Methods of chemical regeneration of polymeric membranes

The study addresses problems concerning reducing the effects of fouling, accompanying cross flow filtration. Mechanisms of fouling production depend on the properties of the fluids being filtered, the characteristics of the membranes, and the conditions of the filtration processes. This mechanism relies upon the accumulation of particles and colloids, microorganisms, and salts on the surface and in the pores of the membrane. This results in a dramatic flux decline and retention of the membrane. One of the most effective and significant way to reduce fouling is by choosing an appropriate membrane and the optimal process conditions adjusted for the fluid characteristics. However, this does not solve the problem entirely. Fouling may be either reversible or irreversible. In some cases, depending on the structure of membrane, reversible fouling can be removed by backwashing. In the other cases, it is required to use chemical purification of the membranes. Its efficiency depends on the cleaning reagent activity, ionic strength, concentration, and pH, as well as temperature, pressure, time, and the flow rate of cleaning solution. The introduction of the reactants is performed in order to loosen the structure and dissolve the deposit, to maintain the foulant in the solution and to prevent its re-embedding on the membrane surface. Better results of cleaning can be achieved by improving the conditions for the transport of the reaction products from the membrane into the solution. It is mostly controlled by the flow rate of the cleaning solution, but it must also take into account the temperature and time of cleaning, which affect the mass transfer and chemical reaction. This is achieved by means of a suitably designed cleaning-in-Place (CIP). Mobile pilot installation of CIP was prepared by the Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom. It is designed to develop, verify and optimize the CIP procedures in terms of pilot and test membrane systems.

W artykule omówiono podstawowe problemy związane z usuwaniem skutków foulingu, towarzyszącego procesom filtracji membranowej techniką „cross flow”. Mechanizm powstawiania foulingu zależy od charakterystyki filtrowanej cieczy, charakterystyki membrany oraz warunków realizacji procesu filtracji i polega na akumulacji cząstek, koloidów, mikroorganizmów oraz soli na powierzchni i w porach membrany. Jego skutkiem jest zmniejszenie strumienia filtracji, a także pogorszenie charakterystyki retencyjnej membrany. Jednym z najskuteczniejszych, a zarazem kluczowych sposobów ograniczenia foulingu jest optymalne dobranie membrany i warunków procesu do charakterystyki filtrowanej cieczy. Nie rozwiązuje to jednak problemu w całości. Fouling może mieć charakter odwracalny lub nieodwracalny. W niektórych przypadkach, zależnych od rodzaju membran, fouling odwracalny może być usuwany poprzez płukanie zwrotne. W pozostałych niezbędne jest zastosowanie chemicznego oczyszczania membran. Jego efektywność zależy od sposobu działania reagenta myjącego, jego siły jonowej, stężenia oraz pH roztworu myjącego, a także temperatury, ciśnienia oraz czasu i szybkości przepływu cieczy myjącej. Wprowadzenie reagentów ma na celu rozluźnienie struktury i rozpuszczenie depozytu, utrzymanie foulanta w roztworze oraz zapobieganie ponownemu jego osadzeniu na powierzchni membrany. Usprawnienie oczyszczania można uzyskać poprzez poprawę warunków transportu masy produktów reakcji od membrany do roztworu. Najczęściej jest to kontrolowane przez prędkość przepływu kąpieli myjącej, jednakże należy brać także pod uwagę temperaturę i czas mycia, które wpływają na transport masy i szybkość reakcji chemicznych. Wymagane parametry procesu uzyskuje się dzięki zastosowaniu odpowiednio zaprojektowanej instalacji CIP. Mobilną pilotową instalację CIP opracowano w Instytucie Technologii Eksploatacji – PIB w Radomiu. Jest ona przeznaczona do opracowywania, weryfikacji i optymalizacji procedury CIP w odniesieniu do pilotowych i testowych instalacji membranowych.