Selepas kekotoran membran, pembersihan diperlukan untuk memulihkan prestasinya. Walaupun kaedah pembersihan yang dicadangkan oleh pengeluar membran berbeza berbeza-beza, prinsip teras sebahagian besarnya adalah sama: membuang bahan cemar dari permukaan membran dan liang melalui cara fizikal, kimia dan biologi, dengan itu memulihkan fluks dan selektiviti membran. Artikel ini secara sistematik akan memperkenalkan kaedah utama dan penunjuk prestasi pembersihan membran untuk profesional rawatan air.
I. Gambaran Keseluruhan Kaedah Pembersihan Membran
Kaedah pembersihan membran secara amnya boleh dibahagikan kepada tiga kategori: pembersihan fizikal, pembersihan kimia, dan pembersihan biologi. Setiap satu mempunyai ciri tersendiri dan boleh digunakan secara individu atau gabungan.
1. Pembersihan Fizikal
Pembersihan fizikal terutamanya termasuk pencucian belakang, pembilasan hidraulik, pembersihan ultrasonik dan penyental mekanikal. Kaedah ini bergantung pada tindakan mekanikal atau hidraulik untuk membuang bahan cemar yang melekat pada permukaan membran. Ia adalah kaedah bukan-kimia, mudah dalam proses, kos rendah dan menyebabkan kerosakan minimum pada bahan membran, selalunya menjadikannya kaedah pembersihan pilihan. Kaedah pembersihan fizikal yang biasa termasuk cucian belakang,-tekanan rendah atau{5}}tinggi dan beberapa kaedah pembersihan fizikal yang kurang biasa, seperti pembersihan ultrasonik dan pembersihan medan elektrik.
Mencuci belakang melibatkan penggunaan tekanan terbalik untuk memaksa air bersih masuk ke dalam liang membran dari bahagian resapan, menanggalkan bahan cemar yang melekat pada permukaan membran dan dalam liang. Kaedah ini amat berkesan untuk membran gentian berongga, seperti ultrafiltrasi atau membran penapisan nano gentian berongga.
Curahan tekanan-rendah atau tinggi-menggunakan halaju aliran sisi untuk memberi kesan pada permukaan membran, mengeluarkan mendapan yang longgar.
Gelombang ultrasonik menjana peronggaan dalam cecair; aliran mikrojet yang dihasilkan apabila gelembung pecah memberi kesan berkesan pada permukaan membran, melonggarkan dan mengeluarkan lapisan mengotori. Kaedah ini sesuai untuk penyingkiran luar talian kotoran organik atau koloid yang melekat kuat.
Pembersihan medan elektrik menggunakan medan elektrik berdenyut pada kedua-dua hujung modul membran, menggunakan elektroosmosis dan tindak balas elektrokimia untuk membuang bahan cemar. Ini adalah teknologi penjanaan semula membran yang baru muncul.
Pembersihan fizikal mudah dikendalikan, murah dan mesra alam; walau bagaimanapun, keberkesanannya terhad untuk bahan organik pelekat kuat dan lapisan skala bukan organik. Oleh itu, ia sering digunakan bersama dengan pembersihan kimia.
2. Pembersihan Kimia Pembersihan kimia adalah perlu apabila pembersihan fizikal tidak berkesan. Pembersihan kimia adalah proses yang menggunakan agen kimia untuk melarutkan, kompleks, mengoksidakan, atau menyabunkan bahan cemar di dalam dan di luar liang membran, menyebabkan perubahan struktur atau penukaran kepada bahan larut, dengan itu memulihkan prestasi membran. Berdasarkan sifat agen yang digunakan, pembersihan kimia boleh dibahagikan kepada kategori berikut:
(1) Pencucian Asid
Pencucian asid digunakan terutamanya untuk membuang bahan pencemar skala bukan organik dan oksida logam. Ejen yang biasa digunakan termasuk asid hidroklorik, asid nitrik, asid fosforik dan asid sitrik. Asid boleh bertindak balas dengan oksida logam untuk membentuk garam larut, dengan itu mengeluarkan lapisan termendap. Sebagai contoh, asid hidroklorik secara berkesan boleh mengeluarkan skala tak organik seperti kalsium karbonat dan ferik hidroksida, manakala asid sitrik lebih lembut dan sesuai untuk sistem yang sensitif kepada bahan membran.
(2) Pencucian Beralkali
Pencucian beralkali digunakan terutamanya untuk membuang bahan cemar organik, gris dan bahan cemar protein. Ejen yang biasa digunakan termasuk NaOH, Na₂CO₃, Na₃PO₄, dan EDTA. Di bawah keadaan beralkali, bahan organik boleh disabunkan, protein didenaturasi, atau flok mikrob terurai. Sebagai contoh, larutan NaOH boleh menghilangkan bahan cemar protein dengan berkesan.
(3) Pembersihan Oksidatif
Ejen pembersih oksidatif, seperti natrium hipoklorit, hidrogen peroksida dan asid peracetic, ialah oksidan kuat yang boleh mengoksidakan bahan pencemar organik kepada molekul kecil,-larut air. Mereka mengurangkan lekatan bahan pencemar dengan memecahkan ikatan kimia mereka, kumpulan karboksil, atau kumpulan amina. Ia biasanya digunakan untuk pembasmian kuman dan penyingkiran skala membran organik, tetapi perlu diperhatikan bahawa sesetengah membran (seperti membran osmosis terbalik poliamida aromatik) sensitif kepada oksidan.
(4) Pembersihan Surfaktan
Surfaktan, seperti Triton X-100 dan natrium dodecylbenzene sulfonate (SDBS), boleh mengemulsikan gris dan protein serta menyuraikan bahan pencemar zarah. Mekanisme tindakan mereka adalah untuk mengurangkan ketegangan antara muka, menjadikan bahan pencemar lebih mudah diserap. Pembersihan surfaktan amat berkesan untuk air sisa berminyak atau sistem air sisa pemprosesan makanan.
(5) Pembersihan Mengkompleks
Agen pengkompleks yang biasa digunakan, seperti asid etilenadiaminetetraacetic (EDTA), boleh membentuk kompleks yang stabil dengan ion logam, memusnahkan struktur skala bukan organik dan dengan itu mengeluarkan mendapan logam. Ia sering digunakan dalam kombinasi dalam sistem dengan berbilang bahan pencemar (seperti Ca²⁺-skala asid organik) untuk hasil yang lebih baik. Kejayaan pembersihan kimia berkait rapat dengan kepekatan, suhu, masa, dan pH larutan pembersih. Dalam amalan, berbilang pembersihan kepekatan rendah-selalunya digunakan untuk meminimumkan kerosakan pada bahan membran.
3. Pembersihan Biologi Pembersihan biologi menggunakan tindakan biomangkin enzim atau mikroorganisma untuk mengurai bahan cemar. Sebagai contoh, protease boleh menguraikan bahan cemar protein, lipase boleh membuang gris, dan selulase boleh mengurai skala membran organik. Kelebihannya ialah ia lembut, mesra alam, tidak-toksik dan menyebabkan kerosakan minimum pada struktur membran; kelemahannya ialah kos yang lebih tinggi dan kebolehgunaan terhad, dan ia sering digunakan sebagai tambahan kepada pembersihan kimia.
II. Analisis Komprehensif dan Syor Amalan Kejuruteraan
Dari perspektif aplikasi kejuruteraan, pemilihan strategi pembersihan membran harus ditentukan secara menyeluruh berdasarkan jenis kekotoran, ciri bahan membran dan keadaan operasi sistem.
Kekotoran skala bukan organik: Pencuci asid + agen pengkompleks diutamakan;
Kekotoran organik dan biologi: Cucian alkali + surfaktan;
Pengotoran gabungan: Pembersihan kimia diikuti dengan pembersihan fizikal atau kaedah pembersihan berselang-seli;
Membran mudah teroksida: Elakkan menggunakan oksida yang kuat.
Semasa proses pembersihan, suhu harus dikawal (biasanya 25–40 darjah ) untuk meningkatkan kadar tindak balas sambil mencegah kerosakan membran. Di samping itu, perhatian harus diberikan kepada kadar peredaran dan corak aliran larutan pembersih untuk memastikan ricih berkesan agen kimia pada permukaan membran. Pembilasan menyeluruh adalah penting selepas pembersihan untuk mengelakkan pencemaran sekunder daripada agen sisa.
Ringkasan
Pembersihan membran adalah langkah penting dalam operasi stabil sistem pemisahan membran. Kaedah pembersihan yang betul bukan sahaja dapat memulihkan prestasi membran dengan berkesan tetapi juga memanjangkan jangka hayat membran dan mengurangkan kos operasi. Pembersihan fizikal adalah mudah dan menjimatkan, pembersihan kimia adalah menyeluruh dan berkesan, dan pembersihan biologi adalah mesra alam. Dengan menggabungkan ketiga-tiga kaedah ini, penyelesaian pembersihan-yang komprehensif dan kos efektif boleh dibangunkan berdasarkan ciri kekotoran. Pada masa hadapan, dengan peningkatan dalam bahan membran dan pembangunan teknologi pembersihan,-penggunaan kimia yang rendah, kawalan automatik dan pembersihan pintar akan menjadi arah arus perdana. Bagi jurutera rawatan air, menguasai mekanisme dan kaedah penilaian pembersihan membran adalah kursus penting untuk meningkatkan kebolehpercayaan dan ekonomi sistem.