Quy trình và hóa chất cho CIP cho màng lọc của lọc tiếp tuyến

CIP (Cleaning In Place) là quy trình vệ sinh màng lọc tại chỗ bằng cách tuần hoàn nước và dung dịch tẩy rửa qua hệ thống lọc tiếp tuyến (Cross-flow Filtration), không cần tháo màng ra khỏi vỏ.

Đối với hệ thống lọc tiếp tuyến sử dụng màng MF, UF, NF hoặc RO, quy trình CIP có cùng nguyên lý nhưng nồng độ hóa chất, nhiệt độ, áp suất và thời gian vệ sinh phải điều chỉnh theo loại màng.

1. Sơ đồ nguyên lý CIP cho hệ lọc tiếp tuyến

Minh họa nguyên lý: bơm đưa dung dịch CIP qua màng, dòng retentate quay về bồn; dòng permeate được thu gom hoặc hồi về bồn tùy chế độ CIP và hướng dẫn của nhà sản xuất.

2. Quy trình CIP tiêu chuẩn

Dưới đây là quy trình tham khảo cho hệ lọc tiếp tuyến xử lý dịch thực phẩm như nước dừa, dịch nha đam hoặc dịch chiết thực vật.

Bước 1. Xả nguyên liệu và tráng sơ bộ

• Xả hết dịch nguyên liệu còn lại trong bồn và đường ống.

• Bơm nước sạch qua hệ thống để đẩy hết nguyên liệu.

• Tuần hoàn khoảng 5–15 phút hoặc đến khi nước xả tương đối trong.

• Sử dụng áp suất thấp, tránh làm màng bị sốc áp.

Bước 2. Rửa bằng dung dịch kiềm

Mục đích: loại bỏ protein, chất béo, chất hữu cơ và các lớp bám sinh học.

• Hóa chất tham khảo: NaOH 0,1–0,5% đối với màng tương thích.

• Nhiệt độ: khoảng 30–45°C nếu màng cho phép.

• Thời gian tuần hoàn: 20–30 phút.

• Duy trì lưu lượng tuần hoàn đủ để cuốn trôi cặn bẩn, TMP thấp.

Bước 3. Rửa trung gian bằng nước sạch

• Xả hết dung dịch kiềm.

• Tuần hoàn nước sạch 5–10 phút hoặc đến khi pH nước xả gần với pH nước cấp.

• Không để hóa chất kiềm tồn dư trước khi chuyển sang rửa axit.

Bước 4. Rửa bằng dung dịch axit (khi cần)

Mục đích: loại bỏ cặn khoáng, muối canxi, magie và các chất kết tủa vô cơ.

• Hóa chất tham khảo: axit citric 0,5–1% đối với màng tương thích.

• Nhiệt độ: 25–35°C.

• Thời gian tuần hoàn: 15–30 phút.

• Không bắt buộc sau mỗi mẻ nếu hệ thống không có cặn vô cơ.

Bước 5. Tráng sạch và kiểm tra

• Xả dung dịch axit.

• Rửa bằng nước sạch đến khi pH và độ dẫn điện đạt giới hạn quy định.

• Kiểm tra lưu lượng nước sạch qua màng ở điều kiện chuẩn.

• Khử trùng nếu quy trình sản xuất yêu cầu và màng tương thích với tác nhân khử trùng.

Lưu ý: Các nồng độ và nhiệt độ trên chỉ là ví dụ tham khảo, không phải công thức áp dụng cho mọi loại màng. Đặc biệt, màng RO polyamide thường có giới hạn pH, nhiệt độ và khả năng chịu hóa chất khác với màng MF ceramic. Không dùng chlorine/hypochlorite cho màng RO polyamide thông thường nếu nhà sản xuất không cho phép.

3. Điều khiển áp suất và bơm khi CIP

Trong quá trình CIP, mục tiêu chính là tạo dòng chảy quét bề mặt màng, không phải tạo áp suất cao để lọc sản phẩm.

Công thức tính TMP cho cấu hình có đồng hồ áp suất ở ba vị trí:

 TMP={P1+P2}/2-P3

Ví dụ, nếu P1 = 1 bar, P2 = 0,6 bar và P3 = 0,1 bar thì TMP = 0,7 bar. Đây chỉ là ví dụ tính toán, không phải giá trị CIP mục tiêu cho mọi màng.

4. Làm thế nào biết màng đã được vệ sinh sạch?

Sau CIP, nên kiểm tra độ phục hồi lưu lượng nước sạch (Clean Water Flux).

\[ \text{Phục hồi lưu lượng}=\frac{J_{\text{sau CIP}}}{J_{\text{màng sạch chuẩn}}}\times100\% \]

Hai giá trị phải được đo trong cùng điều kiện TMP, nhiệt độ và chất lượng nước, hoặc đã được chuẩn hóa.

Ví dụ:

• Lưu lượng chuẩn ban đầu: 100 L/h.

• Sau khi lọc nguyên liệu: 55 L/h.

• Sau CIP: 95 L/h.

Khi đó, mức phục hồi là 95%. Đây thường là dấu hiệu vệ sinh có hiệu quả, nhưng tiêu chí chấp nhận thực tế phải theo nhà sản xuất và điều kiện vận hành.

5. CIP khác nhau giữa các loại màng

HÓA CHẤT CÓ THỂ SỬ DỤNG CHI CIP MÀNG LỌC 

Trong hệ thống lọc màng tiếp tuyến (Cross-flow Filtration), các hóa chất CIP thường được chia thành 5 nhóm: chất tẩy rửa kiềm, chất tẩy rửa axit, chất hoạt động bề mặt, enzyme và chất khử trùng.

Việc lựa chọn hóa chất phụ thuộc vào vật liệu màng (Ceramic, PES, PVDF, PTFE, Polyamide RO...) và loại cặn bẩn cần loại bỏ.

1. Các hóa chất thường sử dụng trong CIP

Các nồng độ trên chỉ mang tính định hướng đối với những màng tương thích, không phải liều lượng sử dụng chung. Với màng RO polyamide, nên lựa chọn hóa chất CIP chuyên dụng theo khoảng pH được nhà sản xuất cho phép, thay vì áp dụng trực tiếp nồng độ NaOH hoặc axit trong bảng.

2. Lựa chọn hóa chất theo loại màng