Methods of chemical regeneration of polymeric membranes

• Autorzy: Suchecka T. , Grądkowski M.

Warianty tytułu

PL

Metody i sposoby chemicznej regeneracji membran polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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.

Słowa kluczowe

EN

membrane filtration; fouling; regeneration of membranes; CIP station

PL

filtracja membranowa; fouling; regeneracja membran; stacja CIP

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 2
• Strony: 183--196
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Suchecka T.

• Warsaw University of Life Science

autor

Grądkowski M.

• Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute, Radom

Bibliografia

• 1. Nanonauki i nanotechnologie. Stan i perspektywy rozwoju. A. Mazurkiewicz (ed.). Institute for Sustainable Technologies – NRI, Radom 2007, 605 p.
• 2. Kołtuniewicz A.B., Drioli E.: Membranes in Clean Technologies. Theory and Practice, Vol. 1-2, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 2008.
• 3. Jucker C., Clark M.M.: Adsorption of aquatic humic substance on hydrophobic ultrafiltration membrane. Journal of Membrane Science, 1994, vol. 97, 37–52.
• 4. Kowalik-Klimczak A., Gierycz P.: Application of pressure membrane processes for minimization of noxiousness of chromium tannery wastewater. Maintenance Problems, 2014, 1, 71–79.
• 5. Kowalik-Klimczak A.: Maintenance problems of polymeric membranes in the dairy industry. Maintenance Problems, 2016, in press.
• 6. Bodzek M., Płatkowska A.: Fouling membran półprzepuszczalnych podczas oczyszczania wody metodą ultra- i mikrofiltracji – przegląd piśmiennictwa. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2009, 12/1, 5–24.
• 7. Bodzek M., Konieczny K.: Usuwanie zanieczyszczeń nieorganicznych ze środowiska wodnego metodami membranowymi. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2011, 470.
• 8. He Z., Miller D.J., Kasemset S., Wang L., Paul D.R., Freeman B.D.: Fouling propensity of a poly(vinylidene fluoride) microfiltration membrane to several model oil/water emulsions. Journal of Membrane Science, 2016, 514, 659–670.
• 9. Shi X., Tal G., Hankins N.P., Gitis V.: Fouling and cleaning of ultrafiltration membranes: A review. Journal of Water Process Engineering, 2014, 1, 121–138.
• 10. Luo J., Ding L., Qi B., Jaffrin M.Y., Wan Y.: A two-stage ultrafiltration and nanofiltration process for recycling dairy wastewater. Bioresource Technology, 2011, 102, 7437–7442.
• 11. Corbaton-Báguena M.J., Alvarez-Blanco S., Vincent-Vela M.C.: Fouling mechanisms of ultrafiltration membranes fouled with whey model solutions. Desalination, 2015, 360, 87–96.
• 12. Zhang W., Ding L.: Investigation of membrane fouling mechanisms using blocking models in the case of shear-enhanced ultrafiltration. Separation and Purification Technology, 2015, 141, 160–169.
• 13. Piątkiewicz W.: Wybrane aspekty projektowania membranowych instalacji filtracyjnych o przepływie krzyżowym. Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB, Radom 2012, 115.
• 14. Blanpain-Avet P., Migdal J.F., Benezech T.: Chemical cleaning of a tubular ceramic microfiltration membrane fouled with a whey protein concentrate suspension – Characterization of hydraulic and chemical cleanliness. Journal of Membrane Science, 2009, vol. 285, 153–174.
• 15. Łobodzin P., Grądkowski M.: Testing microfiltration installation for aqueous operating fluid purification. Maintenance Problems, 2014, 2, 107–117.
• 16. Kowalik-Klimczak A.: Odsalanie kwaśnych roztworów chromu(III) na polimerowych membranach nanofiltracyjnych. Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska 2015, 157.
• 17. Al-Amoudi A., Lovitt R.W.: Fouling strategies and the cleaning system of NF membranes and factors affecting cleaning efficiency. Journal of Membrane Science, 2007, 303, 4–28.
• 18. Simon A., McDonald J.A., Khan S.J., Price W.E., Nghiem L.D.: Effects of caustic cleaning on pore size of nanofiltration membranes and their rejection of trace organic chemicals. Journal of Membrane Science, 2013, 447, 153–162.
• 19. Zondervan E., Roffel B.: Evaluation of different cleaning agents used for cleaning ultrafiltration membranes fouled by surface water. Journal of Membrane Science, 2007, 304, 40–49.
• 20. Weis A., Bird M.R., Nyström M.: The chemical cleaning of polymeric UF membranes fouled with spent sulphite liquor over multiple operational cycles. Journal of Membrane Science, 2003, 216, 67–79.
• 21. Liikanen R., Yli-Kuivila J., Laukkanen R.: Efficiency of various chemical cleanings for nanofiltration membrane fouled by conventionally-treated surface water. Journal of Membrane Science, 2002, 195, 265–276.
• 22. Lee S., Menachem M.: Salt cleaning of organic-fouled reverse osmosis membranes. Water Research, 2007, 41, 1134–1142.
• 23. Madaeni S.S., Samieirad S.: Chemical cleaning of reverse osmosis membrane fouled by wastewater. Desalination, 2010, 257, 80–86.
• 24. Ang W.S., Lee S., Elimelech M.: Chemical and physical aspects of cleaning of organic – fouled reverse osmosis membranes. Journal of Membrane Science, 2006, 272, 198–210.
• 25. Arguello M.A., Alvarez S., Riera F.A., Alvarez R.: Enzymatic cleaning of inorganic ultrafiltration membranes used for whey protein fractionation. Journal of Membrane Science, 2003, 216, 121–134.
• 26. Zhu H., Nystrom M.: Cleaning results characterized by flux, streaming potential and FTIR measurements. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 1998, 138 (2–3), 309.
• 27. Al-Obeidani S.K.S., Al-Hinai H., Goosen M.F.A., Salbani S., Tanigichi Y., Okamura H.: Chemical cleaning of oil contaminated polyethylene hollow fiber microfiltration membranes. Journal of Membrane Science, 2008, 307, 299–308.
• 28. Suchecka T., Szwast M., Piątkiewicz W.: Konstrukcja CIP – wybrane zagadnienia optymalizacji instalacji membranowych typu „cross flow”. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 2010, vol. 66, 195–207.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.