Natriumhypoklorit (NaOCl) används vanligtvis som rengöringskemikalie för att avlägsna avlagringar på polyvinylidenfluorid (PVDF) baserade membran för mikro (MF)- och ultrafiltration (UF) inom dricks- och avloppsvattenrening. Denna studie indikerar att varaktigheten av rengöringsproceduren har större inverkan på förändrade membranegenskaper jämfört med koncentrationen av NaOCl-tvättlösningar.
Av: Alexander Keucken
Även om rengöringsmetoden med NaOCl är effektiv för att kontrollera och motverka igensättningar (fouling control) på PVDF-baserade membran, så kan en utökad exponering med NaOCl påverka de fysikaliska/kemiska membranegenskaperna samt medföra en nedsatt membranprestanda.
För att utvärdera dessa negativa sidoeffekter, exponerades PVDF-baserade membran för NaOCl i olika koncentrationer och under varierande tidsperioder. Därefter jämfördes membranegenskaperna av nya (oanvända) och exponerade membran med avseende på membranets kemiska sammansättning, mekaniska hållfasthet, hydrofilicitet, porstorlek, porositet och resistans.
Resultaten av denna studie tyder på att exponeringsdosen och koncentrationen av NaOCl har en avsevärd inverkan på membranegenskaper. Inverkan av NaOCl-exponering vid membrantvättar på de undersökta prestandaparametrar korrelerades mycket exakt och genomgående till en formel som baseras på Cnt (C=koncentration, t=exponeringstid) istället för Ct som vanligen används för att definiera omfattningen av exponering för rengöringskemikalier. För samtliga undersökta parametrar är effektkoefficienten n i förhållandet Cnt mindre än 1, vilket indikerar att varaktigheten av rengöringsproceduren har större inverkan på förändrade membranegenskaper jämfört med koncentrationen av NaOCl-tvättlösningar. Förändringar av membranegenskaper hänfördes till en oxidation av hydrofila tillsatser som återfinns i PVDF-blandade membran. Med andra ord borde man enligt denna studie överväga kemisk rengöring av membran med högre NaOCl-koncentrationer och mindre exponeringstid.
Artikeln
Polymerbaserade MF/UF membransystem appliceras i allt större utsträckning för storskalig dricksvattenberedning och avloppsvattenrening p g a deras förmåga att kunna avskilja många (och problematiska) föroreningar vid relativ låga driftskostnader. Världen över används PVDF som huvudmaterial vid tillverkning av polymerbaserade membran tack vare sina goda mekaniska och termiska egenskaper och den utmärkta motståndskraften mot kemikalier. Däremot är rena PVDF-membran mycket hydrofoba, vilket medför en större foulingpotential inom vattenreningsprocesser jämfört med hydrofila membranmaterial.
Av detta skäl är hydrofoba polymermembran oftas blandade eller belagda med tillsatser för att integrera hydrofila funktionella grupper i membranstrukturen, vilket leder till en ökad filtrationskapacitet. Fast rengöringskemikalier såsom NaOCl är effektiva för membranrengöring, så kan en användning över längre tidsperioder oftast leda till förändrade membranegenskaper som påverkar både prestandan (retention/fouling) och livslängden av exponerade membran. Mot denna bakgrund specificerar membrantillverkare en maximal exponering (lifetime exposure dose) som utgör en garantitid av membranfunktionen, definierad som den ackumulerade multiplikationen av koncentrationen på rengöringskemikalier (C) och tvättiden (t).
Den här studien fokuserar på en omfattande kvantifiering av effekter som påverkar membranegenskaper vid exponering med NaOCl med följande metoder:
-
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) och Nuclear Magnetic Resonance (NMR) användes för karakterisering av membranet map. dess kemiska komponenter (framförallt andelen av hydrofila tillsatser)
-
Mätning av kontaktvinkel användes för att bestämma den hydrofila beskaffenheten av membranytan.
-
Filtreringstester med renvatten (clean water permeation) användes för karakterisering av membranets inre motstandskraft.
-
Stresstester med dextran-lösningar utfördes för att kunna uppskatta membranets selektivitet.
Som framgår av tabell 2 (Illustration ej längre tillgänglig) och SEM-analyserna, så har både den synliga porositeten och den nominella porstorleken av kemikalieexponerade membran ökat. Testmembranet med 2.000.000 ppm*h (NaOCl: 3600 ppm) uppvisade bl.a. följande förändring i förhållande till referensmembranet: 100% större porositet, 33% större porstorlek.
Det svenska perspektivet
Många membrananläggningar för dricksvattenberedning och avloppsvattenrening är under uppförande och i planering. Både vid upphandlingen och sedan vid processövervakningen av fullskaleanläggningar borde man lägga tyngdpunkten på membranets livslängd med tanke på valet av rengöringskemikalier och lämpliga strategier för membranrentvätt (CEB/CIP). Även en smygande förändring av membranegenskaperna under garantitiden (inom toleransområdet) kan medföra obekväma konsekvenser (t.ex. mikrobiologisk barriärverkan) som erfordrar smarta lösningar för högupplöst monitoring av membranegenskaper under löpande drift samt fördjupande diskussioner med membrantillverkare avseende optimala driftförhållanden i ett långtidsperspektiv.
Källa: Syed Z Abdullah, Pierre R Bérubé. Assessing the effects of sodium hypochlorite exposure on the characteristics of PVDF bases membranes. Water Research 47 (2013) 5392 – 5399
Hela artikeln finns att köpa här.
