Maszyny i higiena: Mycie membran w zakładzie mleczarskim

Czyszczenie instalacji zawierających membrany filtracyjne przeprowadza się za pomocą zmian kierunku przepływu permeatu czy też roztworów chemicznych w podwyższonej temperaturze lub zastosowania kombinacji podanych sposobów. Najczęściej stosuje się typ czyszczenia CIP polegający na cyrkulacji roztworu czyszczącego w obiegu zamkniętym, bez wyjmowania membran z instalacji. Sposób taki umożliwia kontrolę parametrów czyszczenia, takich jak stężenie substancji chemicznych w roztworze czyszczącym, temperatura roztworu, czas kontaktu roztworu z membranami itp. Dodatkową zaletą jest fakt, że procedura czyszczenia takiej instalacji może być w dużym stopniu lub całkowicie zautomatyzowana.

Znanych jest wiele sposobów czyszczenia instalacji produkcyjnych czy urządzeń wykorzystywanych w przemyśle spożywczym. Celem zabiegów higienizacyjnych jest zwiększenie prędkości przepływu w instalacjach membranowych. Dostawcy środków myjących zazwyczaj oprócz preparatów dostarczają też sposoby ich aplikacji, a także kontroli skuteczności mycia. Stosowane są różnorodne środki chemiczne pochodzenia organicznego, nieorganicznego oraz mieszane w celu zapewnienia odpowiedniej skuteczności. Określona została głównie skuteczność środków takich jak: związki o charakterze alkalicznym lub kwaśnym, środki utleniające, chelatory, czy surfaktanty. Znane są również sposoby wykorzystujące enzymy do usuwania zanieczyszczeń odkładających się na powierzchni membran. Najpowszechniejszą techniką czyszczenia jest niskociśnieniowa cyrkulacja roztworu odpowiedniego środka chemicznego w instalacji, w celu usunięcia zanieczyszczenia z powierzchni membrany. Do usuwania zanieczyszczeń mineralnych wykorzystuje się kwasy, do usuwania zanieczyszczeń białkowych – sodę kaustyczną lub enzymy, a do usuwania zanieczyszczeń organicznych – środki utleniające, takie jak podchloryn sodu. Większość procesów myjących jest prowadzona w przedziale 30-50°C. Wykorzystuje się też do zwiększenia skuteczności mycia membran różnice pH roztworu myjącego i mytych powierzchni oraz różnice w rezystancji (oporności) membrany.

Czyszczenie membran jest ważną częścią w procesie optymalizacji wykorzystania przemysłowego membranu. Typ i częstotliwość czyszczenia zależy od membrany i cieczy procesowej – w przemyśle spożywczym przy membranach wykorzystywanych do produktów żywnościowych, powszechną praktyką jest czyszczenie codzienne, zaś w instalacjach uzdatniania wody dopuszcza się czyszczenie membran co trzy miesiące albo jeszcze rzadziej. Nie wszystkie techniki nadają się do wszystkich membran; np. membrany poliamidowe słabo lub w ogóle nie tolerują utleniaczy, z kolei membrany z octanu celulozy są wrażliwe na warunki zasadowe.

Technologia mycia instalacji membranowych składa się z kilku procedur, w zależności od rodzaju wykonywanego procesu stosuje się odwróconą osmozę, nanofiltrację, ultrafiltrację lub mikrofiltrację.

Metody usuwania zanieczyszczeń w instalacjach przemysłowych, zwłaszcza instalacjach zawierających membrany filtracyjne muszą być ściśle dostosowane od składu zanieczyszczenia oraz jego ilości. W większości przypadków zastosowanie pojedynczego środka myjącego, nawet jeśli jest on złożony z wielu składników, okazuje się niewystarczające do osiągnięcia zadowalającego stopnia odmycia membran filtracyjnych, co prowadzi do coraz krótszych okresów aktywnego używania membran i w efekcie do całkowitego ich zablokowania. Ważne jest również ustalenie kolejności etapów mycia instalacji, gdyż zastosowanie niewłaściwego środka, który na przykład w sposób istotny zmieni strukturę chemiczną zanieczyszczenia, może spowodować trwałe, nieodwracalne uszkodzenie membran filtracyjnych. Istnieje zatem realna potrzeba dostosowania sposobu czyszczenia instalacji zawierających membrany filtracyjne do rodzaju zanieczyszczenia.

Zgodnie z wytycznymi jednego z producentów środków myjących przykładowy proces mycia linii po serwatce może składać się z etapów pokazanych na rysunku 5.

Poprzez zastosowanie odpowiedniego sposobu mycia membran można uzyskać wiele efektów pożądanych. Zalicza się do nich skuteczne odmywanie mocnego zanieczyszczenia/złogów poprodukcyjnych z instalacji produkcyjnych. Ponadto uzyskuje się powtarzalny i efektywny proces wyeliminowania zanieczyszczeń poprodukcyjnych w cyklu codziennego mycia instalacji po zakończonym procesie produkcji. Uzyskanie skuteczności, efektywności i powtarzalności wpływa na niskie koszty procesu mycia dzięki zastosowaniu zoptymalizowanych warunków mycia, takich jak: kolejność aplikacji poszczególnych preparatów, ilość etapów mycia oraz wynikająca z niej liczba płukań wodą, czas działania poszczególnych preparatów, zakres wartości pH.

Membrany stosowane w przemyślę mleczarskim ze względu na ograniczoną mechaniczną, termiczną i chemiczną wytrzymałość membran wymagają specjalnego traktowania w tym wysokiej kultury technicznej od użytkowników i ścisłego przestrzegania wymogów określonych przez producenta, co gwarantuje ich dłuższą żywotność i skuteczność działania. Nie wolno przekraczać dopuszczalnych zakresów temperatur, czasu oddziaływania i stężeń środków chemicznych.

Piśmiennictwo:

1. Bodzek M., Płatkowska A. (2009): Fouling membran półprzepuszczalnych podczas oczyszczania wody metodą ultra- i mikrofiltracji – przegląd piśmiennictwa, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2009, t. 12, nr 1, s. 5-24
2. DSS. Materiały reklamowe „Filtracja membranowa dla przemysłu mleczarskiego”
3. ECOLAB: The new standard for membrane cleaning in  the Dairy industry – materiały szkoleniowe
4. ECOLAB (2009): Membrane cleaning in pharmacos – materiały szkoleniowe
5. http://www.aqms.ru/english/kompany/articles/135.html – data pobrania 13.06.2015 r.
6. http://www.desalination.biz – data pobrania 13.06.2015 r.
7. https://www.wageningenur.nl/en/show/Isolation-and-characterization-of-microorganism-involved-in-membrane-biofouling-1.htm – data pobrania 13.06.2015 r.
8. http://www.lenntech.com/membrane-cleaning.htm – data pobrania 13.06.2015 r.
9. Kowalik J. (2011): Membrany: Techniki membranowe w produkcji mleczarskiej. Forum Mleczarskie Biznes 3/2011 (11)
10. Krol J. Procesy membranowe. Podstawy – materiały szkoleniowe firmy Alima Bis
11. Nawirska-Olszańska A.  (2011): Superwoda – uzdatnianie wody w przemyśle spożywczym, Agro Przemysł” nr 5/2011
12. Zander L., Zander Z. (2004): Techniki membranowe w przetwórstwie mleka. Ogólnopolski Informator Mleczarski 11/2004 (95)
13. Żulewska J. (2010): Membrany, Forum Mleczarskie Biznes 3/2010 (09)