Биообрастание мембран: как отличить его от накипи и чем с ним бороться
Из всех загрязнений мембраны биообрастание — самое неприятное. Накипь можно растворить кислотой, взвесь задержать фильтром, а бактерии размножаются прямо внутри аппарата, и достаточно нескольких выживших клеток, чтобы плёнка восстановилась после промывки. Разберём, как биообрастание развивается, по каким признакам его отличают от других загрязнений и что с ним реально работает.
Как образуется биоплёнка на мембране
Бактерии есть почти в любой воде, прошедшей обычную подготовку. Попав в мембранный аппарат, часть клеток прикрепляется к поверхности мембраны и сетки-сепаратора. Прикрепившись, они начинают выделять внеклеточные полимерные вещества — вязкий матрикс из полисахаридов и белков. Он удерживает клетки на месте, защищает их и захватывает из воды частицы и органику.
Питание плёнке даёт растворённая органика исходной воды. Мембрана работает как концентратор: у её поверхности органика и биогенные элементы накапливаются, и бактерии получают больше питания, чем в самом потоке. Поэтому даже вода с невысоким содержанием органики способна поддерживать плёнку, если в ней есть легкоусвояемые соединения.
В рулонных элементах обратного осмоса плёнка чаще всего начинается во входной части первого элемента: там больше всего питания и выше скорость потока. В половолоконных модулях ультрафильтрации она покрывает поверхность волокон и частично проникает в поры.
По каким признакам его распознают
Мембранная установка сообщает о загрязнении через три величины: производительность, перепад давления и солесодержание пермеата. Сравнивать их можно только после приведения к одинаковым условиям — по температуре, давлению и составу исходной воды. У разных загрязнений картина разная:
| загрязнение | где проявляется | что растёт или падает | чем удаляется |
|---|---|---|---|
| Биообрастание | первая ступень, входные элементы | быстрый рост перепада давления, падение производительности | щелочная промывка с моющим средством, затем биоцид |
| Карбонатная накипь | последняя ступень, выходные элементы | падение производительности, рост солесодержания пермеата | кислотная промывка |
| Железо и марганец | первая ступень | падение производительности, рыжий или тёмный налёт | кислотная промывка с восстановителем |
| Коллоиды и взвесь | первая ступень | рост перепада давления | щелочная промывка |
Для биообрастания характерны два признака. Первый — перепад давления по первой ступени растёт быстрее, чем падает производительность, потому что плёнка забивает каналы сетки-сепаратора. Второй — после промывки параметры восстанавливаются, но снова ухудшаются всё быстрее: плёнка не удалена полностью и вырастает из оставшихся клеток.
Окончательный ответ даёт вскрытие элемента — аутопсия. Снятый элемент разрезают, осматривают поверхность и анализируют отложения. Биоплёнка на ощупь скользкая и слизистая, часто с запахом, накипь — твёрдая и кристаллическая. На действующей установке помогает и контроль исходной воды: общее микробное число, содержание растворённого органического углерода и скорость роста бактерий в пробе.
Почему её трудно удалить
Матрикс биоплёнки защищает клетки от моющих реагентов. Реагент должен сначала разрыхлить матрикс, и только потом он добирается до клеток. Поэтому кислотная промывка, эффективная против накипи, на биоплёнку почти не действует, а иногда делает её плотнее.
Второе ограничение — сама мембрана. Полиамидный слой обратного осмоса не переносит свободного хлора: окислитель разрушает его необратимо, и солесодержание пермеата растёт. То есть самый привычный дезинфектант для этой мембраны запрещён. Мембраны ультрафильтрации из ПВДФ и ряда других полимеров к хлору устойчивы, и для них хлорсодержащие промывки — штатная процедура.
Как устроена моющая промывка
Промывка против биоплёнки идёт в определённом порядке, и порядок важен.
Первая стадия — щелочная промывка с моющим средством. Раствор с высоким pH разрыхляет и растворяет органический матрикс. Температуру и pH выбирают в пределах, допустимых для конкретной мембраны: повышенная температура ускоряет очистку, но у каждого элемента есть свой предел.
Вторая стадия — неокисляющий биоцид. Для полиамидных мембран применяют биоциды, совместимые с материалом. Они убивают клетки, оставшиеся после щелочной стадии.
Третья стадия — кислотная промывка, после, а не до. Если одновременно есть и накипь, её удаляют уже на очищенной от органики поверхности.
У ультрафильтрации к этим промывкам добавляется собственный инструмент. Модули регулярно, раз в десятки минут, промывают обратным током фильтрата, а несколько раз в сутки — обратным током с добавкой реагента: щёлочи с окислителем против органики и биоплёнки, кислоты против минеральных отложений. Такая промывка не даёт плёнке закрепиться и откладывает полную моющую промывку на недели. Её частоту и дозу подбирают по росту трансмембранного давления между циклами.
Промывку начинают вовремя, а не когда установка уже встала. Обычный ориентир — снижение приведённой производительности или рост приведённого перепада давления примерно на 10–15 % от исходного значения. Сильно заросший элемент отмывается хуже, и часть его производительности не возвращается.
Как предотвратить повторное обрастание
Промывка лечит следствие. Чтобы плёнка не возвращалась, работают по трём направлениям.
- ✓Снизить питание. Коагуляция с фильтрацией, активированный уголь или ультрафильтрация перед осмосом снимают часть органики и почти все бактерии. Ультрафильтрация даёт наиболее стабильную воду для последующей мембраны.
- ✓Снизить число поступающих бактерий. Если исходную воду хлорируют, хлор перед осмосом снимают углём или восстановителем — но тогда вода после этой точки становится беззащитной, и уголь сам может стать местом размножения бактерий. Поэтому узел дехлорирования располагают как можно ближе к мембране и обслуживают по регламенту.
- ✓Не давать воде стоять. При простое больше суток установку промывают пермеатом и консервируют раствором, допустимым для мембраны. Застойная вода в аппарате — прямой путь к обрастанию.
Отдельно стоит упомянуть биоциды периодического дозирования, которые вводят в исходную воду по графику станцией дозирования, а также режим, при котором установку не останавливают надолго, а переводят на короткие промывки пермеатом.
Что дальше
Если вы подозреваете биообрастание, соберите журнал работы установки за последние месяцы: производительность, давление до и после каждой ступени, солесодержание пермеата, температуру воды. Приведите данные к одинаковым условиям и посмотрите, на какой ступени и какой параметр ухудшается первым. Параллельно закажите анализ исходной воды на общее микробное число и растворённую органику.
Эти данные покажут, чего не хватает: регламента промывок, узла предподготовки или защиты от застоя. Если предподготовки для стабильной работы осмоса недостаточно, рассмотрите ультрафильтрацию как ступень перед обратным осмосом. Подробнее о загрязнениях мембраны другой природы — в статье о предподготовке перед мембраной.
