L'encrassement des membranes est un problème inévitable dans tous les systèmes de séparation par membrane lors d'un fonctionnement à long terme-. Cet article expliquera systématiquement les causes, les classifications et la logique de prévention et de contrôle de l'encrassement des membranes, puis expliquera comment réduire l'encrassement à sa source et simplifier le nettoyage et l'entretien en tirant parti des propriétés inhérentes des matériaux membranaires.
I. Classification des principaux composants de l'encrassement des membranes
L'encrassement de la membrane fait référence au phénomène de filtration membranaire où les microparticules, les colloïdes ou les grosses molécules de soluté dans l'eau sont adsorbées et déposées sur la surface de la membrane ou dans les pores de la membrane en raison d'effets physicochimiques ou mécaniques, entraînant une réduction ou un blocage de la taille des pores et une diminution irréversible du flux membranaire et des performances de séparation. Il convient de noter que l'encrassement de la membrane commence dès que la solution d'alimentation entre en contact avec la membrane.
L'encrassement des membranes comprend l'encrassement inorganique, l'encrassement organique et l'encrassement biologique. Dans le fonctionnement réel du système, un type d'encrassement peut être dominant, ou plusieurs types d'encrassement peuvent agir ensemble. Il est préférable d'effectuer les tests complets de composition de l'eau brute avant la mise en service du projet afin d'identifier le type d'encrassement dominant et de faire correspondre le schéma de prétraitement correspondant, réduisant ainsi la charge d'encrassement provenant de la source et prolongeant la durée de vie de la membrane.
II. Mesures de contrôle de l’encrassement des membranes
Le contrôle de l'encrassement des membranes suit principalement les mesures de contrôle qui peuvent efficacement inhiber l'accumulation d'encrassement et retarder la dégradation des performances.
(I) Prétraitement à la source
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Type de pollution |
Mesures de contrôle avant traitement |
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Pollution inorganique |
Ajustez le pH et la dureté, ajoutez des inhibiteurs de tartre et utilisez des filtres multimédias/de sécurité pour piéger les particules. |
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Pollution organique |
Coagulation et floculation, adsorption sur charbon actif et interception précoce de matière organique moléculaire de grande taille. |
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Pollution biologique |
Pré-désinfection, contrôle des nutriments azotés et phosphorés et réduction de la population microbienne influente. |
(II)Optimisation des paramètres de fonctionnement
En régulant l'état d'écoulement de la surface de la membrane à l'aide de la dynamique des fluides, le taux d'accumulation de polluants est réduit. Le flux membranaire est contrôlé de manière rationnelle et la vitesse de surface est augmentée de manière appropriée pour réduire la migration rapide des solutés vers la surface de la membrane. L'évacuation intermittente du concentré atténue la polarisation de la concentration et réduit l'adsorption et le dépôt des polluants. Un nettoyage régulier est mis en œuvre pour prolonger la durée de vie de la membrane.
(III) Processus de nettoyage
sont divisés en nettoyage physique conventionnel et nettoyage chimique en profondeur :
Le nettoyage physique conventionnel, y compris le lavage à contre-courant à l'eau et l'épuration de l'air-eau, élimine périodiquement le gâteau de filtration inorganique de surface, ce qui ne fait que retarder la pollution inorganique et ne peut pas éliminer l'adsorption organique et la boue biologique.
Nettoyage chimique régulier : Ce processus est initié périodiquement en fonction du seuil de pression différentielle. Il élimine les contaminants par des réactions chimiques, rétablissant ainsi la perméabilité de la membrane. Les contaminants et agents de nettoyage courants sont les suivants :
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Types de polluants |
Polluants spécifiques |
Agents de nettoyage |
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Substances inorganiques |
Carbonate de calcium, sels de fer et colloïdes inorganiques |
Solutions d'acide citrique, d'acide chlorhydrique ou d'acide oxalique avec un pH de 2 |
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Sulfate de baryum, sulfate de calcium et autres sels inorganiques peu solubles |
Environ 1 % de solution EDTA |
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Omatière organique |
Graisse, acide humique, colloïdes organiques, etc. |
Solution d'hydroxyde de sodium avec pH=12 |
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Graisse et autres contaminants organiques tenaces |
0,1 % à 0,5 % de dodécylsulfate de sodium, Triton X-100, etc. |
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Protéines, amidon, huile, polysaccharides, etc. |
0,5 % à 1,5 % de protéase, amylase, etc. |
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Mmicro-organisme |
bactéries, virus, etc. |
Environ 1 % de peroxyde d'hydrogène ou une solution d'hypochlorite de sodium à 50 ppm |
(IV)Optimisation du choix des matériaux de membrane
Les propriétés physicochimiques intrinsèques des matériaux membranaires déterminent le taux d'adhésion à l'encrassement, la tolérance au nettoyage et le taux de dégradation à long terme. Sous les mêmes paramètres de qualité de l'eau et de fonctionnement, les caractéristiques du matériau de la membrane déterminent directement la limite supérieure de sa résistance antifouling.
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Matériau de la membranepropriétés |
Introduction principale |
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Propriétés de l'interface de surface |
Le caractère hydrophile, le point isoélectrique et la rugosité de la surface de la membrane déterminent sa tendance à l'adsorption. Les membranes hautement hydrophiles et à faible-rugosité s'appuient sur la barrière membranaire d'eau et la répulsion électrostatique pour réduire l'adsorption des colloïdes et de la matière organique, atténuant ainsi la pollution à sa source. |
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Stabilité chimique |
la force du nettoyage chimique. Les matériaux membranaires résistants aux acides, aux alcalis et aux oxydants peuvent résister à un nettoyage chimique à pleine intensité-sans gonflement ni dommages oxydatifs. |
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Performances mécaniques structurelles |
La résistance mécanique et la densité de la membrane affectent sa résistance à l’érosion et à l’abrasion par cristallisation. Les matériaux de membrane à haute résistance- peuvent résister à une intensité de nettoyage élevée et à un débit de surface de membrane élevé, inhibant ainsi en permanence l'épaississement du gâteau de filtration. |
III. Pourquoi choisir les membranes céramiques en carbure de silicium
Les membranes céramiques en carbure de silicium sont fabriquées à partir de-poudre fine de carbure de silicium de haute pureté grâce à une technologie de recristallisation et de frittage, permettant d'atteindre des niveaux de microfiltration et d'ultrafiltration. Ils se caractérisent par un flux élevé, une résistance à la corrosion, un nettoyage facile et une longue durée de vie, et constituent actuellement le matériau de membrane doté des meilleures capacités hydrophiles et antisalissure.
(I) Excellente hydrophilie de la membrane en carbure de silicium
Les matériaux membranaires présentant une meilleure hydrophilie sont moins sujets à l'encrassement et sont plus faciles à nettoyer et à restaurer après un encrassement. De plus, sous la même pression d’entraînement, les matériaux membranaires présentant une meilleure hydrophilie ont un flux d’eau plus élevé. L'hydrophilie des matériaux membranaires est souvent mesurée par l'angle de contact. Les nanoparticules de carbure de silicium, lors de la recristallisation et du frittage, ne présentent aucun retrait ni phase liquide, formant finalement une structure de réseau poreuse et interconnectée avec une porosité supérieure à 45 %, atteignant une hydrophilie idéale avec un angle de contact avec l'eau de seulement 8 degrés.
(II) Excellente stabilité chimique de la membrane en carbure de silicium
Les membranes en carbure de silicium ont une forte résistance chimique et peuvent être utilisées pendant longtemps dans les acides et les alcalis, résolvant facilement divers problèmes de tartre.
(III) Les propriétés antifouling exceptionnelles des membranes en carbure de silicium
Les membranes en carbure de silicium sont actuellement les matériaux de membrane présentant la charge négative la plus forte, capables d'éliminer la graisse et les micro-organismes, et possédant d'excellentes propriétés antisalissure-.
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Figure - ζ-potentiel de divers matériaux de membrane céramique |
Figure - Test des eaux de surface |
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Source : Farsi, Ali. Département de chimie et de biosciences, Université d'Aalborg |
Source : Comparaison de perméabilité des membranes céramiques et polymères et encrassement utilisant les eaux de surface, 2011. Hofs et al. |
Comprendre les mécanismes d’encrassement des membranes est essentiel au fonctionnement scientifique et à la maintenance des systèmes membranaires. Nous apprécions vos commentaires sur les conditions de qualité de l’eau et les défis liés au fonctionnement des membranes dans la section commentaires. Jianmo Technology se concentre sur la R&D, la production et la fourniture de systèmes complets de membranes céramiques en carbure de silicium, fournissant un service de chaîne complet - comprenant la personnalisation des éléments de membrane, l'intégration du système et l'optimisation de l'exploitation et de la maintenance. N'hésitez pas à nous contacter à tout moment si nécessaire !