Hogyan lehet megakadályozni a szennyeződést és a méretezést a fordított ozmózis rendszerekben? A koncentráció polarizációjának hatásának megértése

Koncentráció polarizációja (CP)

A koncentráció polarizációja az oldott anyagok folyamatos felhalmozódása által okozott káros hatásokra utal, amelyek rontják a membrán teljesítményét. Ahogy a víz áthatol a membránon, a takarmány -oldatot (vizet és oldott anyagot tartalmazó) a membrán felületére szállítják. Amikor a tisztított víz áthalad a membránon, az oldott anyagok felhalmozódnak a membrán felszíne közelében. ① A membránszűrés során a részecskék érintkeznek a membránnal, és szűrőtorta réteget képeznek. ② A fordított ozmózis (RO) megkülönböztetett eltávolító mechanizmusa miatt az oldat az oldatban nagy koncentrációs határréteget képez a membrán felületén. Ez a koncentráció polarizációját eredményezi, így az oldott anyag koncentrációja a membrán felületén magasabb, mint a takarmánycsatorna ömlesztett oldatában.

A koncentráció polarizációjának káros hatása a RO teljesítményre
① A membrán felületén a nagy oldott anyag koncentráció növeli az ozmotikus nyomásgradienst, csökkentve a vízáramot.
② A megnövekedett koncentráció -gradiensek és a csökkent vízáram fokozza az oldott tömeg átadását a membránon, csökkentve az elutasítási sebességet.
③ Az oldott anyagok oldhatósági határai túlléphetők, ami csapadékhoz és méretezéshez vezet.

Szennyeződés és méretezés fordított ozmózisban

A nanofiltráció (NF) és a RO membránok hajlamosak a különféle mechanizmusok révén. A szennyeződés és a méretezés elsődleges forrásai közé tartozik a részecskék, az oldhatatlan szervetlen sók csapadéka, az oldható fémek oxidációja és a biológiai anyagok.

1.A különálló szennyeződés

A RO működési ciklusok nem tartalmazzák a felhalmozódott részecskék eltávolítását (valójában a visszamosás az aktív rétegnek a tartórétegből való lemondását okozhatja a vékonyrétegű kompozit membránokban). A részecskeszennyezés komoly aggodalomra ad okot a RO rendszerekben. Szinte minden RO rendszer előkezelést igényel a részecskék szennyezésének minimalizálása érdekében, mivel a maradék részecskék rontják a tisztítási hatékonyságot.

A szervetlen és szerves anyagok, beleértve a mikrobiális komponenseket és a biológiai törmeléket, részecskék szennyeződést okozhatnak, ami elzáródást és szűrőportálást eredményezhet. Az elzáródás akkor fordul elő, amikor a takarmány -oldatban lévő nagy részecskék csapdába esnek a takarmánycsatornákban és a csövekben. Az adagolási oldat előkezelése előszűréssel csökkentheti az elzáródást. A RO membrángyártók azt javasolják, hogy az 5 μm -es patronszűrőket minimális előkezelési lépésként használják a membránmodulok védelme érdekében.

A részecskék szűrő süteményréteget képeznek a membrán felületén, növelve a hidraulikus ellenállást és befolyásolva a rendszer teljesítményét. A részecskék szennyeződésére hajlamos táplálék -előkezelést igényelnek a részecskentrációk elfogadható szintre történő csökkentése érdekében. Koagulációt, szűrést (homok, szén vagy más közegek felhasználásával) és néha mikrofiltrációval (MF) vagy ultraszűréssel (UF) alkalmaznak előkezelési módszerekként.

2. A szervetlen sók értékelése és méretezése
A szervetlen méretezés akkor fordul elő, amikor az oldatban a sók meghaladják az oldhatósági határértékeket és a csapadékot. A csapadék akkor fordul elő, amikor az ezeket a sótokat alkotó ionok oldhatósági termékeikön túl koncentrálódnak, különösen a membránfelület közelében lévő magas koncentrációs területeken, súlyosbító koncentráció polarizációja. A membrán felületén a szervetlen méretezés csökkenti a víz permeabilitását, vagy visszafordíthatatlan membránkárosodást okoz.

Előkezelés hiányában a csapadékot el kell kerülni a koncentráció polarizációjának minimalizálásával, a só -elutasítási sebesség korlátozásával vagy a visszanyerési sebességgel. A koncentráció polarizációja csökkenthető az adagolási csatornák turbulens áramlásának javításával és a berendezésgyártók által megadott minimális áramlási sebesség fenntartásával. A só -elutasítási arányok korlátozása nem praktikus az ütköző mérnöki célok miatt, de a csapadék megelőzéséhez gyakran szükség van a helyreállítási arány korlátozására. A só csapadékának bekövetkezése előtti maximális megengedett visszanyerési sebességet a megengedett helyreállítási sebességként definiálják, a só kezdeményező csapadékot "kritikus só" -nak nevezve. A vízkezelési alkalmazások gyakori mérlegei közé tartozik a kalcium -karbonát (CaCO₃) és a kalcium -szulfát (CASO₄).

Az előkezelés elengedhetetlen az összes gyakorlati RO rendszerhez, hogy megakadályozzák a méretezést a takarékos oldható sók számára. A kalcium -karbonát csapadék elterjedt, tehát a legtöbb rendszernek ezt a vegyületet előzetes kezelésre van szükség. A takarmány -oldat savasodása a pH beállításához a karbonát -ionokat bikarbonáttá és szén -dioxiddá alakítja, megakadályozva a kaco₃ csapadékot. A kén- és sósavakat általában használják, bár a kénsav növeli a szulfát -koncentrációt, ami szulfát skálázást eredményezhet. A legtöbb RO takarmány -oldatot pH 5,5–6,0 -ra állítják be, ahol a legtöbb karbonát CO₂ -ként létezik, és a membránon keresztül áthatolnak.

Más kritikus sók méretezését általában megakadályozzák a skála -gátlók használatával. Ezek az inhibitorok megakadályozzák a kristályképződést és a növekedést, elnyomva a csapadékot még túltelített körülmények között is. A megengedett túltelítettség mértéke az inhibitor tulajdonságaitól függ, gyakran védett és specifikus a berendezéskonfigurációkra. A megfelelő inhibitorok kiválasztásának a berendezések és az inhibitor gyártói ajánlásainak kell követnie, helyspecifikus takarmány-vízelemzéssel és helyreállítási sebesség kialakításával.

A savanyításon és az inhibitorokon túl a modern installációk olyan intézkedéseket tartalmaznak, amelyek csökkentik a koncentrátum szennyvízmennyiségét és fokozzák a víz visszanyerését, további enyhítve a méretezést.

3. fém -oxid szennyeződés
A felszín alatti vizek, a közönséges RO/NF takarmányforrás, gyakran anaerob. Az oldott vas- és mangánvegyületek oxidálódnak és csapadékosak, amikor az oxidánsok belépnek a takarmányoldatba, szennyező membránok. A vas szennyeződése gyakrabban fordul elő, és a levegő behatolásánál gyorsan fordul elő. Az oxidált vas/mangán oxidációja vagy eltávolítása megakadályozhatja a szennyeződést. Az alacsony vaskoncentrációkhoz elegendő a levegő behatolásának megakadályozása; A skála-gátlók gyakran tartalmaznak adalékanyagokat az alacsony koncentrációjú vas szennyeződés enyhítésére. A vas előkezelése magában foglalja az oxigénnel vagy klórral történő oxidációt, majd keverést, megfelelő hidraulikus retenciós időt és oxidációs szűrést granulált tápközegben vagy membránszűrőkben. Oxidánsok használatakor érintkezzen a membránokkal-különösen a poliamidokkal vagy az oxidáció-érzékeny anyagokkal-kerülni kell. A kereskedelmi tisztítószerek és a tisztítási protokollok eltávolíthatják a vaslerakódást a RO membránokból.

Az anaerob felszín alatti víz másik alkotóeleme a hidrogén -szulfid (H₂S). A levegő behatolása a H₂S -t kolloid kén, szennyező membránokba oxidálja. A vas -oxidációhoz hasonlóan a levegő behatolásának megelőzése kritikus jelentőségű a kén szennyeződésének elkerülése érdekében. A membránok kénlerakódása gyakran visszafordíthatatlan.

4. Biológiai szennyezés
A biológiai szennyeződés a mikroorganizmusok vagy az extracelluláris oldható anyagok kötődésére vagy növekedésére utal a membrán felületén vagy a takarmánycsatornákon belül. A RO rendszerekben gyakori, és rontja a teljesítményt azáltal, hogy csökkenti a fluxust, csökkenti az elutasítási sebességeket, növeli a nyomástechnikát a modulok között, szennyeződik a permeát, a lebomló membrán anyagok lerövidítése és a membrán élettartamának lerövidítése.

A biológiai szennyeződés megakadályozható az optimális működési feltételek fenntartásával, a biocidok alkalmazásával és az alapjárati membrán modulok periodikusan öblítésével. Számos RO/NF betápláló oldat (általában felszín alatti víz) alacsony mikrobiális terheléssel rendelkezik. A megfelelő működés biztosítja, hogy a nyíróerők a takarmánycsatornákban megakadályozzák a baktériumok túlzott felhalmozódását. A mikrobák azonban tétlen időszakokban gyorsan szaporodnak. Ennek enyhítéséhez a leállítások során periodikus öblítésre vagy biocidok hozzáadására van szükség. Az ajánlott határokon belüli klór -oldatok biocidként szolgálnak a cellulóz -acetát membránok számára, de a poliamidmembránok - a klór lebomlásához elkülöníthetőek - olyan alternatívákat igényelnek, mint a nátrium -biszulfit.

A cellulóz -acetát membránok esetében a folyamatos klórozás szabályozott koncentrációkban lehet. A poliamid membránok esetében ultraibolya besugárzás, klóramináció vagy posztklórozás deklórinációja lehet alkalmazni.

Következtetés
Az előkezelés kritikus jelentőségű a méretezés és a szennyeződés megelőzésében. Általános módszerek közé tartozik a savasodás és a skála -gátlók, hogy megakadályozzák a sócsapást és a szűrést a részecskék blokkolása érdekében. A tiszta takarmány -vízforrások (például a felszín alatti vizek) csak a membrán egységek előtt igényelhetnek patronszűrést, míg a felszíni vízfelvételek fejlett szűrési módszereket igényelnek, ideértve a koagulációt, a flokkulációt, az ülepedést és a szemcsés vagy membránszűrést. Mivel a membrán teljesítménye az előkezelés hatékonyságától függ, a kezelés előtti vonatok megfelelő kiválasztása és kialakítása nélkülözhetetlen.