Hvordan forhindre begroing og skalering i omvendte osmosesystemer? Forstå virkningen av konsentrasjonspolarisering

Konsentrasjonspolarisering (CP)

Konsentrasjonspolarisering refererer til bivirkningene forårsaket av kontinuerlig akkumulering av oppløste stoffer på membranoverflaten, som svekker membranytelsen. Når vann gjennomsyrer gjennom membranen, transporteres fôringsløsningen (som inneholder vann og oppløsninger) til membranoverflaten. Når renset vann passerer gjennom membranen, akkumuleres oppløsninger nær membranoverflaten. ① I membranfiltrering kontakter partikler membranen og danner et filterkakelag. ② På grunn av den distinkte fjerningsmekanismen for omvendt osmose (RO), danner oppløsninger i løsningen et høykonsentrasjonsgrenselag på membranoverflaten. Dette resulterer i konsentrasjonspolarisering, noe som gjør den solutte konsentrasjonen ved membranoverflaten høyere enn i bulkløsningen i fôrkanalen.

Bivirkninger av konsentrasjonspolarisering på RO -ytelse
① Den høye løstkonsentrasjonen ved membranoverflaten øker den osmotiske trykkgradienten, og reduserer vannstrømmen.
② Forhøyede konsentrasjonsgradienter og redusert vannfluks øker massemasseoverføringen over membranen, og senker avvisningshastigheten.
③ Løselighetsgrenser for oppløste stoffer kan overskrides, noe som fører til nedbør og skalering.

Begroing og skalering i omvendt osmose

Nanofiltrering (NF) og RO -membraner er utsatt for begroing gjennom forskjellige mekanismer. Primære kilder til begroing og skalering inkluderer svevestøv, nedbør av uoppløselige uorganiske salter, oksidasjon av oppløselige metaller og biologiske stoffer.

1.Partikulær begroing

RO-operasjonssykluser inkluderer ikke tilbakevasking for å fjerne akkumulerte svevestøv (faktisk kan tilbakevasking forårsake delaminering av det aktive laget fra støttelaget i tynnfilmkomposittmembraner). Partikkelformet begroing er en stor bekymring i RO -systemer. Nesten alle RO -systemer krever forbehandling for å minimere partikkelformet begroing, ettersom gjenværende partikler svekker rengjøringseffektiviteten.

Uorganiske og organiske stoffer, inkludert mikrobielle komponenter og biologisk rusk, kan forårsake partikkelformet begroing, noe som fører til blokkering og filterkakedannelse. Blokkering oppstår når store partikler i fôringsløsningen er fanget i fôrkanalene og rørledningen. Forbehandling av fôrløsningen ved bruk av pre-filtrering kan redusere blokkering. RO -membranprodusenter anbefaler å bruke 5μm kassettfiltre som et minimum forbehandlingstrinn for å beskytte membranmoduler.

Partikkelformede materiale danner et filterkakelag på membranoverflaten, øker hydraulisk motstand og påvirker systemets ytelse. Fôrvann utsatt for partikkelformet begroing krever avansert forbehandling for å redusere partikkelkonsentrasjoner til akseptable nivåer. Koagulering, filtrering (ved bruk av sand, karbon eller andre medier), og noen ganger mikrofiltrering (MF) eller ultrafiltrering (UF) brukes som forbehandlingsmetoder.

2. Forespørsel og skalering av uorganiske salter
Uorganisk skalering oppstår når salter i løsningen overstiger løselighetsgrensene og bunnfallet. Nedbør skjer når ioner som utgjør disse saltene er konsentrert utover deres løselighetsprodukter, spesielt i høykonsentrasjonsområder nær membranoverflaten, og forverrer konsentrasjonspolarisering. Uorganisk skalering på membranoverflaten reduserer vannpermeabiliteten eller forårsaker irreversibel membranskade.

I mangel av forbehandling, må nedbør unngås ved å minimere konsentrasjonspolarisering, og begrense saltavstøtningshastigheten eller utvinningshastigheten. Konsentrasjonspolarisering kan reduseres ved å forbedre turbulent strømning i fôrkanalene og opprettholde minimum strømningshastigheter spesifisert av utstyrsprodusenter. Å begrense saltavvisningshastigheter er upraktisk på grunn av motstridende ingeniørmål, men å begrense utvinningsgraden er ofte nødvendig for å forhindre nedbør. Den maksimale tillatte utvinningshastigheten før saltutfelling oppstår er definert som den tillatte utvinningsgraden, med salt som initierer nedbør kalt det "kritiske saltet." Vanlige skalaer i vannbehandlingsapplikasjoner inkluderer kalsiumkarbonat (Caco₃) og kalsiumsulfat (CASO₄).

Forbehandling er viktig for alle praktiske RO -systemer for å forhindre at skalering sparsomt oppløselige salter. Kalsiumkarbonatutfelling er utbredt, så de fleste systemer krever forbehandling for denne forbindelsen. Forsuring av fôrløsningen for å justere pH omdanner karbonationer til bikarbonat og karbondioksid, og forhindrer Caco₃ -nedbør. Svuriske og saltsyrer brukes ofte, selv om svovelsyre kan øke sulfatkonsentrasjonen, noe som fører til sulfatskalering. De fleste RO -fôrløsninger er justert til pH 5,5–6,0, der de fleste karbonater eksisterer som CO₂ og permeat gjennom membranen.

Skalering av andre kritiske salter forhindres vanligvis ved bruk av skalahemmere. Disse hemmere forhindrer krystalldannelse og vekst, og undertrykker nedbør selv under overmettede forhold. Den tillatte graden av overmettelse avhenger av hemmerens egenskaper, ofte proprietære og spesifikke for utstyrskonfigurasjoner. Valg av passende hemmere bør følge utstyr og inhibitorprodusentanbefalinger, med stedsspesifikk fôrvannsanalyse og utvinningshastighetsdesign.

Utover forsuring og hemmere, inkluderer moderne installasjoner tiltak for å redusere konsentratavløpsvolum og forbedre vanngjenvinning, og ytterligere avbøtende skalering.

3. Metalloksydforbindelse
Grunnvann, en vanlig RO/NF -fôrkilde, er ofte anaerob. Oppløst jern- og manganforbindelser oksideres og bunnfall når oksidanter kommer inn i fôringsløsningen, og begroingsmembraner. Jernkalling er hyppigere og forekommer raskt ved luftinntrenging. Oksidasjon eller fjerning av oksidert jern/mangan kan forhindre begroing. For lave jernkonsentrasjoner, forhindrer luftinntrengning; Skalainhibitorer inkluderer ofte tilsetningsstoffer for å dempe lavkonsentrasjons jernkalling. Forbehandling av jern involverer oksidasjon med oksygen eller klor, etterfulgt av blanding, tilstrekkelig hydraulisk retensjonstid og oksidasjonsfiltrering i granulære medier eller membranfilter. Når du bruker oksidanter, må du kontakte membraner-spesielt polyamid eller oksidasjonsfølsomme materialer-unngås. Kommersielle rengjøringsmidler og rengjøringsprotokoller kan fjerne jernforekomster fra RO -membraner.

En annen komponent i anaerobt grunnvann er hydrogensulfid (H₂s). Luftinntrengning oksiderer H₂s til kolloidale svovel, begroingsmembraner. Som med jernoksidasjon, er det å forhindre luftinntrenging avgjørende for å unngå svovelforbindelse. Svovelavsetninger på membraner er ofte irreversible.

4. Biologisk begroing
Biologisk begroing refererer til tilknytning eller vekst av mikroorganismer eller ekstracellulære oppløselige stoffer på membranoverflaten eller innenfor fôrkanaler. Vanlig i RO -systemer nedbryter det ytelsen ved å redusere fluks, senke avvisningshastigheten, øke trykkfallet over moduler, forurense permeat, nedbrytende membranmaterialer og forkorte membranens levetid.

Biologisk begroing kan forhindres ved å opprettholde optimale driftsforhold, påføre biocider og med jevne mellomrom skylle ledig membranmoduler. Mange RO/NF -fôrløsninger (vanligvis grunnvann) har lave mikrobielle belastninger. Riktig drift sikrer skjærkrefter i fôrkanaler forhindrer overdreven bakteriell akkumulering. Mikrober sprer seg imidlertid raskt i ledige perioder. For å dempe dette er periodisk spyling med permeat eller tilsetning av biocider nødvendig under nedleggelser. Kloroppløsninger innenfor anbefalte grenser fungerer som biocider for celluloseacetatmembraner, men polyamidmembraner - mottagelig for nedbrytning av klor - krever alternativer som natriumbisulfitt.

For celluloseacetatmembraner kan kontinuerlig klorering ved kontrollerte konsentrasjoner. For polyamidmembraner kan ultrafiolett bestråling, kloraminering eller etterklorasjonsdeklorering brukes.

Konklusjon
Forbehandling er avgjørende for å forhindre skalering og begroing. Vanlige metoder inkluderer forsuring og skalahemmere for å forhindre saltutfelling og filtrering for å blokkere svevestøv. Rengjøringsvannskilder (f.eks. Grunnvann) kan bare kreve kassettfiltrering før membranenheter, mens overflatevanninntak krever avanserte filtreringsmetoder, inkludert koagulering, flokkulering, sedimentasjon og granulær eller membranfiltrering. Siden membranytelse avhenger av forbehandlingseffektivitet, er riktig valg og utforming av forbehandlingstog essensielt.