Kuinka estää likaantuminen ja skaalaus käänteisosmoosijärjestelmissä? Pitoisuuden polarisaation vaikutuksen ymmärtäminen

Pitoisuuspolarisaatio (CP)

Konsentraatiopolarisaatio viittaa haittavaikutuksiin, jotka johtuvat liuenneiden aineiden jatkuvasta kertymisestä kalvon pinnalle, joka heikentää kalvon suorituskykyä. Kun vesi läpäisee kalvon läpi, syöttöliuos (joka sisältää vettä ja liuenneita aineita) kuljetetaan kalvon pintaan. Kun puhdistettu vesi kulkee kalvon läpi, liuenneita aineita kerääntyvät lähellä kalvon pintaa. ① Kalvojen suodatuksessa hiukkaset koskettavat kalvoon ja muodostavat suodatinkakkukerroksen. ② Käänteisen osmoosin (RO) erillisen poistomekanismin takia liuoksessa liuokset muodostavat korkean kokennuksen rajakerroksen kalvon pinnalle. Tämä johtaa pitoisuuteen polarisaatioon, mikä tekee liuenneen aineen pitoisuuden kalvon pinnalla korkeamman kuin syöttökanavan irtotavarana.

Pitoisuuden polarisaation haittavaikutukset RO -suorituskykyyn
① Korkea liuenneen aineen pitoisuus kalvon pinnalla lisää osmoottista painegradienttia vähentäen vesivuon.
② Korotetut pitoisuusgradientit ja vähentynyt vesivirta parantavat liuennettua massan siirtoa kalvon läpi, alentaen hylkäämisnopeuksia.
③ liuenneiden aineiden liukoisuusrajat voidaan ylittää, mikä johtaa saostumiseen ja skaalaamiseen.

Likaantuminen ja skaalaus käänteisosmoosissa

Nanofiltraatio (NF) ja RO -kalvot ovat alttiita likaantumiselle eri mekanismien kautta. Primaarisia likaantumislähteitä ovat hiukkaset, liukenemattomien epäorgaanisten suolojen saostuminen, liukoisten metallien hapettuminen ja biologiset aineet.

1.Partikuloitu likaantuminen

RO-toimintasyklit eivät sisällä takapesua kertyneiden hiukkasten poistamiseksi (itse asiassa takaisinpesu voi aiheuttaa aktiivisen kerroksen delaminaation ohutkalvokomposiittikalvojen tukikerroksesta). Hiukkasten likaantuminen on suuri huolenaihe RO -järjestelmissä. Lähes kaikki RO -järjestelmät vaativat esikäsittelyä hiukkasten likaantumisen minimoimiseksi, koska jäännöspartikkelit heikentävät puhdistustehokkuutta.

Epäorgaaniset ja orgaaniset aineet, mukaan lukien mikrobikomponentit ja biologiset roskat, voivat aiheuttaa hiukkasmaisia ​​likaantumia, mikä johtaa tukkeutumiseen ja suodatin kakkujen muodostumiseen. Tukkeutuminen tapahtuu, kun syöttöliuoksen suuret hiukkaset ovat loukussa syöttökanavissa ja putkistoissa. Syöttöratkaisun esikäsittely esisuodattaessa voi vähentää tukkeutumista. RO -kalvovalmistajat suosittelevat 5 μm patruunasuodattimien käyttöä minimi -esikäsittelyvaiheessa kalvomoduulien suojaamiseksi.

Hiukkaset muodostavat suodatinkakkukerroksen kalvon pinnalle, lisäämällä hydraulista vastusta ja vaikuttavat järjestelmän suorituskykyyn. Syöttöveden alttiita hiukkasten likaantumiseen vaatii edenneen esikäsittelyn hiukkasten pitoisuuksien vähentämiseksi hyväksyttäville tasoille. Horagulaatiota, suodatusta (käyttämällä hiekkaa, hiiltä tai muita väliaineita) ja joskus mikrofiltraatiota (MF) tai ultrasuodatusta (UF) käytetään esikäsittelymenetelminä.

2. Epäorgaanisten suolojen tuottaminen ja skaalaus
Epäorgaaninen skaalaus tapahtuu, kun liuoksessa olevat suolat ylittävät niiden liukoisuusrajat ja saostumat. Sademäärä tapahtuu, kun näitä suoloja muodostavat ionit ovat keskittyneet liukoisuustuotteidensa ulkopuolelle, etenkin korkean keskittymisalueilla lähellä kalvon pintaa, pahentaen pitoisuuden polarisaatiota. Epäorgaaninen skaalaus kalvon pinnalla vähentää veden läpäisevyyttä tai aiheuttaa peruuttamattomia kalvovaurioita.

Esikäsittelyn puuttuessa saostumista on vältettävä minimoimalla pitoisuuden polarisaatio, rajoittamalla suolan hyljinnänopeutta tai palautumisnopeutta. Konsentraatiopolarisaatiota voidaan vähentää parantamalla turbulenssia virtausta syöttökanavissa ja ylläpitämällä laitevalmistajien määrittämiä minimivirtausnopeuksia. Suolan hylkäämisasteen rajoittaminen on epäkäytännöllistä ristiriitaisten tekniikan tavoitteiden vuoksi, mutta palautumisasteen rajoittaminen on usein välttämätöntä sateiden estämiseksi. Suurin sallittu palautumisnopeus ennen suolan saostumista määritellään sallittuna talteenottotaajuudeksi, kun suolaa aloittavan sademäärän nimi on "kriittinen suola". Vedenkäsittelysovellusten yleisiä asteikkoja ovat kalsiumkarbonaatti (Caco₃) ja kalsiumsulfaatti (CASO₄).

Esikäsittely on välttämätöntä kaikille käytännöllisille RO -järjestelmille estämään skaalaus säästeliäästi liukoisista suoloista. Kalsiumkarbonaatin saostuminen on yleistä, joten useimmat järjestelmät vaativat esikäsittelyä tälle yhdisteelle. Syöttöliuoksen happamoituminen pH: n säätämiseksi muuntaa karbonaatti -ionit bikarbonaatiksi ja hiilidioksidiksi estäen Caco₃ -saostumista. Rikki- ja suolahappoja käytetään yleisesti, vaikka rikkihappo voi lisätä sulfaattipitoisuuksia, mikä johtaa sulfaatin skaalaukseen. Suurin osa RO -syöttöratkaisuista säädetään pH: hon 5,5–6,0, jossa suurin osa karbonaatista on olemassa ja läpäisee kalvon läpi.

Muiden kriittisten suolojen skaalaaminen estävät tyypillisesti asteikon estäjillä. Nämä estäjät estävät kiteiden muodostumisen ja kasvun tukahduttamalla saostumista jopa ylikyllästetyissä olosuhteissa. Sallittu ylikyllennysaste riippuu estäjän ominaisuuksista, usein omistusoikeuden ja spesifisen laitteen kokoonpanoissa. Asianmukaisten estäjien valinnan tulisi noudattaa laitteita ja estäjien valmistajan suosituksia paikkaspesifisellä syöttöveden analysoinnilla ja talteenottoasteen suunnittelulla.

Happamoitumisen ja estäjien lisäksi nykyaikaiset installaatiot sisältävät toimenpiteitä tiivisteiden jäteveden määrien vähentämiseksi ja veden talteenottoa parantaen lisäämällä skaalausta.

3. Metallioksidin likaantuminen
Pohjavesi, yleinen RO/NF -syöttölähde, on usein anaerobinen. Liuennetut rauta- ja mangaaniyhdisteet hapetetaan ja saostuvat, kun hapettimet saapuvat rehuliuokseen, likaantuen kalvot. Raudan likaantuminen on yleisempi ja tapahtuu nopeasti ilman sisäänpääsyn jälkeen. Hapetetun raudan/mangaanin hapettuminen tai poistaminen voi estää likaantumisen. Pienille rautapitoisuuksille ilman pääsyn estäminen riittää; Asteikko-estäjiä sisältävät usein lisäaineita vähentämään raudan likaantumisen vähäisiä. Raudan esikäsittelyyn sisältyy hapettuminen hapen tai kloorin kanssa, jota seuraa sekoitus, riittävä hydraulinen retentioaika ja hapetussuodatus rakeisissa väliaineissa tai kalvosuodattimissa. Hapettimia käytettäessä kosketus membraanien-etenkin polyamidi- tai hapettumisherkkien materiaalien kanssa-on vältettävä. Kaupalliset puhdistusaineet ja puhdistusprotokollat ​​voivat poistaa rautakerrokset RO -kalvoista.

Toinen komponentti anaerobisessa pohjavedessä on rikkivety (H₂S). Ilman sisäänpääsy hapettaa h₂s kolloidiseen rikkiin, likaantuviin kalvoihin. Kuten raudan hapettumisessa, ilman sisäänpääsyn estäminen on kriittistä rikin likaantumisen välttämiseksi. Kalvojen rikkivarastot ovat usein peruuttamattomia.

4. biologinen likaantuminen
Biologinen likaantuminen tarkoittaa mikro -organismien tai solunulkoisten liukoisten aineiden kiinnittymistä tai kasvua kalvon pinnalla tai syöttökanavilla. RO -järjestelmissä yleinen, se heikentää suorituskykyä vähentämällä vuon, alentamalla hylkäämisnopeuksia, lisäämällä painehäviöitä moduulien läpi, saastuttamalla tunkeutumista, hajottavia kalvomateriaaleja ja lyhentämällä kalvon elinaikaa.

Biologinen likaantuminen voidaan estää ylläpitämällä optimaalisia käyttöolosuhteita, soveltamalla biosidejä ja ajoittain huuhtelemalla tyhjäkäyntikalvomoduuleja. Monissa RO/NF -syöttöratkaisuissa (tyypillisesti pohjavesi) on alhaiset mikrobikuormat. Oikea toiminta varmistaa syöttökanavien leikkausvoimat estävät liiallisen bakteerien kertymisen. Mikrobit kuitenkin lisääntyvät nopeasti joutokäynnillä. Tämän lieventämiseksi jaksollinen huuhtelu läpäisyllä tai biosidien lisääminen on välttämätöntä sammutusten aikana. Klooriliuokset suositeltujen rajojen sisällä toimivat biosideinä selluloosa -asetaattikalvoille, mutta polyamidikalvot - kloorien hajoamiseen käytettäviä - Vaaditaan vaihtoehtoja, kuten natriumbisulfiittiä.

Selluloosa -asetaattikalvoille jatkuva klooraus kontrolloiduissa pitoisuuksissa voi. Polyamidikalvoille voidaan käyttää ultraviolettien säteilytystä, kloraminointia tai kloorauksen jälkeistä kloorausta.

Johtopäätös
Esikäsittely on kriittistä skaalauksen ja likaantumisen estämiseksi. Yleisiä menetelmiä ovat happamoituminen ja asteikon estäjät suolan saostumisen ja suodatuksen estämiseksi hiukkasten estämiseksi. Puhdas syöttövesilähteet (esim. Pohjavesi) voivat vaatia vain patruunan suodatusta ennen kalvoyksiköitä, kun taas pintavesien saanti vaatii pitkälle edenneet suodatusmenetelmät, mukaan lukien hyytyminen, flokkulaatio, sedimentaatio ja rakeinen tai kalvon suodatus. Koska kalvon suorituskyky riippuu esikäsittelyn tehokkuudesta, esikäsittelyjunien asianmukainen valinta ja suunnittelu ovat välttämättömiä.