چگونه از رسوب و مقیاس گذاری در سیستم های اسمز معکوس جلوگیری کنیم؟ درک تأثیر قطبش غلظت

قطبش غلظت (CP)

قطبش غلظت به عوارض جانبی ناشی از تجمع مداوم املاح در سطح غشای ، که باعث اختلال در عملکرد غشای می شود ، اشاره دارد. از آنجا که آب از طریق غشاء نفوذ می کند ، محلول خوراک (حاوی آب و املاح) به سطح غشای منتقل می شود. هنگامی که آب خالص از غشاء عبور می کند ، املاح در نزدیکی سطح غشای جمع می شود. ① در تصفیه غشای ، ذرات با غشای تماس می گیرند و یک لایه کیک فیلتر تشکیل می دهند. ② با توجه به مکانیسم حذف مشخص اسمز معکوس (RO) ، املاح در محلول یک لایه مرزی با غلظت بالا در سطح غشای تشکیل می دهد. این منجر به قطبش غلظت می شود و غلظت املاح در سطح غشای بالاتر از محلول فله در کانال خوراک را بالاتر می برد.

عوارض جانبی قطبش غلظت بر عملکرد RO
① غلظت با املاح بالا در سطح غشای ، شیب فشار اسمزی را افزایش می دهد و شار آب را کاهش می دهد.
② شیب غلظت بالا و کاهش شار آب باعث افزایش انتقال جرم املاح در غشاء و کاهش نرخ رد می شود.
③ حلالیت حلالیت ممکن است بیش از حد باشد و منجر به بارش و مقیاس گذاری شود.

رسوب و مقیاس گذاری در اسمز معکوس

غشاهای نانوفیلتراسیون (NF) و RO مستعد ابتلا به مکانیسم های مختلف هستند. منابع اصلی رسوب و مقیاس گذاری شامل ذرات ، بارش نمکهای معدنی نامحلول ، اکسیداسیون فلزات محلول و مواد بیولوژیکی است.

1. رسوب واریته

چرخه های عملیاتی RO شامل شستشوی برگشتی برای از بین بردن ذرات انباشته نشده است (در واقع ، شستشوی پشت ممکن است باعث لایه بندی لایه فعال از لایه پشتیبانی در غشاهای کامپوزیت فیلم نازک شود). رسوب ذرات یکی از نگرانی های عمده در سیستم های RO است. تقریباً تمام سیستم های RO برای به حداقل رساندن رسوب ذرات نیاز به پیش درمانی دارند ، زیرا ذرات باقیمانده باعث افزایش کارایی تمیز کردن می شوند.

مواد معدنی و آلی ، از جمله اجزای میکروبی و بقایای بیولوژیکی ، می توانند باعث بروز ذرات شوند و منجر به انسداد و تشکیل کیک فیلتر شوند. انسداد هنگامی اتفاق می افتد که ذرات بزرگ در محلول خوراک در کانال های خوراک و لوله کشی به دام می افتند. پیش تصفیه محلول خوراک با استفاده از پیش فیلتراسیون می تواند انسداد را کاهش دهد. تولید کنندگان غشای RO استفاده از فیلترهای کارتریج 5μm را به عنوان حداقل مرحله پیش درمانی برای محافظت از ماژول های غشایی توصیه می کنند.

ماده ذرات یک لایه کیک فیلتر را بر روی سطح غشای تشکیل می دهد و باعث افزایش مقاومت هیدرولیکی و تأثیرگذاری بر عملکرد سیستم می شود. آب خوراک مستعد به رسوب ذرات نیاز به پیش درمانی پیشرفته برای کاهش غلظت ذرات به سطح قابل قبول دارد. انعقاد ، تصفیه (استفاده از شن ، کربن یا سایر رسانه ها) و گاهی اوقات میکروفیلتراسیون (MF) یا اولترافیلتراسیون (UF) به عنوان روش های پیش درمانی استفاده می شوند.

2. پیش بینی و مقیاس نمک معدنی
مقیاس بندی معدنی زمانی اتفاق می افتد که نمک در محلول از حد حلالیت آنها فراتر رفته و رسوب می کند. بارش زمانی اتفاق می افتد که یونهای تشکیل دهنده این نمک ها فراتر از محصولات حلالیت آنها ، به ویژه در مناطق با غلظت بالا در نزدیکی سطح غشای متمرکز شوند و قطبش غلظت را تشدید می کنند. مقیاس بندی معدنی بر روی سطح غشای باعث کاهش نفوذپذیری آب می شود یا باعث آسیب غیر قابل برگشت غشای می شود.

در صورت عدم پیش درمانی ، با به حداقل رساندن قطبش غلظت ، محدود کردن میزان رد نمک یا میزان بهبودی باید از بارش جلوگیری شود. قطبش غلظت را می توان با افزایش جریان آشفته در کانال های خوراک و حفظ حداقل سرعت جریان مشخص شده توسط تولید کنندگان تجهیزات کاهش داد. محدود کردن نرخ رد نمک به دلیل اهداف مهندسی متناقض غیر عملی است ، اما محدود کردن نرخ بهبودی اغلب برای جلوگیری از بارش ضروری است. حداکثر میزان بهبودی مجاز قبل از بروز بارندگی نمک به عنوان میزان بهبودی مجاز تعریف می شود ، با این که نمک بارش را "نمک بحرانی" آغاز می کند. مقیاس های متداول در کاربردهای تصفیه آب شامل کربنات کلسیم (CACO₃) و سولفات کلسیم (CASO₄) است.

پیش درمانی برای همه سیستم های RO عملی برای جلوگیری از مقیاس بندی نمک های کم محلول ضروری است. بارش کربنات کلسیم رواج دارد ، بنابراین بیشتر سیستم ها برای این ترکیب نیاز به پیش درمانی دارند. اسیدی شدن محلول خوراک برای تنظیم pH ، یونهای کربنات را به بی کربنات و دی اکسید کربن تبدیل می کند و از بارش کاکو جلوگیری می کند. اسیدهای گوگرد و هیدروکلریک معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، اگرچه اسید سولفوریک ممکن است غلظت سولفات را افزایش دهد و منجر به مقیاس بندی سولفات شود. بیشتر محلول های خوراک RO به pH 5.5-6.0 تنظیم می شوند ، جایی که بیشتر کربنات ها به صورت Co₂ وجود دارند و از طریق غشای نفوذ می کنند.

از مقیاس گذاری نمکهای مهم دیگر با استفاده از مهار کننده های مقیاس جلوگیری می شود. این مهار کننده ها از تشکیل و رشد کریستال جلوگیری می کنند و بارش را حتی در شرایط اشباع نشده سرکوب می کنند. درجه مجاز اشباع فوق العاده بستگی به خصوصیات مهار کننده ، اغلب اختصاصی و خاص برای تنظیمات تجهیزات دارد. انتخاب مهارکننده های مناسب باید از تجهیزات و توصیه های تولید کننده مهار کننده ، با تجزیه و تحلیل آب خوراک خاص سایت و طراحی نرخ بازیابی استفاده کنند.

فراتر از اسیدی سازی و مهار کننده ها ، تاسیسات مدرن اقداماتی را برای کاهش حجم فاضلاب کنسانتره و تقویت بازیابی آب شامل می شود و باعث کاهش مقیاس بیشتر می شود.

3. رسوب اکسید فلزی
آبهای زیرزمینی ، یک منبع تغذیه مشترک RO/NF ، اغلب بی هوازی است. ترکیبات آهن و منگنز محلول اکسیده شده و رسوب می شوند که اکسیدان ها وارد محلول خوراک می شوند و غشاها را رسوب می کنند. رسوب آهن بیشتر است و به سرعت در هنگام ورود به هوا رخ می دهد. اکسیداسیون یا حذف آهن/منگنز اکسیده شده می تواند از رسوب جلوگیری کند. برای غلظت کم آهن ، جلوگیری از کفایت هوا. مهار کننده های مقیاس اغلب شامل مواد افزودنی برای کاهش رسوب آهن با غلظت کم هستند. پیش درمانی آهن شامل اکسیداسیون با اکسیژن یا کلر ، به دنبال آن مخلوط کردن ، زمان احتباس کافی هیدرولیک و فیلتراسیون اکسیداسیون در محیط دانه یا فیلترهای غشایی است. هنگام استفاده از اکسیدان ها ، تماس با غشاها-به ویژه پلی آمید یا مواد حساس به اکسیداسیون-باید از آن جلوگیری شود. پاک کننده های تجاری و پروتکل های تمیز کننده می توانند رسوبات آهن را از غشاهای RO خارج کنند.

یکی دیگر از مؤلفه های آب زیرزمینی بی هوازی سولفید هیدروژن (H₂S) است. ورود هوا H₂s را به گوگرد کلوئیدی و غشای رسوب می کند. مانند اکسیداسیون آهن ، جلوگیری از ورود هوا برای جلوگیری از رسوب گوگرد بسیار مهم است. رسوبات گوگرد بر روی غشاها اغلب برگشت ناپذیر است.

4. رسوب بیولوژیکی
رسوب بیولوژیکی به دلبستگی یا رشد میکروارگانیسم ها یا مواد محلول خارج سلولی در سطح غشای یا در کانال های خوراک اشاره دارد. در سیستم های RO متداول است ، با کاهش شار ، کاهش نرخ رد ، افزایش افت فشار در ماژول ها ، آلوده کننده نفوذ ، مواد غشایی تخریب کننده و کوتاه کردن طول غشای ، عملکرد را کاهش می دهد.

با حفظ شرایط عملیاتی بهینه ، استفاده از بیوسیدها و ماژول های غشای بیکار ، می توان از رسوب بیولوژیکی جلوگیری کرد. بسیاری از محلول های خوراک RO/NF (به طور معمول آب زیرزمینی) دارای بارهای میکروبی کم هستند. عملکرد مناسب تضمین می کند که نیروهای برشی در کانال های خوراک از تجمع بیش از حد باکتریها جلوگیری می کنند. با این حال ، میکروب ها در دوره های بیکار به سرعت تکثیر می شوند. برای کاهش این امر ، گرگرفتگی دوره ای با نفوذ یا اضافه کردن بیوکسیدها در هنگام خاموش کردن ضروری است. محلول های کلر در محدوده توصیه شده به عنوان بیوکسیدها برای غشاهای استات سلولز عمل می کنند ، اما غشاهای پلی آمید - که برای تخریب کلر قابل انکار است - گزینه های دیگری مانند بیسولفیت سدیم را درخواست می کنند.

برای غشاهای استات سلولز ، کلریناسیون مداوم در غلظت های کنترل شده ممکن است. برای غشاهای پلی آمید ، تابش ماوراء بنفش ، کلراسیناسیون یا دفع کلرسیون پس از کلرسیون ممکن است استفاده شود.

پایان
پیش درمانی برای جلوگیری از مقیاس گذاری و رسوب بسیار مهم است. روشهای متداول شامل اسیدی شدن و مهار کننده های مقیاس برای جلوگیری از بارش نمک و تصفیه برای مسدود کردن ذرات است. منابع آب خوراک تمیز (به عنوان مثال ، آبهای زیرزمینی) فقط ممکن است قبل از واحدهای غشایی به تصفیه کارتریج نیاز داشته باشد ، در حالی که مصرف آب سطحی به روشهای فیلتراسیون پیشرفته ، از جمله انعقاد ، لخته سازی ، رسوبات و فیلتراسیون دانه یا غشایی نیاز دارد. از آنجا که عملکرد غشای بستگی به اثربخشی پیش درمانی دارد ، انتخاب مناسب و طراحی قطارهای پیش درمانی ضروری است. $ $