năng lượng hơn để sản xuất 1 gal nước.
Nhu cầu cụ thể của cơ sở và sản phẩm của nó nên được xem xét trước khi chọn cấp độ lọc.
Để chọn cấp độ lọc phù hợp, nhà cung cấp nước phải xác định được những chất gây ô nhiễm trong nguồn nước và mức độ xử lý nước mong muốn. Ví dụ, một nguồn nước mặt chứa mức độ vừa phải của Giardia và Cryptosporidium sẽ có thể phục vụ tốt với một hệ thống vi lọc. Nếu nguồn nước duy nhất có sẵn chứa hàm lượng muối cao, một hệ thống lọc nano hoặc thẩm thấu ngược sẽ có thể được yêu cầu.
Một phương diện khác để xem xét khi thảo luận về những cấp độ lọc khác nhau là áp suất cần thiết để vận chuyển nước qua hệ thống. Những hệ thống vi lọc thông thường yêu cầu trong khoảng 15 - 40 psi để vận hành. Áp suất tăng dần qua mỗi cấp độ lọc nối tiếp. Kích cỡ lỗ bộ lọc thẩm thấu ngược có để yêu cầu giữa mức 800 - 1000 psi để vận hành.
Thông lượng là tốc độ dòng chảy qua một mô-đun lọc màng riêng, được biểu thị bằng đơn vị gallon tính bằng lưu lượng qua mỗi foot vuông diện tích bề mặt màng lọc trong một ngày.
Khi một người vận hành thảo luận về tốc độ dòng chảy, họ sẽ thường nói nhà máy sản xuất rất nhiều gallon mỗi ngày hoặc rất nhiều gallon mỗi phút. Nhưng khi thảo luận về vận hành máy lọc, thông thường thảo luận về lưu lượng tính bằng gallon mỗi phút trên mỗi foot diện tích bề mặt máy lọc (gpm/sq. ft.) Tuy nhiên, trong lọc màng, lưu lượng qua mỗi màng lọc được thảo luận tính theo gallon mỗi foot vuông diện tích bề mặt màng lọc mỗi ngày (GFD).
Một sự khác biệt khác trong cách mô tả, tốc độ dòng chảy giữa máy lọc thông thường và lọc màng, đó là người ta thường tính đến nhiệt độ của nước cấp khi thảo luận về thông lượng màng.
Nhiệt độ điều chỉnh thông lượng
Nhiệt độ điều chỉnh thông lượng được sử dụng để thảo luận về thông lượng của nước cấp ở điều kiện tiêu chuẩn. Nhiệt độ tiêu chuẩn lúc này là 20 độ C. Thuật ngữ này có ích khi so sánh hiệu suất của những nhà sản xuất màng khác nhau. Nó thường được biểu thị ở nhiệt độ 20 độ C.
Khi nước lạnh hơn, độ nhớt sẽ tăng lên.
Nhiều áp suất bị tổn thất thông qua bộ lọc khi màng lọc hoạt động ở 2 độ C hơn là ở 20 độ C với cùng một thông lượng nhất định. Nhớ rằng, diện tích bề mặt của một màng lọc không được xác định từ bên ngoài bình áp lực chứa màng, nhưng khu vực của chính màng nằm trong bình áp lực. Mỗi bình áp lực có thể bao gồm hàng trăm feet vuông diện tích bề mặt màng. Những khái niệm đó sẽ được thảo luận chi tiết trong Bài 2.
Để tính thông lượng, trước tiên tính tốc độ dòng chảy theo gallon mỗi ngày, sau đó chia cho diện tích vuông của khu vực lọc.
Tính toán thông lượng của một màng lọc nếu nó chứa 75 sq. ft. diện tích bộ lọc và vận hành trong 24 tiếng ở tốc độ dòng chảy 5 gpm. Giả sử nhiệt độ của nước là 20 độ C.
Nước cấp là nước đầu vào cho hệ thống màng lọc; nó là nước được thêm vào chính hệ thống màng.
Nước cấp có thể không phải nước trực tiếp từ nguồn
Ví dụ, nếu nước thô kém chất lượng, một số hệ thống lọc màng có thể tận dụng những bước tiền xử lý để thêm nó vào phần màng của nhà máy xử lý.
Áp suất qua màng là sự thay đổi áp suất của nước khi đi qua màng. Áp suất xuyên màng được hầu hết các nhà sản xuất gọi là TMP.
Thông lượng riêng là thông lượng của màng chia cho TMP của chính màng đó. Thông lượng cụ thể càng thấp, tổn thất áp suất qua hệ thống càng nhiều và càng tốn kém để vận hành hệ thống.
Nhiệt độ điều chỉnh thông lượng cho một hệ thống màng được tính bằng cách chia nhiệt độ điều chỉnh thông lượng của hệ thống cho TMP của màng.
Để tính thông lượng riêng, trước tiên tính thông lượng, sau đó chia thông lượng cho TMP.
Tính toán thông lượng riêng của hệ thống nếu nó chứa 75 sq. ft. diện tích bộ lọc và vận hành trong 24 tiếng với tốc độ dòng chảy là 5 gpm. Giả sử nhiệt độ nước là 20 độ C và TMP của hệ thống là 20 psi.
Chất thấm là chất lỏng từ một màng lọc. Nó được gọi là thấm do cách nước thấm qua màng.
Dòng chảy chéo có nghĩa rằng một phần nhỏ của nước cấp được phép chảy qua bề mặt của màng (chứ không phải chảy qua màng).
Dòng chảy chéo có xu hướng giúp rửa sạch bề mặt của màng, và cho phép thời gian hoạt động giữa các lần rửa ngược và làm sạch lâu hơn.
Dòng chảy chéo sử dụng nhiều năng lượng hơn một chút so với dòng chảy cụt, bởi vì một phần nước được bơm vào trong mô đun mà không qua bộ lọc
Dòng chảy chéo thường sử dụng với nước cấp có chất lượng kém hơn hoặc nếu quá trình tiền xử lý bằng bột than hoạt tính đang được sử dụng.
Dòng chảy cụt có nghĩa toàn bộ nước cấp vào màng đều đi qua bộ lọc.
Để loại bỏ bất kỳ vật liệu nào gây tắc bộ lọc, một quá trình tương tự như rửa ngược phải được tiến hành trên một màng lọc
Nhớ rằng bụi bẩn trong bộ lọc màng được gọi là áp lực xuyên màng
Dòng chảy ngược là quá trình đảo ngược dòng chảy của nước qua bộ lọc sử dụng dịch thấm (nước lọc). Dịch thấm sẽ loại bỏ vật liệu bám trên bề mặt của màng và dòng nước thải được thu gom và loại bỏ khỏi mô đun.
Quy trình này còn gọi là RF
RF không hiệu quả như quy trình rửa ngược truyền thống, được sử dụng trên những bộ lọc cát nhanh.
Với lý do này, những hệ thống lọc màng thỉnh thoảng phải trải qua một quá trình tẩy rửa hóa chất nghiêm ngặt hơn
Quá trình này sẽ được thảo luận chi tiết hơn nữa ở bài 2
Xung ngược là một quá trình tương tự đảo ngược hướng dòng chảy, nhưng được sử dụng trên những hệ thống lọc màng kiểu chìm.
Một nhà sản xuất màng khác đã thực sự sử dụng áp suất không khí để tạo áp bên trong mỗi sợi màng. Sau đó, không khí được giải phóng, làm màng nhanh chóng xẹp xuống trở lại hình dáng ban đầu của nó. Khi màng xẹp xuống, vật liệu bám trên bề mặt màng được giải phóng. Sau đó, một dòng nước cuốn những vật liệu này ra khỏi mô đun.
Tần suất và độ bền
Tần suất của quá trình RF được xác định bởi mức màng lọc được chọn, đặc điểm của màng và chất lượng nước cấp.
Tần suất RF của mỗi 20 - 30 phút phổ biến trong các thiết bị lọc màng
Những màng chặt hơn (RO và lọc Nano) thường sẽ yêu cầu nhiều tần suất RF hơn màng lỏng hơn như bộ vi lọc và siêu lọc. Đây là do màng chặt hơn đang lọc nhiều hạt hơn, do đó bị mắc kẹt vào trong bộ lọc và cần RF để loại bỏ chúng.
Độ bền của RF được xác định bằng cấp độ màng lọc được chọn, đặc điểm của màng lọc và chất lượng của nước cấp.
Khối lượng
Giống với tần suất và độ bền của quá trình RF, khối lượng được sử dụng để hoàn thành một quá trình RF, cũng được xác định bởi mức màng lọc được chọn, đặc điểm của màng lọc và chất lượng nước cấp vào.
Phần trăm phục hồi
Thông thường, trong xử lý màng đề cập đến hiệu quả của quá trình xử lý bằng cách đề cập đến phần trăm phục hồi của hệ thống.
Phần trăm phục hồi của một hệ thống màng, là phần trăm của nước cấp thực sự đi qua màng, trở nên thẩm thấu, không được sử dụng cho RF hoặc ở phương diện khác làm sạch màng.
Nó là một sự so sánh giữa lượng nước đi vào hệ thống xử lý với lượng nước được đưa đến hệ thống phân phối.
Tuy nhiên, trong một hệ thống xử lý thông thường, tiêu biểu để thảo luận về phần trăm lượng nước rửa được sử dụng.
Màng vi lọc và siêu lọc (bộ lọc lỏng hơn) có thể đạt được phần trăm phục hồi cao tới mức 99% hoặc thấp đến mức 80% hay thấp hơn nữa, phụ thuộc vào chất lượng nước và thực tế vận hành.
Bộ lọc RO và lọc Nano thường đạt được độ thu hồi thấp hơn, thỉnh thoảng thấp đến mức 60% hoặc thấp hơn nữa.
(?) Chất lượng nào xác định tỷ lệ phần trăm thu hồi trong xử lý nước?
Cô đặc hay loại bỏ là chất thải được tạo ra từ quá trình RF của một hệ thống lọc màng
Loại bỏ là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả sự giảm phần trăm nồng độ chất tan của sản phẩm nước so với nước cấp trong một quá trình lọc màng.
Air scrub (lọc không khí) hay AS, là một quá trình mà một số hệ thống màng đưa không khí vào phía cấp của mô-đun bộ lọc kết hợp với quá trình RF để nâng cao hiệu quả của RF. Không khí khuấy động bề mặt của màng và tăng cường việc loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt của màng.
Quá trình này có thể được thực hiện trong mỗi RF, hoặc ít thường xuyên hơn theo yêu cầu.
Ít nhất, màng chìm của một nhà sản xuất sử dụng một luồng không khí liên tục trong bể xử lý, để từ từ khuấy động các sợi màng để giúp loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt của màng.
Phục hồi rửa ngược là một hệ thống mà cơ sở thu hồi một số hoặc tất cả chất thải RF từ hệ thống.
Những hệ thống đó bao gồm việc lắng và lọc thông qua một hệ thống lọc túi hoặc bình hoặc thông qua bộ lọc màng khác.
Sau quá trình xử lý này, nước thu hồi nên được tái chế lại phía nước cấp của hệ thống lọc màng.
Làm sạch tại chỗ bằng hóa chất là một quy trình làm sạch để khôi phục công suất của màng tới gần công suất ban đầu của nó.
Mỗi nhà sản xuất có phương pháp riêng biệt để tiến hành CIP, nhưng có những điểm tương đồng trong quy trình.
CIP thường bao gồm việc cho phép ngâm màng trong một giải pháp hóa chất tương đối nhẹ
Giải pháp này hòa tan nhiều vật liệu, đã không thể loại bỏ bằng quá trình RF/AS và loại bỏ nó khỏi bề mặt của màng lọc
Một số nhà sản xuất đốt dung dịch tẩy rửa để gia tăng tác động của nó.
Những phương pháp thông thường cũng yêu cầu (sau khi ngâm hóa chất) rửa sạch màng, và ngâm nó trong một dung dịch xút.
Đôi khi, dung dịch làm sạch được phép lưu thông qua bộ lọc
Các dung dịch tẩy rửa này được trung hòa và bỏ đi
Tần số CIP nên được giữ ở mức tối thiểu; khoảng thời gian 30 ngày được coi là một tần số CIP chấp nhận được.
Phương pháp luận mới
Một quy trình được phát triển gần đây đã được ưa chuộng trong thế giới xử lý màng. Vì nó mới, nên chưa có sự thống nhất về thuật ngữ để đề cập đến quy trình này.
Mỗi nhà sản xuất đề cập đến nó theo những cách khác nhau, nhưng cuối cùng nó vẫn là quy trình làm sạch bằng hóa chất nhỏ. Một dung dịch những hóa chất được sử dụng để thực hiện quá trình làm sạch thông thường được trộn lẫn, có thể ở cùng nồng độ được sử dụng để tẩy rửa hóa chất thông thường hoặc có thể ở nồng độ thấp hơn. Dung dịch này có thể hoặc không bị đốt nóng. Dung dịch có thể hoặc không được làm nóng. Dung dịch tẩy rửa được bổ sung vào mô-đun màng và nó được tuần hoàn xung quanh phía cấp của màng hoặc màng chỉ được phép ngâm trong dung dịch.
Mục tiêu của CIP là để đưa màng trở về gần với trạng thái ban đầu, nhưng mục tiêu của việc làm mới này là duy trì màng ở điều kiện hiện tại và tăng khoảng thời gian giữa các lần CIP. Với lý do này, chúng tôi sẽ nhắc đến quá trình này giống như một hóa chất tẩy rửa bảo trì.
Có 4 thành phần trong hệ thống lọc màng: màng lọc, mô-đun, giá đỡ và đường ống.
Màng lọc
Màng thường khá nhỏ
Loại phổ biến nhất được sử dụng trong xử lý nước giống một ống hút rất mỏng
Màng lọc được làm bằng nhiều loại vật liệu, nhưng thường từ hợp chất hữu cơ.
Một số màng lọc làm từ những hợp chất độc quyền.
Mô-đun
Hàng ngàn màng lọc được tập hợp cùng nhau và được đặt trong một bình
Bình thường là mô hình bình chịu áp lực
Bình thường làm từ PVC và các vật liệu tương tự
Mỗi bình áp lực chứa những màng riêng còn được gọi là mô-đun
Giá đỡ
Một số mô-đun được đặt trên giá đỡ màng lọc
Giá đỡ đưa nước đầu vào, thu hồi nước thải, và phân phối hóa chất RF, AS, CIP
Một hệ thống lọc màng bao gồm một hoặc nhiều giá đỡ
Giá đỡ riêng có thể đủ cho dòng chảy thấp
Cần nhiều giá đỡ cho dòng chảy cao hơn
Hệ thống đường ống
Đường ống nước cấp và nước thải có thể được làm từ bất kỳ vật liệu nào, trừ khi đường ống đo cũng được sử dụng để mang hóa chất đến và ra khỏi giá đỡ.
Trong trường hợp vận chuyển hóa chất, vật liệu đường ống nền phù hợp với hóa chất được vận chuyển
Những nhà máy lọc màng yêu cầu phải có đường dẫn không khí để cung cấp không khí cần thiết để thực hiện quá trình AS
Sắt không gỉ thường được sử dụng cho đường ống không khí
Điều quan trọng là phải xem khả năng chịu đựng hóa chất của màng lọc
Không phải tất cả màng lọc đều có khả năng chống lại tất cả hóa chất có thể có trong nước cấp
Clo từ nước cấp clo có thể phá hủy màng lọc
Những hóa chất hữu cơ, chẳng hạn dung môi trong nước cấp có thể làm hỏng màng lọc
Độ pH có tính axit hoặc cơ bản có thể phá hoại những màng lọc nhất định; nếu những kiểu màng lọc đó được sử dụng, nhớ xác nhận nước cấp và quy trình CIP sẽ không gây hại cho sản phẩm.
Một số dạng màng lọc có sẵn: sợi rỗng, xoắn ốc, gốm và màng EDR
Sợi rỗng
Màng sợi rỗng rất phổ biến
Cấu trúc này chủ yếu được sử dụng cho màng vi lọc và siêu lọc
Màng sợi rỗng giống một ống hút mỏng, có lỗ ở một bên và ở một đầu
Phần hở ở giữa ống được gọi là lòng ống
Những lỗ dọc theo bên là những lỗ rỗng, mà nước đi qua trong quá trình lọc
Lỗ ở cuối được sử dụng để phân phối nước cấp hoặc thu hồi nước thải, tùy thuộc vào dòng nước dẫn được sử dụng.
Cuốn xoắn ốc
Màng cuốn xoắn ốc được sử dụng phổ biến
Cấu trúc này chủ yếu được sử dụng cho màng lọc RO
Hai tấm tạo nên cấu trúc này
Tấm trên cùng cho phép nước cấp chảy trên nó và thấm qua sang lớp dưới cùng.
Tấm dưới cùng không thấm và được gọi là chất mang thấm.
Chất mang thấm mang chất thấm từ màng ra ngoài bộ lọc
Sự kết hợp của màng lọc và chất mang thấm tạo nên một lớp phủ
Nhiều lớp phủ tạo nên một mô-đun màng cuốn xoắn ốc
Lớp phủ được gắn vào một ống trung tâm, ống thấm
Tấm mang chất thấm mang chất thấm tới ống này.
Gốm và các loại vật liệu khác
Màng lọc có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau
Gốm là một vật liệu điển hình được sử dụng cho việc chế tạo đó
Máy lọc nước du lịch có thể sử dụng màng gốm để lọc nước
Chúng không thường thấy trong những cơ sở xử lý nước
Điện thẩm tách hay ED
ED là quá trình điều khiển bằng điện, chứ không phải quá trình điều khiển bằng áp suất thường thấy
Lực tĩnh điện chỉ di chuyển ion và nước được liên kết tới màng, chứ không phải toàn bộ giải pháp như lúc xảy ra trong một hệ thống điều khiển bằng áp suất
ED được sử dụng để khử muối và khử ion của nước trong công nghiệp, nó không được sử dụng rộng rãi để xử lý nước uống
Hệ thống xử lý lọc màng được điều khiển bằng áp suất hoặc chân không. Có một số sự khác biệt đáng kể giữa chúng.
Sợi rỗng
Hai đường dẫn dòng chảy có thể có sẵn cho màng sợi rỗng:
Nếu nước cấp được đưa vào bên trong sợi và cho phép dòng chảy đi qua màng vào bên trong, nó được gọi là dòng chảy từ trong ra ngoài.
Nếu nước cấp được bổ sung từ bên ngoài của sợi rỗng, và dòng chảy đi qua màng vào bên trong, nó được gọi là dòng chảy từ ngoài vào trong.
Không có sự khác biệt đáng kể nào về hiệu suất của hai loại đường dẫn dòng chảy này.
Khi tính toán tốc độ dòng chảy thông qua một hệ thống lọc màng sợi rỗng, điều quan trọng là phải biết đường dẫn của dòng chảy qua sợi rỗng. Tốc độ dòng chảy được tính bằng cách chia lưu lượng cho diện tích bề mặt của màng. Trong trường hợp đường dẫn dòng chảy từ trong ra ngoài, đường kính trong của sợi rỗng được sử dụng để tính toán. Trong trường hợp đường dẫn dòng chảy từ ngoài vào trong, đường kính ngoài của sợi được sử dụng để tính toán diện tích bề mặt của sợi rỗng.
Cuốn xoắn ốc
Nước cấp không được dẫn vào ống thấm, vãn ở phía cấp của màng lọc và di chuyển tới đầu kia của mô-đun màng lọc.
Dòng này được gọi là cô đặc
Màng cuốn xoắn ốc có xu hướng kém hiệu quả hơn màng sợi rỗng.
Để tăng hiệu quả, chúng sử dụng một số đường dẫn dòng chảy khác nhau.
Trong một số trường hợp, chất cô đặc được tái chế trở lại phía cấp của màng lọc và cho phép đi qua màng lần nữa. Đây là một hệ thống đi qua nhiều lần.
Phổ biến hơn, một số màng cuốn xoắn ốc được sắp xếp trong một mảng màng. Mảng hoạt động bằng cách lấy chất cô đặc từ mảng đầu và cho nó đi qua các thành phần hạng hai.
Các thành phần hạng hai trong mảng hoạt động ở tốc độ thông lượng thấp hơn nhiều so với thành phần chính.
Các mảng thường được sắp xếp theo cấu trúc được gọi là 2 x 3 (có nghĩa 2 thành phần chính và 3 thành phần hạng hai) hoặc 2 x 2 x 1 (2 thành phần chính, 2 thành phần hạng hai và 1 thành phần hạng ba).
Bằng cách cho chất cô đặc đi qua nhiều thành phần, sự phục hồi của hệ thống cuốn xoắn ốc có thể được cải thiện đáng kể.
Không phải tất cả những nguồn nước đều phù hợp để xử lý bằng cách sử dụng lọc màng. Trong một số trường hợp, tiền xử lý nguồn nước có thể cải thiện chất lượng hợp lý để cho phép sử dụng lọc màng.
Tiền xử lý có thể là một bước tiền lọc để loại bỏ vật chất hạt, hoặc nó có thể là một số loại hóa chất xử lý để loại bỏ hoặc thay đổi các chất, có thể được phân phối để gây bám bẩn màng. Chất chống đóng cặn hoặc bổ sung axit có thể được sử dụng.
Chỉ số mật độ bùn được sử dụng để ước tính sự bám bẩn của màng.
Thiết lập nhu cầu tiền xử lý
Sử dụng 3 điểm này để thiết lập nhu cầu tiền xử lý
Xem xét hồ sơ lịch sử dữ liệu chất lượng nước cấp
Kiểm tra, đánh giá quy mô thí điểm nước cấp
Ghi nhớ mục tiêu về chất lượng nước sử dụng
(?) Nếu một nguồn nước có độ cứng cao, độ đục cao và mong muốn làm mềm nước, những tính năng tiền xử lý nào có thể phù hợp?
Phương pháp tiền xử lý
4 kiểu tiền xử lý có sẵn làm cho nước phù hợp với quá trình lọc màng: lọc nước; làm sạch; xử lý hóa chất và sự kết hợp một hoặc nhiều phương pháp trên.
Lọc nước
Hầu như 100% tất cả hệ thống lọc màng đều sử dụng một số loại tiền lọc trong quy trình
Tiền lọc có thể được thực hiện bởi bộ lọc túi hoặc lọc bình, strainer hoặc bộ lọc màng lỏng khác.
Trong những hệ thống lớn, nơi có quá nhiều bộ lọc sẽ được thay thế thường xuyên, thì strainer là một sự thay thế khả thi.
Strainer có sẵn nhiều loại kích thước mắt lưới khác nhau
Nhiều strainer tự động rửa ngược chính nó khi cần thiết trong quá trình vận hành.
Sử dụng màng lỏng hơn trước khi sử dụng màng chặt hơn thường được thực hiện trong các hệ thống RO.
Nguồn nước được vi lọc hoặc siêu lọc trước khi trải qua lọc Nano cho RO. Sự sắp xếp này được gọi là một quá trình màng tích hợp.
Làm sạch
Sự làm sạch có thể được thực hiện với hoặc ngoại trừ sử dụng hóa chất
Quá trình làm sạch đơn giản sẽ bao gồm một thùng nước thô.
Một quy trình phức tạp hơn có thể liên quan tới việc sử dụng một quá trình làm sạch tốc độ cao.
Mục tiêu của quá trình làm sạch là để giảm tải và khả năng gây bẩn của nước cho màng lọc. Vì vậy điều quan trọng là chính quá trình làm sạch không suy giảm chất lượng nước cấp.
(?) Một nguồn nước được đặt trong một bể chứa để làm giảm độ đục. Điều này có thể có ảnh hưởng gì đến chất lượng nước cấp khi nó áp dụng quá trình lọc màng.
(?) Một cơ sở sử dụng một quá trình làm sạch tốc độ cao, tận dụng polyme để gia tăng khả năng lắng. Điều này có thể có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình lọc màng không?
Xử lý hóa chất
Có 3 phương pháp xử lý hóa chất phổ biến bao gồm: bổ sung chất oxy hóa, bổ sung chất đông tụ và bổ sung than hoạt tính dạng bột
Bổ sung chất oxy hóa
Bổ sung chất oxy hóa có thể oxy hóa chất tan từ nước cấp và cải thiện việc loại bỏ của nó trên bộ lọc.
Nó cũng có thể phá hủy bất kỳ loại tảo nào có thể có trong nước cấp
Nó có thể phá hủy những hóa chất tổng hợp gây hại, có thể không bị loại bỏ bởi màng lọc
Bổ sung chất đông tụ
Một số chất như chất keo mịn hay đất sét, có thể không bị loại bỏ hết bởi màng lỏng nhất hoặc chúng có thể thâm nhập qua lỗ của màng và trở nên khó bị loại bỏ.
Chất đông tụ khuyến khích các chất đó thành những hạt dạng lớn hơn có thể dễ dàng bị loại bỏ hơn khỏi bề mặt của màng
Tuy nhiên chất đông tụ có thể làm bộ lọc trở nên bị tắc nghẽn nhanh chóng hơn trong quá trình lọc mà không bổ sung chất đông tụ (làm đông)
Một đánh giá kỹ lưỡng về phương pháp xử lý - ưu và nhược điểm - nên được hoàn thành trước khi thực hiện
Bổ sung than hoạt tính carbon dạng bột (PAC)
PAC khá hiệu quả trong việc hấp thu hợp chất hữu cơ từ nước
PAC có thể bổ sung trước bộ lọc để hấp thụ hóa chất hữu cơ vị và mùi; chính PAC sau đó sẽ được loại bỏ trên bề mặt của màng trong quá trình lọc
Lưu ý rằng việc bổ sung PAC có thể sẽ làm giảm tốc độ thông lượng và tăng TMP của hệ thống
Giống như trong bất kỳ quá trình xử lý nào khác đang được xem xét, hạn ché của hệ thống này phải được xem xét khi kiểm tra tính khả thi của việc sử dụng màng lọc.
Áp suất
Những bình áp lực trong một hệ thống điều khiển áp suất có một áp suất đầu vào tối đa cho phép, thường cao hơn bất kỳ áp suất nào khác, thường được thấy trong một nhà máy nước, nhưng vẫn nên là một yếu tố để xem xét
Các bộ lọc màng có thể có một công suất áp suất giới hạn, mà trên đó việc phá hủy màng lọc sẽ xảy ra
Compaction, compression và sự cô đặc của màng lọc là kết quả của việc tiếp xúc với áp suất theo thời gian, sẽ giảm tốc độ của dòng chảy đi qua màng.
Thông lượng
Nếu cần nhiều thông lượng hơn mức thông lượng tối đa cho phép của một bộ lọc màng, phải bổ sung nhiều màng hơn.
Điều này làm tăng chi phí của hệ thống lọc màng
Tại một số điểm, chi phí có thể tăng tới mức có thể không khả thi về mặt kinh tế đối với việc sử dụng xử lý màng.
Khả năng chống chịu hóa chất
Nếu clo và hóa chất hoặc dung môi hữu cơ phá hủy một số màng, không thể bị loại bỏ trước khi tiếp cận với màng, loại màng khác hoặc loại xử lý khác nên được xem xét.
Một hệ thống lọc màng có hệ thống điều khiển, có thể thực hiện và tiến hành 5 quá trình: bảo trì thông lượng; RF; hóa chất tẩy rửa bảo dưỡng; bảo trì dòng chảy chéo; và kiểm tra tính toàn vẹn của màng.
Bảo trì thông lượng
Tốc độ thông lượng yêu cầu phải được thiết lập, sau đó thông tin đó được nhập vào trong hệ thống vận hành. Hệ thống lọc màng có thể duy trì một tốc độ thông lượng trong quá trình hoạt động thông thường.
Tốc độ thông lượng có thể đạt được bằng một bộ lọc màng được xác định bằng chất lượng nước cấp. Tốc độ thông lượng thiết kế của hệ thống được thiết lập thông qua việc đánh giá chất lượng nước cấp và kiểm tra thử nghiệm. Thông tin này được sử dụng để thiết kế hệ thống lọc màng.
Khi tốc độ thông lượng được xác định, thông tin này được lập trình trong bộ điều khiển logic của hệ thống màng. Sau đó, hệ thống màng sẽ vận hành giá đỡ màng ở tốc độ cần thiết để duy trì sản lượng nhà máy yêu cầu.
Trách nhiệm của người vận hành là để xác nhận rằng hệ thống điều khiển hoạt đọng bình thường và sản lượng của hệ thống màng đó đủ để đáp ứng yêu cầu của hệ thống. Người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ thông lượng của màng khi cần thiết bằng cách thao tác với hệ thống điều khiển của hệ thống.
Dòng chảy ngược (RF)
Một trong những các giữ cho màng sạch là quá trình RF. quy trình, tần số và thời gian của quá trình RF là một số thông số của nhà sản xuất, nhưng nó phụ thuộc nhiều vào chất lượng của nước cấp.
Kiểm tra thử nghiệm sẽ giúp thiết lập tần số và thời gian của quá trình RF. Tuy nhiên, thỉnh thoảng sự điều chỉnh những thông số đó có thể là cần thiết do sự thay đổi về chất lượng nước cấp hoặc tình trạng của màng. Những thông số đó dễ dàng được điều chỉnh bằng cách sử dụng bộ điều khiển logic của hệ thống.
Một số quy trình thay đổi đối với chu kỳ RF cũng có thế được lập trình. Có thể bổ sung hoặc chỉnh sửa một chu kỳ lọc không khí hoặc tốc độ thông lượng, nhưng phụ thuộc vào mức độ tinh vi của hệ thống xử lý.
Hoá chất tẩy rửa bảo dưỡng
Phụ thuộc vào quy trình và hóa chất được sử dụng để tiến hành làm sạch, nó có thể được tiến hành một cách tự động, thường xuyên
Chất lượng nước cấp và hiệu suất của hệ thống có thể được sử dụng để xác định tần số và thời gian của quy trình này.
Dòng chảy chéo
Dòng chảy chéo có xu hướng giúp làm sạch bề mặt màng và cho phép thời gian hoạt động lâu hơn giữa rửa ngược và làm sạch màng.
Yêu cầu vận hành ở chế độ dòng chảy chéo được đánh giá từ những đánh giá về chất lượng nước cấp và kết quả thử nghiệm thí điểm.
Lượng nước đướ sử dụng cho dòng chảy chéo có thể điều chỉnh được. Phần trăm nước cấp được sử dụng có thể là nằm trong từ 1% đến 50% phụ thuộc vào chất lượng nước cấp và mức độ lọc.
Khi yêu cầu về dòng chảy chéo và phần trăm yêu cầu được thiết lập, hệ thống sẽ duy trì ở mức độ này.
Có thể thực hiện điều chỉnh tại hiện trường đối với hệ thống này và sẽ được giải quyết bằng một thay đổi về chất lượng nước cấp hoặc tiền xử lý.
Tính toàn vẹn của màng
Có một số phương pháp được sử dụng để tiến hành thử nghiệm này; chugns có thể được chia làm 2 loại:
Phương pháp trực tiếp
Một thử nghiệm giữ áp suất không khí gồm việc điều áp một phía của một mô-đun màng sợi rỗng, và sau đó xem áp suất không khí giảm xuống trong vài phút.
Nếu sợi màng trong mô-đun còn nguyên vẹn, việc giảm áp suất sẽ rất nhẹ.
Nếu một màng trong mô đun bị phá hủy, việc giảm áp suất sẽ rất rõ ràng.
Mỗi nhà sản xuất đều có một tiêu chuẩn riêng về lượng áp suất được áp dụng lên mô-đun và sự giảm áp suất có thể chấp nhận, nhưng một màng lọc nguyên vẹn sẽ giữ hầu như toàn bộ áp suất tác động lên nó.
Hầu như các hệ thống lọc màng sợi rỗng có thể tự động tiến hành thử nghiệm giữ áp suất không khí. Quy trình này được tiến hành trên toàn bộ các giá đỡ của mô-đun ở một thời điểm và có thể tìm một sợi rỗng bị phá hủy trong tất cả các mô đun trên giá đỡ. Tần suất yêu cầu thử nghiệm giữ áp suất không khí do cơ quan quản lý xác định.
Lưu ý rằng cuộc thử nghiệm này chỉ có thể được sử dụng trên màng sợi rỗng. Do cấu tạo của màng quấn xoắn ốc nên thử nghiệm giữ áp suất không khí không thể được sử dụng. Khi điều này có thể xuất hiện để ngăn cản việc sử dụng màng quấn xoắn ốc để xử lý nước mặt, phần lớn màng quấn xoắn ốc được sử dụng trong những ứng dụng lọc Nano hay RO và tất cả việc xử lý lọc Nano hoặc RO của một nguồn nước mặt phải được thực hiện trước bởi một số loại tiền xử lý. Tiền xử lý này chủ yếu đạt được bằng cách sử dụng một bộ vi lọc hoặc siêu lọc sợi rỗng.
Phương pháp gián tiếp
Kiểm tra tính toàn vẹn gián tiếp thường bao gồm bộ kiểm tra độ đục và / hoặc bộ đếm hạt trực tuyến.
Khi một màng bị tổn hại, nó sẽ bắt đầu đưa nhiều vật chất dạng hạt qua phần bị phá hủy của màng. Nếu chỉ một vài sợi màng bị tổn hại, bạn có thể không phát hiện ra việc tăng độ đục và lượng hạt, là lý do tại sao phương pháp trực tiếp quan trọng. Tuy nhiên khi sự cố màng trở nên đáng kể sự gia tăng vật liệu hạt đi qua vùng bị hỏng sẽ gây ra sự tăng về độ đục của chất thấm và số lượng hạt, chỉ ra rằng tính toàn vẹn của màng đã bị mất.
Hai chức năng thường được thực hiện qua quy trình thủ công: CIP và sửa chữa sợi màng.
Hóa chất rửa sạch tại chỗ (CIP)
Nhớ lại rằng CIP là một quy trình được sử dụng để khôi phục năng suất ban đầu của màng, còn gọi là thông lượng riêng của màng.
Thông lượng riêng bằng thông lượng của màng chia cho TMP của màng.
Mục tiêu của CIP là đưa màng trở về gần với TMP ban đầu của nó trong khi vận hành ở tốc độ thông lượng yêu cầu.
Tuy nhiên không có quá trình làm sạch hiệu quả 100%, vì vậy rất ít khả năng xảy ra việc màng sẽ trở lại tình trạng hoạt động ban đầu cho dù đã sử dụng quy trình làm sạch.
Quy trình làm sạch được hoàn thành trên toàn bộ giá đỡ của mô-đun màng cùng lúc.
Điều kiện khởi động CIP
Khoảng thời gian giữa các lần tẩy rửa hóa chất được xác định bằng chất lượng nước cấp và TMP tối đa mà tại đó hệ thống có thể được vận hành.
Tiêu chuẩn thường được sử dụng nhất là TMP
Nhớ lại rằng TMP là lượng áp suất tổn thất khi nước đi qua màng.
Tất cả các nhà sản xuất đã thiết lập TMP tối đa
Vận hành hệ thống vượt quá mức tối đa này có thể gây phá hủy màng hoặc thiết bị liên quan
Một số cơ sở có thể chọn tiến hành CIP dựa trên khoảng thời gian kể từ lần CIP gần nhất, mặc dù điều này không phổ biến.
Giải pháp làm sạch
Loại dung dịch tẩy rửa được sử dụng phụ thuộc vào vật liệu chế tạo màng và bản chất vật liệu bị loại bỏ.
Dung dịch tẩy rửa được làm từ một số hóa chất như clo, axit, bazơ, chất hoạt động bề mặt hoặc sự kết hợp của những hóa chất đó.
Nhà sản xuất chỉ định độ mạnh của những hóa chất và dung dịch được sử dụng cho CIP như
Một số nhà sản xuất có thể yêu cầu sử dụng những hóa chất độc quyền để tiến hành CIP
Phương pháp làm sạch
Nhà sản xuất sẽ cung cấp phương pháp CIP được sử dụng cho thiết bị của họ. Những phương pháp đó có thể được chỉnh sửa để nâng cao hiệu suất CIP, cho dù bất kỳ sự chỉnh sửa nào nên được nhà sản xuất chấp thuận trước khi thực hiện. Những sự thảy đổi nhẹ trong quy trình có thể phá hoại màng nghiêm trọng.
Thông thường, dung dịch tẩy rửa được làm nóng để cải thiện hiệu suất của CIP
Làm nóng dung dịch tẩy rửa có xu hướng làm tăng tốc độ phản ứng và cải thiện hiệu suất CIP.
Một số nhà sản xuất luân chuyển dung dịch tẩy rửa qua màng
Các quy trình khác yêu càu màng được phép ngâm trong dung dịch tẩy rửa để kéo dài thời gian.
Một số quy trình tận dụng sự kết hợp của ngâm và luân chuyển để tối đa hóa hiệu quả của CIP
Bất kể phương pháp nào được sử dụng, quy trình CIP có thể là một công việc khó khăn
Hiệu quả làm sạch
Người vận hành có thể xác định mức hiệu quả của quá trình CIP trong việc phục hồi thông lượng riêng ban đầu của màng như thế nào? Hiệu quả của quá trình CIP có thể được định lượng bằng cách tính toán tổn thất thông lượng riêng ban đầu của hệ thống. Tính toán này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng công thức sau:
Tổn thất thông lượng riêng ban đầu = 100 x (1 - Jsi/Jsio)
Trong đó:
Jsi = Thông lượng riêng (gfd/psi), khi hệ thống đã được khởi động lại, sau khi hoàn thành quy trình làm sạch (ban đầu), và
Jsio = Thông lượng riêng (gfd/psi), ở thời điểm ‘zero’ khi thử nghiệm màng.
Ở một số thời điểm quy trình CIP sẽ không thể khôi phục được đủ công suất ban đầu của hệ thống màng để duy trì hiệu quả hoạt động. Lúc này, việc thay thế mô-đun màng sẽ cần thiết.
Trung hòa và loại bỏ
Một số phương pháp có thể được sử dụng để loại bỏ dung dịch tẩy rửa.
Một phương pháp là để tái chế giải pháp CIP.
Dung dịch tẩy rửa có thể được tái sử dụng nhiều lần.
Như đã đề cập trước đây, làm sạch được tiến hành trên toàn bộ giá đỡ của màng tại một thời điểm.
Thông thường, tất cả các cơ sở màng sẽ có ít nhất 2 mô-đun giá đỡ, và một số cơ sở cực lớn có thể có 10 hoặc 20 giá đỡ đầy đủ các mô-đun.
Sau khi giá đỡ đầu tiên được làm sạch, dung dịch tẩy rửa có thể được cất giữ và được sử dụng để làm sạch giá đỡ khác hoặc những giá đỡ của màng.
Nếu điều này được hoàn thành, dung dịch tẩy rửa có thể cần được lọc để loại bỏ vật chất dạng hạt, mà đã bị loại bỏ khỏi giá đỡ đầu tiên.
Dung dịch tẩy rửa cũng có thể cần gia cố trước khi tái sử dụng nó.
Ví dụ, nếu một dung dịch clo được sử dụng cho CIP, một số lượng clo dư có thể tan trong lần tẩy rửa đầu tiên. Clo bổ sung sẽ cần được bổ sung vào dung dịch để trả lại lượng clo dư về mức yêu cầu trước khi bắt đầu CIP thứ hai.
Quy trình tái chế có thể được sử dụng để điều chỉnh lại dung dịch axit hoặc bazơ trước khi tái sử dụng.
Trước khi loại bỏ, chúng có thể có ích để trung hòa lượng dung dịch CIP đã sử dụng.
Mặc dù dung dịch tẩy rửa thường không phải rất nguy hiểm, chúng có thể có độ pH từ 3 trở xuống hoặc 12 trở lên hay chúng có thể bao gồm mức clo đáng kể (200 - 300 g/ml)
Nếu vậy, có thể trung hòa những hóa chất đó trước khi thải bỏ.
Trung hòa một axit có thể được thực hiện bằng một bazơ; ngược lại, một bazơ có thể được sử dụng để trung hòa một axit.
Một số hệ thống màng thực sự sử dụng cả axit và bazơ trong quá trình CIP, và cả hai dung dịch tẩy rửa đã dùng có thể được sử dụng để trung hòa lẫn nhau.
Dung dịch tẩy rửa clo đã sử dụng có thể được trung hòa với một số tác nhân khử clo bất kỳ.
Sau khi trung hòa, dung dịch CIP đã sử dụng cần được loại bỏ.
Phương pháp tốt nhất để loại bỏ dung dịch này sẽ là một nơi riêng biệt.
Nếu có một đường ống cống rãnh có sẵn và nhà máy nước thải có thể chấp nhận, việc xử lý một hệ thống cống rãnh là một lựa chọn. Điều này có thể là một lựa chọn xử lý ít tốn kém nhất.
Nếu không có một đường ống cống rãnh có sẵn, việc kéo dung dịch CIP đã sử dụng tới một nhà máy xử lý nước thải (WWTP) có thể là một lựa chọn.
Tệ nhất, nước thải có thể bị đưa đến bãi rác mà người ta chấp nhận nó.
Sửa chữa màng lọc
Sửa chữa màng lọc là loại quy trình thủ công thứ hai. 3 bước cần để thực hiện việc sửa chữa này là: xác định vị trí mô-đun bị tổn hại; tìm sợi màng bị phá hủy; và sửa chữa sợi màng.
Xác định vị trí mô-đun bị tổn hại
Như đã thảo luận trước đây, những cuộc thử nghiệm tính toàn vẹn trực tuyến quét toàn bộ giá đỡ để tìm sợi màng bị tổn hại.
Hệ thống điều khiển sẽ tự động đưa toàn bộ giá đỡ ngoại tuyến, khi giá đỡ thất bại thử nghiệm tính toàn vẹn.
Đó là việc của người vận hành để tìm ra mô-đun trên giá có sợi bị hỏng.
May mắn thay, hầu hết các nhà sản xuất đã cung cấp một số loại thiết bị “tattle-tale” để chỉ ra mô-đun nào trên giá có chứa sợi màng bị hỏng.
Nếu không có “tattle-tale” có thể cần tắt van từng mô-đun riêng trên giá và tiến hành lại thử nghiệm tính toàn vẹn cho tới khi xác định được mô-đun bị tổn thương.
Tìm sợi màng bị hỏng
Bước đầu tiên là làm khô mô-đun
Tháo mô-đun khỏi giá
Đặt nó trong một cái giá hoặc thiết bị khác để hỗ trợ mô-đun. (Một số nhà sản xuất cung cấp các bàn thử nghiệm mô-đun với thiết bị của họ).
Một trong những nắp đầu của mô-đun được tháo ra, và mô-đun được điều áp với không khí.
Sau đó, người vận hành có thể nhận ra đầu của mô-đun, nơi sợi màng được gắn vào mô-đun.
Tại thời điểm này, sợi màng sẽ được nhìn thấy rõ ràng; đó là cái mà nước và không khi đang phun ra.
Người vận hành có thể đánh dấu vị trí của sợi màng bị hỏng
Nhớ rằng, có thể có nhiều hơn một sợi màng bị hỏng trong mô-đun và điều đó phụ thuộc vào loại mô-đun, các đầu của mô-đun có thể cần được nhận ra.
Sửa chữa sợi màng
Sợi màng thực sự không được sửa chữa, vì thế không có nước chảy qua nó.
Sợi màng đơn giản thực sự là bị loại bỏ khỏi việc sử dụng.
Phương pháp sửa chữa thay đổi từ nhà sản xuất này sang nhà sản xuất khác, nhưng tất cả chúng đều bao gồm việc cắm những sợi bị hỏng với một số loại pin và dán chúng vào vị trí. Quá trình này lặp đi lặp lại tới khi tất cả những sợi màng được cắm
Thay thế màng
Quá trình RF và CIP không hiệu quả 100%
Thậm chí những vật liệu không thể tháo rời đủ sẽ tích lũy trên màng, do đó nó không thể hoạt động ở tốc độ thông lượng yêu cầu. Màng được coi như lỗi không thể phục hồi, và nó phải được thay thế.
Phụ kiện đầu vào và đầu ra được tháo bỏ.
Mọi sự hỗ trợ hoặc kết nối được tháo bỏ.
Sau đó, mô-đun được tháo bỏ từ giá.
Đảo ngược quá trình tháo gỡ để cài đặt mô-đun mới.
Trước khi đưa mô-đun vào sử dụng, cần làm ướt và rửa sạch màng.
Tốc độ thông lượng mục tiêu sẽ được thiết lập trước khi khởi động hệ thống
Trong quá trình khởi động, tốc độ thông lượng sẽ có thể được tăng tới thông lượng mục tiêu hơn là lúc bắt đầu ở tốc độ mục tiêu.
Quá trình tăng này có thể mất vài ngày hoặc vài tuần để hoàn tất.
Tương tự, trong quá trình khởi động, những giá đỡ riêng sẽ được khởi động từng cái riêng, chứ không phải tất cả cùng lúc.
Lọc để loại bỏ chất thấm là cần thiết trong khi khởi động nhà máy.
Điều này sẽ loại bỏ bất kỳ chất bảo quản còn lại, có thể được sử dụng trên mô-đun để vận chuyển và sẽ thải bỏ mọi chất không liên quan bị bỏ lại trong quá trình sản xuất.
Sau khi khởi động hệ thống, các chu kỳ lọc chất thải sẽ được yêu cầu sau khi thay thế CIP hoặc mô-đun.
Không cần những chu kỳ lọc để sau RF trong những hệ thống màng.
Thông lượng
Hệ thống điều khiển sẽ duy trì thông lượng yêu cầu qua màng
Anh/chị cũng nên đánh giá lịch sử dữ liệu vận hành từ một số ngày trước đó.
Hệ thống điều khiển hoạt động bằng cách sử dụng tín hiệu từ đồng hồ lưu lượng, để chỉ ra nhu cầu tăng hoặc giảm tốc độ bơm hay vị trí van để duy trì lưu lượng yêu cầu qua đồng hồ.
Do đó, thông tin được hiển thị bởi hệ thống điều khiển chỉ chính xác khi nó đang nhận luồng đọc.
Điều quan trọng là duy trì và hiệu chỉnh đồng hồ lưu lượng. Tần suất cho những nhiệm vụ này sẽ được thảo luận trong phần sau.
TMP
TMP của mô-đun màng hoặc giá đỡ của mô đun nên được giám sát chặt chẽ bởi người vận hành; hệ thống TMP có thể là thông số quan trọng nhất được sử dụng để giám sát sự hoạt động của hệ thống.
Tăng dần dần TMP là bình thường và thường chỉ ra rằng hệ thống đang hoạt động có thể chấp nhận được.
Ở mặt khác, nếu những hệ thống TMP chỉ ra một sự tăng nhanh đột ngột, nó có thể cảnh báo người vận hành những vấn đề về chất lượng nước cấp hoặc hệ thống tiền xử lý.
Sự giảm đột ngột trong các hệ thống TMP (không liên quan tới CIP) có thể chỉ ra lỗi của một hoặc nhiều mô-đun hoặc sự cố của hệ thống giám sát áp suất.
Độ đục
Nước cấp và độ đục của chất thấm nên được giám sát nhiều lần trong ngày.
Thay đổi về độ đục của nước cấp có thể chứng tỏ sự thay đổi về chất lượng nước cấp hoặc hệ thống tiền xử lý, có thể ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống màng.
Sự gia tăng đáng kể độ đục chất thấm có thể gây nguy hiểm cho khả năng tuân thủ các quy định SWTR của nhà máy.
Sự gia tăng đáng kể về độ đục chất thấm cũng có thể chỉ rõ một lỗi của sợi màng hoặc toàn bộ mô-đun trong hệ thống xử lý.
Số lượng hạt
Nước cấp và số lượng hạt thẩm thấu nên được giám sát ít nhất hàng ngày.
Thay đổi về số hạt nước cấp có thể chỉ ra thay đổi về chất lượng nước cấp hoặc về hệ thống xử lý, có thể ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống màng.
Sự gia tăng đáng kể về số lượng hạt thẩm thấu có thể chỉ ra một sự cố của sợi màng hoặc toàn bộ mô-đun trong hệ thống xử lý.
Clo
Màng lọc thường bị ảnh hưởng xấu bởi clo.
Dư lượng clo trong nước thành phẩm nên được giám sát nhiều lần trong ngày.
Cơ sở xử lý sẽ được yêu cầu duy trì lượng clo tối thiểu trong nước thành phẩm.
Nếu không duy trì mức tối thiểu này sẽ là một sự vi phạm quy định nước uống.
Những thay đổi đáng kể về dư lượng clo trong nước cấp có thể chỉ ra thay đổi về chất lượng nước cấp hoặc hiệu suất của hệ thống tiền xử lý.
Với những hệ thống nước mặt, nồng độ yêu cầu chất khử trùng còn dư có thể không thấp hơn 0.2 mg/l trong hơn 4 giờ trước khách hàng đầu tiên.
Một thay đổi đáng kể về dư lượng clo trong nước cấp có thể chỉ ra những vấn đề với chính những bộ lọc màng.
Thiết bị phân tích trực tuyến
Sự vận hành phù hợp của thiết bị phân tích trực tuyến nên được xác nhận ít nhất hàng tuần
Sự xác minh tốc độ dòng chảy thích hợp và sự chính xác của quá trình đọc cực kỳ quan trọng đối với hoạt động của một cơ sở xử lý nước.
Tốc độ dòng chảy được đề xuất sẽ được liệt kê trong sách hướng dẫn đi kèm với thiết bị.
Độ chính xác của kết quả đọc có thể được xác định bằng cách so sánh các kết quả của máy phân tích trực tuyến với những kết quả thu được từ một thiết bị bench-top được hiệu chỉnh.
(Còn tiếp…)
Nguồn