Bagaimana untuk mencegah fouling dan skala dalam sistem osmosis terbalik? Memahami kesan polarisasi kepekatan

Polarisasi kepekatan (CP)

Polarisasi konsentrasi merujuk kepada kesan buruk yang disebabkan oleh pengumpulan larutan berterusan pada permukaan membran, yang merosakkan prestasi membran. Apabila air meresap melalui membran, larutan makanan (mengandungi air dan larutan) diangkut ke permukaan membran. Apabila air yang disucikan melalui membran, larutan berkumpul berhampiran permukaan membran. ① Dalam penapisan membran, zarah hubungi membran dan membentuk lapisan kek penapis. ② Oleh kerana mekanisme penyingkiran yang berbeza dari osmosis terbalik (RO), larutan dalam larutan membentuk lapisan sempadan penentuan tinggi pada permukaan membran. Ini mengakibatkan polarisasi kepekatan, menjadikan kepekatan larut pada permukaan membran lebih tinggi daripada penyelesaian pukal dalam saluran suapan.

Kesan buruk polarisasi kepekatan terhadap prestasi RO
① Kepekatan larutan tinggi di permukaan membran meningkatkan kecerunan tekanan osmotik, mengurangkan fluks air.
② Kecerunan kepekatan yang tinggi dan mengurangkan fluks air meningkatkan pemindahan jisim larut merentasi membran, menurunkan kadar penolakan.
③ Batasan larutan larut boleh melebihi, yang membawa kepada pemendakan dan skala.

Menjelajah dan berskala dalam osmosis terbalik

Nanofiltration (NF) dan membran RO terdedah kepada fouling melalui pelbagai mekanisme. Sumber utama fouling dan scaling termasuk bahan partikulat, pemendakan garam tak organik yang tidak larut, pengoksidaan logam larut, dan bahan biologi.

1.Particulate fouling

Kitaran operasi RO tidak termasuk cuci backwashing untuk menghilangkan bahan partikulat terkumpul (sebenarnya, cuci backwashing boleh menyebabkan penyingkiran lapisan aktif dari lapisan sokongan dalam membran komposit filem nipis). Fouling particulate adalah kebimbangan utama dalam sistem RO. Hampir semua sistem RO memerlukan pretreatment untuk meminimumkan fouling partikulat, kerana zarah sisa menjejaskan kecekapan pembersihan.

Bahan bukan organik dan organik, termasuk komponen mikrob dan serpihan biologi, boleh menyebabkan fouling partikulat, yang membawa kepada penyumbatan dan penapis pembentukan kek. Penyumbatan berlaku apabila zarah -zarah besar dalam larutan makanan terperangkap dalam saluran suapan dan paip. Pretreatment penyelesaian suapan menggunakan pra-filtrasi dapat mengurangkan penyumbatan. Pengilang membran RO mengesyorkan menggunakan penapis kartrij 5μm sebagai langkah pretreatment minimum untuk melindungi modul membran.

Bahan partikulat membentuk lapisan kek penapis pada permukaan membran, meningkatkan rintangan hidraulik dan mempengaruhi prestasi sistem. Air makanan yang terdedah kepada fouling partikulat memerlukan pretreatment lanjutan untuk mengurangkan kepekatan zarah ke tahap yang boleh diterima. Pembekuan, penapisan (menggunakan pasir, karbon, atau media lain), dan kadang -kadang mikrofiltrasi (MF) atau ultrafiltrasi (UF) digunakan sebagai kaedah pretreatment.

2. Penjelasan dan penskalaan garam bukan organik
Penskalaan bukan organik berlaku apabila garam dalam larutan melebihi had kelarutan dan mendakan. Pemendakan berlaku apabila ion yang membentuk garam ini tertumpu di luar produk kelarutan mereka, terutamanya di kawasan penentuan tinggi berhampiran permukaan membran, memburukkan lagi polarisasi kepekatan. Penskalaan bukan organik pada permukaan membran mengurangkan kebolehtelapan air atau menyebabkan kerosakan membran yang tidak dapat dipulihkan.

Dalam ketiadaan pretreatment, hujan mesti dielakkan dengan meminimumkan polarisasi kepekatan, mengehadkan kadar penolakan garam, atau kadar pemulihan. Polarisasi konsentrasi dapat dikurangkan dengan meningkatkan aliran bergelora dalam saluran suapan dan mengekalkan halaju aliran minimum yang ditentukan oleh pengeluar peralatan. Mengehadkan kadar penolakan garam adalah tidak praktikal kerana matlamat kejuruteraan yang bertentangan, tetapi menyekat kadar pemulihan sering diperlukan untuk mencegah hujan. Kadar pemulihan maksimum yang dibenarkan sebelum pemendakan garam berlaku ditakrifkan sebagai kadar pemulihan yang dibenarkan, dengan pemendakan yang memulakan garam disebut "garam kritikal." Skala umum dalam aplikasi rawatan air termasuk kalsium karbonat (CACO₃) dan kalsium sulfat (caso₄).

Pretreatment adalah penting untuk semua sistem RO praktikal untuk mengelakkan skala daripada garam larut larut. Pemendakan kalsium karbonat lazim, jadi kebanyakan sistem memerlukan pretreatment untuk kompaun ini. Pengasidan larutan makanan untuk menyesuaikan pH menukarkan ion karbonat ke dalam bikarbonat dan karbon dioksida, mencegah pemendakan caco. Asid sulfurik dan hidroklorik biasanya digunakan, walaupun asid sulfurik boleh meningkatkan kepekatan sulfat, yang membawa kepada skala sulfat. Kebanyakan penyelesaian makanan RO diselaraskan kepada pH 5.5-6.0, di mana kebanyakan karbonat wujud sebagai CO₂ dan meresap melalui membran.

Pengisaran garam kritikal yang lain biasanya dihalang menggunakan inhibitor skala. Inhibitor ini menghalang pembentukan dan pertumbuhan kristal, menindas hujan walaupun di bawah keadaan supersaturated. Tahap supersaturasi yang dibenarkan bergantung kepada sifat perencat, sering proprietari dan khusus untuk konfigurasi peralatan. Pemilihan inhibitor yang sesuai harus mengikuti peralatan dan cadangan pengeluar perencat, dengan analisis air suapan khusus tapak dan reka bentuk kadar pemulihan.

Di luar pengasidan dan inhibitor, pemasangan moden menggabungkan langkah -langkah untuk mengurangkan jumlah air sisa pekat dan meningkatkan pemulihan air, selanjutnya pengurangan.

3. Fouling oksida logam
Air bawah tanah, sumber makanan RO/NF yang biasa, sering anaerobik. Sebatian besi dan mangan terlarut dioksidakan dan mendakan apabila oksidan memasuki penyelesaian makanan, membran fouling. Fouling besi lebih kerap dan berlaku dengan cepat apabila masuk udara. Pengoksidaan atau penyingkiran besi teroksida/mangan boleh menghalang fouling. Untuk kepekatan besi yang rendah, menghalang kemasukan udara cukup; Inhibitor skala sering termasuk aditif untuk mengurangkan fouling besi berkonsentrasi rendah. Pretreatment besi melibatkan pengoksidaan dengan oksigen atau klorin, diikuti dengan pencampuran, masa pengekalan hidraulik yang mencukupi, dan pengoksidaan pengoksidaan dalam media berbutir atau penapis membran. Apabila menggunakan oksidan, hubungi dengan membran-terutamanya poliamida atau bahan sensitif pengoksidaan-mesti dielakkan. Pembersih komersial dan protokol pembersihan boleh mengeluarkan deposit besi dari membran RO.

Satu lagi komponen dalam air bawah tanah anaerobik ialah hidrogen sulfida (H₂s). Air ingress mengoksidakan H₂s ke koloid sulfur, membran fouling. Seperti pengoksidaan besi, menghalang kemasukan udara adalah penting untuk mengelakkan sulfur fouling. Deposit sulfur pada membran sering tidak dapat dipulihkan.

4. Biologi Fouling
Fouling biologi merujuk kepada lampiran atau pertumbuhan mikroorganisma atau bahan larut ekstraselular pada permukaan membran atau dalam saluran makanan. Biasa dalam sistem RO, ia merendahkan prestasi dengan mengurangkan fluks, menurunkan kadar penolakan, peningkatan tekanan penurunan di seluruh modul, mencemarkan permeat, merendahkan bahan membran, dan memendekkan jangka hayat membran.

Fouling biologi boleh dicegah dengan mengekalkan keadaan operasi yang optimum, memohon biosida, dan modul membran terbiar secara berkala. Banyak penyelesaian suapan RO/NF (biasanya air bawah tanah) mempunyai beban mikrob yang rendah. Operasi yang betul memastikan daya ricih dalam saluran makanan menghalang pengumpulan bakteria yang berlebihan. Walau bagaimanapun, mikrob berkembang pesat semasa tempoh terbiar. Untuk mengurangkan ini, pembilasan berkala dengan permeat atau menambah biosida diperlukan semasa penutupan. Penyelesaian klorin dalam had yang disyorkan berfungsi sebagai biosida untuk membran selulosa asetat, tetapi membran poliamida -mungkin bebas daripada alternatif degradasi klorin seperti natrium bisulfite.

Untuk membran selulosa asetat, pengklorinan berterusan pada kepekatan terkawal boleh. Bagi membran poliamida, penyinaran ultraviolet, kloraminasi, atau penyahkodan pasca pengklorinan boleh digunakan.

Kesimpulan
Pretreatment adalah penting untuk mencegah skala dan fouling. Kaedah umum termasuk pengasidan dan inhibitor skala untuk mencegah pemendakan garam dan penapisan untuk menyekat bahan partikulat. Sumber air suapan bersih (mis., Air bawah tanah) hanya memerlukan penapisan kartrij sebelum unit membran, manakala pengambilan air permukaan memerlukan kaedah penapisan lanjutan, termasuk pembekuan, pemberbukuan, pemendapan, dan penapisan berbutir atau membran. Oleh kerana prestasi membran bergantung kepada keberkesanan pretreatment, pemilihan dan reka bentuk kereta api pretreatment yang betul adalah penting.