Jak zapobiec zanieczyszczeniu i skalowaniu w systemach odwrotnej osmozy? Zrozumienie wpływu polaryzacji stężenia

Polaryzacja stężenia (CP)

Polaryzacja stężenia odnosi się do działań niepożądanych spowodowanych ciągłą akumulacją substancji rozpuszczonych na powierzchni błony, co upośledza wydajność błony. Gdy woda przenika przez membranę, roztwór zasilający (zawierający wodę i substancje rozpuszczone) jest transportowany na powierzchnię membrany. Gdy woda oczyszczona przepływa przez membranę, substancje substancji substancji substancji substancji rozpuszczonych w pobliżu powierzchni membrany. ① W filtracji błony cząstki kontaktują się z membraną i tworzą warstwę ciasta filtracyjnego. ② Ze względu na wyraźny mechanizm usuwania odwróconej osmozy (RO), substancje rozpuszczone w roztworze tworzą warstwę graniczną o wysokim stężeniu na powierzchni membrany. Powoduje to polaryzację stężenia, dzięki czemu stężenie substancji rozpuszczonej na powierzchni błony wyższe niż w roztworze masowym w kanale zasilającej.

Niekorzystny wpływ polaryzacji stężenia na wydajność RO
① Wysokie stężenie substancji rozpuszczonej na powierzchni membrany zwiększa gradient ciśnienia osmotycznego, zmniejszając strumień wody.
② Podwyższone gradienty stężenia i zmniejszony strumień wody zwiększają transfer masy substancji rozpuszczonej przez błonę, obniżając szybkości odrzucenia.
③ Limity rozpuszczalności substancji rozpuszczalnych mogą zostać przekroczone, co prowadzi do opadów i skalowania.

Zanieczyszczenie i skalowanie w odwróconej osmozie

Membrany nanofiltracyjne (NF) i RO są podatne na zanieczyszczenie poprzez różne mechanizmy. Pierwotne źródła zanieczyszczenia i skalowania obejmują cząstki cząstkowe, wytrącanie nierozpuszczalnych soli nieorganicznych, utlenianie rozpuszczalnych metali i substancji biologicznych.

1. Sprzedażowe zanieczyszczenie

Cykle pracy RO nie obejmują płukania wstecznego w celu usunięcia nagromadzonych cząstek stałych (w rzeczywistości płukanie wsteczne może powodować rozwarstwienie warstwy aktywnej z warstwy nośnej w membran kompozytowych cienkowarstwowych). Zadranienia cząstek stanowi poważny problem w systemach RO. Prawie wszystkie systemy RO wymagają wstępnej obróbki, aby zminimalizować zanieczyszczenie cząstek stałych, ponieważ cząstki resztkowe zaburzają wydajność czyszczenia.

Substancje nieorganiczne i organiczne, w tym składniki drobnoustrojowe i resztki biologiczne, mogą powodować zanieczyszczenie cząstek stałych, prowadząc do blokady i tworzenia ciasta filtrowania. Zablokowanie występuje, gdy duże cząstki w roztworze zasilają są uwięzione w kanałach zasilających i rur. Wstępne obróbkę roztworu zasilającego za pomocą wstępnej filtracji może zmniejszyć blokadę. Producenci membrany RO zalecają stosowanie filtrów 5 μm jako minimalny etap obróbki wstępnej w celu ochrony modułów membranowych.

Cząstki cząstkowe tworzą warstwę ciasta filtracyjnego na powierzchni membrany, zwiększając oporność hydrauliczną i wpływając na wydajność systemu. Woda zasilająca się na zanieczyszczenie cząstek stałych wymaga zaawansowanej obróbki wstępnej, aby zmniejszyć stężenie cząstek stałych do akceptowalnych poziomów. Koagulacja, filtracja (przy użyciu piasku, węgla lub innych mediów), a czasem mikrofiltracja (MF) lub ultrafiltracja (UF) są stosowane jako metody obróbki.

2. Precypitacja i skalowanie soli nieorganicznych
Skalowanie nieorganiczne występuje, gdy sole w roztworze przekraczają ich limity rozpuszczalności i wytrącanie. Opady występują, gdy jony składające się z tych soli są skoncentrowane poza ich produktami rozpuszczalności, szczególnie w obszarach o wysokim stężeniu w pobliżu powierzchni błony, zaostrzając polaryzację stężenia. Nieorganiczne skalowanie powierzchni membrany zmniejsza przepuszczalność wody lub powoduje nieodwracalne uszkodzenie błony.

W przypadku braku obróbki należy unikać opadów, minimalizując polaryzację stężenia, ograniczając szybkość odrzucenia soli lub szybkość odzysku. Polaryzację stężenia można zmniejszyć poprzez zwiększenie przepływu turbulentnego w kanałach zasilających i utrzymanie minimalnych prędkości przepływu określonych przez producentów sprzętu. Ograniczenie wskaźników odrzucania soli jest niepraktyczne ze względu na sprzeczne cele inżynieryjne, ale często konieczne jest ograniczenie wskaźników odzyskiwania, aby zapobiec opadom. Maksymalna dopuszczalna szybkość odzysku przed wystąpieniem opadów soli jest definiowana jako dopuszczalna szybkość odzysku, przy czym opady inicjujące sól określono „krytyczną sól”. Typowe skale w zastosowaniach oczyszczania wody obejmują węglan wapnia (CACO₃) i siarczan wapnia (Caso₄).

Wstępna obróbka jest niezbędna dla wszystkich praktycznych systemów RO, aby zapobiec skalowaniu oszczędnie rozpuszczalnych soli. Odpadek węglanu wapnia jest powszechny, więc większość układów wymaga wstępnej obróbki tego związku. Zakwaszenie roztworu zasilającego w celu dostosowania pH przekształcających jony węglanowe w wodorowęglan i dwutlenek węgla, zapobiegając wytrącaniu kako₃. Powszechnie stosuje się kwasy siarkowe i chlorowodorowe, chociaż kwas siarkowy może zwiększać stężenie siarczanu, co prowadzi do skalowania siarczanu. Większość roztworów paszowych RO jest dostosowywana do pH 5,5–6,0, gdzie większość węglanów istnieje jako co₂ i przenika przez błonę.

Skalowanie innych krytycznych soli zazwyczaj zapobiega przy użyciu inhibitorów skali. Inhibitory te zapobiegają tworzeniu się kryształów i wzrostu, tłumiąc opady nawet w warunkach przesyconych. Dopuszczalny stopień przesycenia zależy od właściwości inhibitora, często zastrzeżonych i specyficznych dla konfiguracji sprzętu. Wybór odpowiednich inhibitorów powinien przestrzegać zaleceń producenta sprzętu i inhibitora, z specyficzną dla miejsca analizy wody paszowej i projektowaniem szybkości odzysku.

Oprócz zakwaszenia i inhibitorów nowoczesne instalacje zawierają środki w celu zmniejszenia objętości koncentrowania ścieków i zwiększenia odzyskiwania wody, dalszym łagodzenie skalowania.

3. Zadaszanie tlenku metalu
Wody gruntowe, wspólne źródło zasilające RO/NF, jest często beztlenowe. Rozpuszczone związki żelaza i manganu utlenia się i wytrąca się, gdy utleniacze wchodzą do roztworu zasilającego, zanieczyszczając błony. Zadaszanie żelaza jest częstsze i występuje szybko po wnikaniu powietrza. Utlenianie lub usuwanie utlenionego żelaza/manganu może zapobiec zanieczyszczeniu. W przypadku niskich stężeń żelaza wystarcza wnikanie powietrza; Inhibitory skali często obejmują dodatki w celu złagodzenia o niskim stężeniu z zanieczyszczenia żelaza. Wstępna obróbka żelaza obejmuje utlenianie tlenem lub chlorem, a następnie mieszanie, odpowiedni czas retencji hydraulicznej oraz filtrację utleniania w filtrach ziarnistych lub membranowych. Podczas stosowania utleniaczy kontakt z membranami-zwłaszcza materiałami wrażliwymi na poliamid lub utlenianie-można uniknąć. Komercyjne środki czyszczące i protokoły czyszczenia mogą usuwać złogi żelaza z membran RO.

Kolejnym składnikiem beztlenowych wód gruntowych jest siarkowodór (H₂S). Wejście powietrza utlenia H₂s do siarki koloidalnej, zanieczyszczając błony. Podobnie jak w przypadku utleniania żelaza, zapobieganie wnikaniu powietrza ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia zanieczyszczenia siarki. Złoża siarki na błonach są często nieodwracalne.

4. Zadaszanie biologiczne
Zadranienie biologiczne odnosi się do przywiązania lub wzrostu mikroorganizmów lub zewnątrzkomórkowych substancji rozpuszczalnych na powierzchni błony lub w kanałach zasilających. Wspólne w systemach RO, degraduje wydajność poprzez zmniejszenie strumienia, obniżenie szybkości odrzucenia, zwiększenie spadku ciśnienia w modułach, zanieczyszczającą permeat, degradujące materiały membranowe i długoterminowe długość membrany.

Bliologiczne zanieczyszczenie można zapobiec, utrzymując optymalne warunki pracy, stosując bioobój i okresowe spłukiwanie modułów membrany jałowych. Wiele roztworów zasilających RO/NF (zwykle wód gruntowych) ma niskie obciążenia drobnoustrojów. Właściwe działanie zapewnia siły ścinające w kanałach paszowych zapobiegają nadmiernej akumulacji bakteryjnej. Jednak drobnoustroje rozprastają się szybko w okresach bezczynnych. Aby to złagodzić, konieczne jest okresowe spłukiwanie z permeatem lub dodawaniem biocidów podczas wyłączania. Roztwory chloru w zalecanych limitach służą jako bioobój dla błon octanu celulozy, ale błony poliamidowe - podlegające degradacji chloru - odpowiadają alternatywom, takie jak bisulfit sodu.

W przypadku błon octanu celulozowego może być ciągłe chlorowanie w kontrolowanych stężeniach. W przypadku błon poliamidowych można zastosować promieniowanie ultrafioletowe, chloraminację lub deklorowanie po chlorowaniu.

Wniosek
Wstępne obróbkę ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania skalowaniu i zanieczyszczeniu. Typowe metody obejmują zakwaszenie i inhibitory skali, aby zapobiec wytrącaniu soli i filtracji w celu blokowania cząstek stałych. Źródła wody w czystości zasilają (np. Wody gruntowe) mogą wymagać tylko filtracji naboju przed jednostkami membranowymi, podczas gdy wloty powierzchniowe wymagają zaawansowanych metod filtracji, w tym krzepnięcia, flokulacji, sedymentacji oraz filtracji ziarnistej lub błony. Ponieważ wydajność membrany zależy od skuteczności obróbki wstępnej, niezbędne są właściwy wybór i projekt pociągów wstępnych.