La tecnología de ósmosis inversa (RO) es ampliamente utilizada en la industria de tratamiento de agua, especialmente en la desalinización de agua de mar, purificación de agua potable y campos de tratamiento de agua industrial. La membrana de ósmosis inversa es el componente central de este proceso. Permite selectivamente que las moléculas de agua pasen mientras retienen sales disueltas, materia orgánica, coloides y otras impurezas. Sin embargo, a medida que el sistema funciona, se produce inevitablemente el ensuciamiento de la superficie de la membrana, lo que conduce a una disminución del flujo de la membrana, un mayor consumo de energía del sistema y un deterioro de la calidad del agua efluente. Para mantener la operación estable del sistema,Limpieza en línea (CIP) Se ha convertido en un método de mantenimiento eficaz.
Factores principales del ensuciamiento de la membrana
- Deposición convectiva
En un sistema de ósmosis inversa, a medida que el agua pasa a través de la membrana bajo presión, las sustancias disueltas (como sales, coloides, microorganismos, materia orgánica, etc.) y las partículas suspendidas son retenidas por la membrana. Durante este proceso, el movimiento convectivo del agua sobre la superficie de la membrana hace que estas sustancias retenidas se depositen gradualmente sobre la superficie de la membrana. Esta deposición de la sustancia causada por la convección se llama la deposición convectiva. Es la causa principal del ensuciamiento de la membrana de ósmosis inversa.
- Polarización de la concentración
La polarización de concentración se refiere al fenómeno en el que, durante el proceso de separación, la solución en el líquido de alimentación pasa a través de la membrana bajo presión, y los solutos (iones o solutos de diferentes pesos moleculares) se retienen, lo que hace que la concentración en la interfaz de membrana y solución a granel o cerca de la región de interfaz de membrana aumente. Bajo la influencia del gradiente de concentración, los solutos se difundirán desde la superficie de la membrana a la solución a granel, formando una capa límite, lo que aumenta la resistencia del fluido y la presión osmótica local, lo que conduce a una disminución en el flujo de permeación del disolvente. La polarización de la concentración acelera el ensuciamiento de la membrana. Debido a la polarización de la concentración, la concentración de soluto cerca de la superficie de la membrana aumenta rápidamente, causando un aumento en la resistencia a los fluidos de la capa límite (o presión osmótica local), lo que lleva a una disminución en la fuerza impulsora de transferencia de masa y resulta en la deposición de ensuciamiento.
- Retención de sustancias interceptadas
Las sustancias interceptadas aceleran el ensuciamiento de la membrana. Por ejemplo, en las membranas enrolladas en espiral y las membranas de lámina plana, hay una capa de malla de plástico entre los canales de alimentación, que soporta la membrana y aumenta la turbulencia, pero también causa la intercepción. Los contaminantes son bloqueados por la malla y se depositan rápidamente.
¿En qué circunstancias es necesaria la limpieza?
El sistema de ósmosis inversa debe limpiarse antes de que el ensuciamiento de la membrana se vuelva severo, ya que esto aumentará la dificultad de limpieza. La membrana de ósmosis inversa debe limpiarse inmediatamente cuando se producen las siguientes condiciones durante la operación:
- Bajo presión normal del agua de alimentación, el flujo de permeado disminuye en Mg desde el valor normal;
- Para mantener el flujo normal de permeado, la presión del agua de alimentación aumenta en Mg después de la corrección de la temperatura;
- La calidad del agua del permeado disminuye en Mg, y el paso de sal aumenta en Mg;
- El diferencial de presión entre las diferentes etapas del sistema aumenta significativamente.
¿Cómo hacer limpieza online?
La limpieza en línea es un método de limpieza de elementos de membrana sin desmontaje, que generalmente incluye los siguientes pasos:
Análisis de contaminantes
Los contaminantes comunes de la ósmosis inversa incluyen escala inorgánica, óxidos metálicos, escala insoluble en ácido, escala de sílice, etc. Para abordar eficazmente estos diferentes contaminantes, se deben emplear métodos de limpieza apropiados. Selección incorrecta de productos químicos y métodos de limpieza a veces puede exacerbar la contaminación del sistema de membrana. Por lo tanto, es necesario determinar el tipo de ensuciamiento en la superficie de la membrana antes de la limpieza. Los siguientes métodos de análisis están disponibles:
- Realice una prueba de pérdida por ignición para calcular la proporción de materia orgánica a inorgánica en los contaminantes en función del cambio de peso antes y después de la combustión, para determinar el tipo de contaminación.
- Analizar los tipos y contenidos de elementos utilizando espectroscopia de fluorescencia de rayos X (XRF) y espectroscopia de difracción de rayos X (XRD) para determinar los principales componentes de los contaminantes inorgánicos.
- Combinar la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) para caracterizar e identificar las especies químicas de los contaminantes, obteniendo así información sobre la composición orgánica de los contaminantes de membrana.
Selección de la solución de limpieza
El tipo de solución de limpieza se determina en función del análisis de contaminantes presentes antes de la limpieza. Para lograr resultados de limpieza óptimos, a veces se utiliza una combinación de diferentes agentes químicos de limpieza.
Las soluciones de limpieza ácidas se pueden usar para eliminar incrustaciones inorgánicas depositadas en la membrana de ósmosis inversa, mientras que las soluciones de limpieza alcalinas se pueden usar para eliminar la materia orgánica y los contaminantes coloidales. Los siguientes son algunos esquemas comunes de selección de agentes de limpieza química:
| Contaminantes |
Agente de limpieza químico preferido |
Condiciones de limpieza |
Solución alternativa de limpieza química |
| Escala inorgánica |
0,2% Solución HCL |
PH: 1–2; temperatura <38 °C |
2% ácido cítrico; 1% |
| Óxidos metálicos |
1% solución |
Temperatura <35 °C |
0,5% ácido fosfórico; 2% ácido cítrico |
| Escala insoluble en ácido (CaF)2, BasO4) |
0,1% NaOH + 1% Na4 EDTA (sal tetrasódica del ácido etilendiaminotetraacético) |
PH: 11–12; temperatura <30 °C |
1% hexametafosfato sódico |
| Escala de sílice |
0,1% Solución NaOH + 0, 025% Na-SDS (dodecil sulfato de sodio) |
PH: 11–12; temperatura <30 °C |
0,1% NaOH + 1% Na4 Solución de EDTA |
| Microorganismo |
0,1% NaOH + 0,025% Na-SDS |
PH: 11–12; temperatura <30 °C |
0,1% NaOH + 1% Na4 Solución de EDTA |
| Materia orgánica |
0,1% Solución NaOH + 0, 025% Na-SDS, utilizada como primer paso de limpieza |
PH: 11–12; temperatura <30 °C |
0. 2% La solución de HCL se usa generalmente como el segundo paso de limpieza después del lavado alcalino |
Cálculo del volumen de la solución limpiadora
Hay dos métodos para calcular el volumen de solución de limpieza para el sistema de ósmosis inversa:
Proceso de limpieza
La limpieza en línea se realiza con los elementos de membrana retenidos en el recipiente a presión. El equipo de limpieza generalmente incluye filtros de tanques de limpieza, bombas de circulación, manómetros, termómetros, manómetros, válvulas, puntos de muestreo y tuberías. El volumen del tanque de limpieza debe garantizar que cumpla con los requisitos de la cantidad de agua utilizada para reemplazar el agua en las mangueras de conexión, tuberías y recipientes a presión de ósmosis inversa.
- Formulación del plan de limpieza
① En este artículo, utilizamos una combinación de agentes de limpieza alcalinos y ácidos para limpiar el sistema de membrana de ósmosis inversa, que contiene CaF2 y escala inorgánica. Las soluciones de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio se utilizan para ajustar el valor de pH del disolvente de limpieza.
- Trabajos preparatorios antes de la limpieza
② Abra la válvula de entrada del dispositivo de ósmosis inversa e inyecte una cierta cantidad de permeado en el tanque de limpieza de ósmosis inversa. Inicie la bomba de circulación de ósmosis inversa para circular y limpiar la tubería de limpieza de ósmosis inversa, asegurando que la tubería esté limpia y libre de escombros.
③ Apague la bomba de circulación de ósmosis inversa, vacíe el tanque de limpieza de ósmosis inversa e inyecte el permeado de ósmosis inversa a una cierta altura (teniendo en cuenta la capacidad de toda la tubería). Encienda el calentador para calentar el agua en el tanque de limpieza a aproximadamente 40 °C.
④ Prepare soluciones de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio para ajustar el valor de pH del disolvente de limpieza. Prepare un medidor de pH, mida y registre los cambios en el valor de pH de la solución de limpieza durante el proceso de limpieza.
- Preparar la solución de limpieza alcalina
Encienda la bomba de circulación de ósmosis inversa para la circulación, agregue el agente de limpieza alcalino en el tanque de limpieza, luego agregue una cantidad adecuada de solución alcalina (NaOH) y mida el valor de pH de la solución para asegurarse de que alcance alrededor de 11.
- Limpieza alcalina de la membrana de ósmosis inversa
① Limpieza alcalina de la ósmosis reversa: Ajuste la bomba de circulación de ósmosis inversa para mantener la presión de salida en alrededor de 0.2–0.25 Mpa. Permita que el agente de limpieza alcalino de ósmosis inversa circule dentro del sistema de ósmosis inversa. Medir el valor de pH de la solución alcalina cada 10 minutos. Si disminuye, indica que los contaminantes en la superficie de la membrana están siendo disueltos por la solución de limpieza. Añadir una cantidad apropiada de solución alcalina (NaOH) para mantener el valor de pH de la solución alrededor de 11. Continúe circulando hasta que el valor de pH de la solución de limpieza ya no cambie (generalmente, debe circular durante más de 30 minutos).
② Remojo con agente de limpieza alcalino: Después de que la membrana de ósmosis inversa se haya limpiado con la solución alcalina, detenga la bomba de circulación de ósmosis inversa y cierre todas las válvulas del sistema de ósmosis inversa, permitiendo que la membrana de ósmosis inversa se empaje en la solución alcalina durante un cierto período (generalmente más de 5 horas).
③ Recirculación del agente de limpieza alcalino: Abra la válvula de entrada de limpieza del dispositivo de ósmosis inversa, la válvula de salida y la válvula de retorno del lado del permeado para permitir que el agente de limpieza alcalino fluya a través de la membrana en serie. Registre cualquier cambio en el valor de pH de la solución (típicamente recircular durante más de 1 hora).
④ Enjuague la solución alcalina a fondo: Apague la bomba de circulación de ósmosis inversa y cierre la válvula de salida. Abra la válvula de drenaje del tanque de limpieza para vaciar la solución de limpieza alcalina de ósmosis inversa. Cierre la válvula de entrada de limpieza del dispositivo de ósmosis inversa y la válvula de salida. Abra la válvula de descarga de concentrado y la válvula de drenaje lateral del permeado para vaciar el agente de limpieza alcalino del dispositivo de ósmosis inversa. Luego abra la válvula de entrada de lavado y encienda la bomba de lavado de ósmosis inversa para enjuagar el sistema de ósmosis inversa. Una vez que la conductividad del permeado de ósmosis inversa esté por debajo de 30 μs/cm, abra la válvula de entrada de limpieza de ósmosis inversa y la válvula de salida de limpieza, respectivamente, para lavar a contracorriente la tubería y el tanque de limpieza hasta que el agente de limpieza alcalino en la tubería se vacíe completamente.
- Prepare la solución de limpieza ácida
Inyecte una cierta altura de permeado de ósmosis inversa en el tanque de limpieza de ósmosis inversa. Abra la válvula de circulación de la bomba de limpieza de ósmosis inversa, inicie la bomba de circulación de ósmosis inversa para circulación, agregue una cantidad adecuada de agente de limpieza ácido y solución de ácido clorhídrico hasta que el valor de pH de la solución alcance 2,0.
- Limpieza y remojo, enjuague con solución de limpieza ácida
El proceso de lavado ácido de la membrana de ósmosis inversa es básicamente el mismo que el proceso alcalino. Durante el proceso de limpieza, el valor de pH de la solución debe probarse con frecuencia. Si el valor de pH aumenta, indica que hay depósitos neutralizantes con el agente de limpieza ácido. Es necesario añadir una cantidad apropiada de solución de ácido clorhídrico para mantener la solución de limpieza en alrededor de 2,0. Después de la limpieza, también es necesario empaparse durante más de 5 horas, y luego circular nuevamente durante 1 hora, y registrar los cambios en el valor de pH. Luego inicie todo el sistema de limpieza de ósmosis inversa para enjuagar el dispositivo de ósmosis inversa.
- Reiniciar el sistema
Después de que los componentes y el sistema se hayan estabilizado, registre los parámetros operativos después de que el sistema se reinicie.
Precauciones de limpieza en línea
- La temperatura de la solución de limpieza debe mantenerse dentro de 25–35 °C. La solución de limpieza debe prepararse con permeado de ósmosis inversa o agua desionizada, y la solución debe mezclarse uniformemente.
- Durante la limpieza, el agua residual en el recipiente a presión de ósmosis inversa y las tuberías deben drenarse, y el concentrado generado durante el proceso de limpieza debe recircularse de nuevo al tanque de solución de limpieza. Si la solución de limpieza devuelta se vuelve notablemente descolorida o turbia, se debe preparar una nueva solución de limpieza. Si el cambio de pH de la solución de limpieza recirculada excede 0,5, el pH debe reajustarse o la solución de limpieza debe reemplazarse.
- Después de completar la limpieza de acuerdo con el tiempo especificado, debe enjuagarse inmediatamente con permeado de ósmosis inversa o agua desionizada. El tiempo de enjuague es generalmente 30–60 minutos, y el agua de salida de ósmosis inversa debe drenarse. Después de confirmar que se ha completado el enjuague, es mejor ponerlo en funcionamiento normal inmediatamente. El tiempo desde la limpieza química hasta la operación no debe exceder las 24 horas.
- El personal de preparación de la solución de limpieza debe prestar atención a la seguridad, usar guantes protectores, gafas y ropa protectora, y preparar agua de emergencia y medicamentos de emergencia en el sitio.
- Los instrumentos y las válvulas de tubería no relacionados con el trabajo de limpieza deben cerrarse para garantizar un aislamiento efectivo.
