Hvordan forhindrer man begroing og skalering i omvendte osmosisystemer? Forståelse af virkningen af ​​koncentrationspolarisering

Koncentrationspolarisering (CP)

Koncentrationspolarisation henviser til de bivirkninger forårsaget af den kontinuerlige ophobning af opløste stoffer på membranoverfladen, hvilket skader membranpræstation. Når vand gennemsyrer gennem membranen, transporteres foderopløsningen (indeholdende vand og opløsning) til membranoverfladen. Når oprenset vand passerer gennem membranen, akkumuleres opløste stoffer nær membranoverfladen. ① Ved membranfiltrering kontakter partikler membranen og danner et filterkagelag. ② På grund af den distinkte fjernelsesmekanisme for omvendt osmose (RO) danner opløste stoffer i opløsningen et højkoncentrationsgrænselag på membranoverfladen. Dette resulterer i koncentrationspolarisering, hvilket gør opløsningskoncentrationen ved membranoverfladen højere end i bulkopløsningen inden for foderkanalen.

Bivirkninger af koncentrationspolarisering på RO -ydeevne
① Den høje opløste stofkoncentration ved membranoverfladen øger den osmotiske trykgradient, hvilket reducerer vandfluxen.
② Forhøjede koncentrationsgradienter og reduceret vandflux Forbedrer opløst masseoverførsel over membranen, hvilket sænker afvisningshastighederne.
③ Opløselighedsgrænser for opløste stoffer kan overskrides, hvilket fører til nedbør og skalering.

Forurening og skalering i omvendt osmose

Nanofiltrering (NF) og RO -membraner er modtagelige for begroing gennem forskellige mekanismer. Primære kilder til begroing og skalering inkluderer partikler, nedbør af uopløselige uorganiske salte, oxidation af opløselige metaller og biologiske stoffer.

1. FORSÆTTELSE FULING

RO-driftscyklusser inkluderer ikke backwashing for at fjerne akkumulerede partikler (faktisk kan backwashing forårsage delaminering af det aktive lag fra understøttelseslaget i tyndfilmkompositmembraner). Partikulær begroing er et stort problem i RO -systemer. Næsten alle RO -systemer kræver forbehandling for at minimere partikelformig begroing, da restpartikler forringer rengøringseffektivitet.

Uorganiske og organiske stoffer, inklusive mikrobielle komponenter og biologisk affald, kan forårsage partikelformet begroing, hvilket fører til blokering og filterkagedannelse. Blokering opstår, når store partikler i foderopløsningen er fanget i foderkanalerne og rørledningen. Forbehandling af foderopløsningen ved hjælp af præ-filtrering kan reducere blokering. RO -membranproducenter anbefaler at bruge 5μm patronfiltre som et minimum forbehandlingstrin for at beskytte membranmoduler.

Partikler danner et filterkagelag på membranoverfladen, øger hydraulisk resistens og påvirker systemets ydeevne. Fodervand, der er tilbøjelig til partikelformig begroing, kræver avanceret forbehandling for at reducere partikelformige koncentrationer til acceptable niveauer. Koagulation, filtrering (ved hjælp af sand, carbon eller andre medier) og undertiden mikrofiltrering (MF) eller ultrafiltrering (UF) anvendes som forbehandlingsmetoder.

2.Precipitation og skalering af uorganiske salte
Uorganisk skalering opstår, når salte i opløsningen overstiger deres opløselighedsgrænser og bundfaldet. Udfældning sker, når ioner, der udgør disse salte, koncentreres ud over deres opløselighedsprodukter, især i områder med høj koncentration nær membranoverfladen, forværrer koncentrationspolarisering. Uorganisk skalering på membranoverfladen reducerer vandpermeabilitet eller forårsager irreversibel membranskade.

I mangel af forbehandling skal nedbør undgås ved at minimere koncentrationspolarisering, hvilket begrænser saltafvisningshastigheden eller genvindingshastigheden. Koncentrationspolarisering kan reduceres ved at forbedre turbulent strømning i foderkanalerne og opretholde minimumsstrømningshastigheder, der er specificeret af udstyrsproducenter. Det er upraktisk på grund af modstridende tekniske mål, men begrænsning af genvindingsgraden er ofte nødvendig for at forhindre nedbør. Den maksimale tilladte genvindingshastighed, før saltudfældning forekommer, defineres som den tilladte genvindingshastighed, hvor salt indledende nedbør kaldes "kritisk salt." Almindelige skalaer i vandbehandlingsanvendelser inkluderer calciumcarbonat (Caco₃) og calciumsulfat (Caso₄).

Forbehandling er vigtig for alle praktiske RO -systemer for at forhindre skalering fra sparsomt opløselige salte. Calciumcarbonatudfældning er udbredt, så de fleste systemer kræver forbehandling for denne forbindelse. Forsuring af tilførselsopløsningen til justering af PH -omdanner carbonationer til bicarbonat og kuldioxid, hvilket forhindrer caco₃ -nedbør. Svovliske og saltsyrer anvendes ofte, skønt svovlsyre kan øge sulfatkoncentrationer, hvilket fører til sulfatskalering. De fleste RO -tilførselsopløsninger justeres til pH 5,5–6,0, hvor de fleste carbonater findes som co₂ og permeat gennem membranen.

Skalering af andre kritiske salte forhindres typisk ved anvendelse af skalainhibitorer. Disse hæmmere forhindrer krystaldannelse og vækst og undertrykker nedbør selv under overmættede forhold. Den tilladte grad af overmætning afhænger af inhibitorens egenskaber, ofte proprietære og specifikke for udstyrskonfigurationer. Valg af passende hæmmere skal følge udstyrs- og hæmmerproducentens anbefalinger med stedspecifik fodervandsanalyse og genvindingshastighedsdesign.

Ud over forsuring og hæmmere inkorporerer moderne installationer foranstaltninger for at reducere koncentratspildevandsmængder og forbedre vandgenvindingen, hvilket yderligere afbødende skalering.

3.. Metaloxid begroing
Grundvand, en almindelig RO/NF -foderkilde, er ofte anaerob. Opløste jern- og manganforbindelser oxideres og udfælder, når oxidanter kommer ind i foderopløsningen, og begroing membraner. Jernforurening er hyppigere og forekommer hurtigt efter luftindtrængning. Oxidation eller fjernelse af oxideret jern/mangan kan forhindre begroing. For lave jernkoncentrationer er det tilstrækkeligt at forhindre luftindtrængning; Skalainhibitorer inkluderer ofte tilsætningsstoffer til at afbøde lavkoncentrationsjernbegrundelse. Jernforbehandling involverer oxidation med ilt eller klor, efterfulgt af blanding, tilstrækkelig hydraulisk retentionstid og oxidationsfiltrering i granulære medier eller membranfiltre. Når du bruger oxidanter, skal du kontakte membraner-især polyamid- eller oxidationsfølsomme materialer-undgås. Kommercielle rengøringsmidler og rengøringsprotokoller kan fjerne jernaflejringer fra RO -membraner.

En anden komponent i anaerob grundvand er hydrogensulfid (H₂S). Luftindtrængning oxideres H₂s til kolloid svovl, begroing membraner. Som med jernoxidation er det kritisk at forhindre luftindtrængning for at undgå svovlforstyrrelse. Svovlaflejringer på membraner er ofte irreversible.

4. biologisk begroing
Biologisk begroing henviser til fastgørelse eller vækst af mikroorganismer eller ekstracellulære opløselige stoffer på membranoverfladen eller inden for foderkanaler. Almindelig i RO -systemer forringer det ydelsen ved at reducere flux, sænke afvisningshastighederne, øge trykfaldet på tværs af moduler, kontaminerende permeat, nedværdigende membranmaterialer og forkorte membran levetid.

Biologisk begroing kan forhindres ved at opretholde optimale driftsbetingelser, anvende biocider og med jævne mellemrum skylle inaktiv membranmoduler. Mange RO/NF -foderløsninger (typisk grundvand) har lave mikrobielle belastninger. Korrekt drift sikrer forskydningsstyrker i foderkanaler forhindrer overdreven bakteriel akkumulering. Mikrober spredes imidlertid hurtigt i ledige perioder. For at afbøde dette er periodisk skylning med permeat eller tilsætning af biocider nødvendigt under nedlukninger. Kloropløsninger inden for anbefalede grænser tjener som biocider for celluloseacetatmembraner, men polyamidmembraner - bekræftelige for klor nedbrydning - kræver alternativer som natriumbisulfit.

For celluloseacetatmembraner kan kontinuerlig klorering ved kontrollerede koncentrationer. Til polyamidmembraner kan ultraviolet bestråling, chloraminering eller dechlorinering efter chlorering anvendes.

Konklusion
Forbehandling er kritisk for at forhindre skalering og begroing. Almindelige metoder inkluderer forsuring og skalainhibitorer for at forhindre saltudfældning og filtrering til at blokere partikler. Rene fodvandskilder (f.eks. Grundvand) kan kun kræve patronfiltrering før membranenheder, mens overfladevandsindtag kræver avancerede filtreringsmetoder, herunder koagulation, flokkulering, sedimentation og granulær eller membranfiltrering. Da membranpræstation afhænger af forbehandlingseffektivitet, er korrekt selektion og design af forbehandlingstog vigtige.