Maszyny i higiena: Mycie membran w zakładzie mleczarskim

Jednym z głównych problemów przy zastosowaniu technik membranowych jest, zachodzące równolegle z ich używaniem, obniżenie jakości membran z powodu ich zanieczyszczania oraz, dla niektórych substratów, konieczność częstych przerw technologicznych związanych z myciem, co znacznie obniża wydajność całego procesu produkcji. Po zakończeniu procesu produkcji należy bardzo dokładnie membrany wypłukać i umyć. Regularne wykonywanie tych czynności zapobiegnie zjawisku zapychania/zatykania się membran zwanego z angielska foulingiem. W celu ograniczenia foulingu stosuje się również wstępną filtrację surowca przez membranę o większych porach.

Procesom membranowym towarzyszy nieodłącznie zjawisko zmniejszania wydajności i żywotności membran zwane foulingiem. Stopień foulingu powodowanego przez surowiec uzależniony jest m.in. od siły jonowej oraz pH. Zależy on w dużej mierze od właściwości filtrowanego mleka/serwatki = surowca, w tym hydrofilowości/hydrofobowości jej składników. Dla procesów niskociśnieniowych zaobserwowano wpływ rozmiaru cząstek filtrowanej frakcji (im mniejsze, tym większy obserwowany spadek strumienia oraz opór filtracji) na zjawisko foulingu. Zidentyfikowano 4 kategorie cząstek, które uważane są za silne foulanty, a mianowicie białka, aminocukry, polisacharydy i związki poli(hydroksy-aromatyczne). Znaczenie ma również rodzaj membrany. Zjawisko foulingu, czyli swoistego zanieczyszczania membran, ma kluczowe znaczenie dla jakości produktu końcowego, kosztów eksploatacyjnych, żywotności membran oraz aspektu ekologicznego procesu. Pomimo szybkiego postępu, zwłaszcza w materiałach membranowych oraz ich konstrukcji, nowe zastosowania procesów membranowych są często hamowane lub wręcz niemożliwe z powodu trudności z umyciem membran i przywróceniem ich pierwotnej wydajności.

Fouling może mieć charakter nieodwracalny lub odwracalny. Dla foulingu odwracalnego charakterystyczne jest częściowe odzyskanie przepuszczalności membrany w wyniku jej czyszczenia (głównie okresowe hydrauliczne płukanie wsteczne). Cząstki, które nie są usuwane w wyniku czyszczenia mechanicznego lub chemicznego membrany, odpowiedzialne są za fouling nieodwracalny, który prowadzi do pogarszania się wydajności membrany. Są to przede wszystkim cząstki zaadsorbowane w porach membrany. Fouling można opisać za pomocą oporu całkowitego, który zawiera w sobie zarówno opór membrany, jak i zakumulowanych na powierzchni membrany oraz w jej porach substancji. Efektem foulingu jest również wzrost ciśnienia transmembranowego podczas prowadzenia procesu w warunkach stałego strumienia oraz spadek strumienia permeatu w warunkach stałego ciśnienia transmembranowego. Niektórzy autorzy do opisu foulingu stosują tzw. jednostkowe zmodyfikowane indeksy foulingu UMFI (unified modified fouling index). Są one miarą podatności na fouling.

Ze względu na rodzaj substancji, powodujących fouling, wyróżnia się:

• fouling koloidalny,
• fouling organiczny,
• biofouling,
• fouling mineralny (tzw. skaling).