Hoe voorkomen ik vervuiling en schalen in omgekeerde osmosesystemen? Inzicht in de impact van concentratiepolarisatie

Concentratiepolarisatie (CP)

Concentratiepolarisatie verwijst naar de nadelige effecten veroorzaakt door de continue accumulatie van opgeloste stoffen op het membraanoppervlak, dat de membraanprestaties beïnvloedt. Naarmate water doordringt door het membraan, wordt de voeroplossing (met water en opgeloste stoffen) naar het membraanoppervlak getransporteerd. Wanneer gezuiverd water door het membraan gaat, accumuleren opgeloste stoffen in de buurt van het membraanoppervlak. ① In membraanfiltratie nemen deeltjes contact op met het membraan en vormen een filtercake -laag. ② Vanwege het afzonderlijke verwijderingsmechanisme van omgekeerde osmose (RO) vormen opgeloste stoffen in de oplossing een grenslaag met hoge concentratie op het membraanoppervlak. Dit resulteert in concentratiepolarisatie, waardoor de opgeloste concentratie aan het membraanoppervlak hoger is dan die in de bulkoplossing binnen het voedingskanaal.

Bijwerkingen van concentratiepolarisatie op RO -prestaties
① De hoge opgeloste concentratie aan het membraanoppervlak verhoogt de osmotische drukgradiënt, waardoor de waterflux wordt verminderd.
② Verhoogde concentratiegradiënten en verminderde waterflux verbeteren de massaoverdracht opgeloste stof over het membraan, waardoor de afstotingssnelheden worden verlaagd.
③ Oplosbaarheidslimieten van opgeloste stoffen kunnen worden overschreden, wat leidt tot neerslag en schaling.

Vervuiling en schalen in omgekeerde osmose

Nanofiltratie (NF) en RO -membranen zijn vatbaar voor vervuiling door verschillende mechanismen. Primaire bronnen van vervuiling en schaling zijn deeltjes, neerslag van onoplosbare anorganische zouten, oxidatie van oplosbare metalen en biologische stoffen.

1. Gemartuleerd vervuiling

RO-operatiecycli omvatten geen terugspoeling om geaccumuleerde deeltjes te verwijderen (in feite kan terugspoelen delaminatie van de actieve laag uit de ondersteuningslaag in dunne-filmcomposietmembranen veroorzaken). Deeltjesvervuiling is een grote zorg in RO -systemen. Bijna alle RO -systemen vereisen voorbehandeling om deeltjesaanvallen te minimaliseren, omdat resterende deeltjes de reiniging -efficiëntie beïnvloeden.

Anorganische en organische stoffen, waaronder microbiële componenten en biologisch puin, kunnen deeltjesvorming veroorzaken, wat leidt tot blokkering en vorming van filtertaart. Blokkering treedt op wanneer grote deeltjes in de voeroplossing worden gevangen in de voedingskanalen en leidingen. Voorbehandeling van de voeroplossing met pre-filtratie kan de blokkade verminderen. RO -membraanfabrikanten bevelen aan om 5μm patroonfilters te gebruiken als een minimale voorbehandelingsstap om membraanmodules te beschermen.

Deeltjes vormen een filtercake -laag op het membraanoppervlak, waardoor de hydraulische weerstand wordt verhoogd en de systeemprestaties worden beïnvloed. Voerswater die gevoelig is voor deeltjesvervuiling, vereist geavanceerde voorbehandeling om deeltjesconcentraties te verminderen tot acceptabele niveaus. Coagulatie, filtratie (met behulp van zand, koolstof of andere media) en soms worden microfiltratie (MF) of ultrafiltratie (UF) gebruikt als voorbehandelingsmethoden.

2. Precipitatie en schaling van anorganische zouten
Anorganische schaling treedt op wanneer zouten in de oplossing hun oplosbaarheidslimieten en neerslag overschrijden. Neerslag gebeurt wanneer ionen die deze zouten vormen, worden geconcentreerd buiten hun oplosbaarheidsproducten, met name in gebieden met een hoog concentratie in de buurt van het membraanoppervlak, waardoor de concentratiepolarisatie wordt verergerd. Anorganische schaling op het membraanoppervlak vermindert de permeabiliteit van het water of veroorzaakt onomkeerbare membraanschade.

Bij afwezigheid van voorbehandeling moet neerslag worden vermeden door de concentratiepolarisatie te minimaliseren, de zoutafstotingssnelheid of herstelsnelheid te beperken. Concentratiepolarisatie kan worden verminderd door de turbulente stroming in de voedingskanalen te verbeteren en minimale stroomsnelheden te behouden die zijn gespecificeerd door fabrikanten van apparatuur. Het beperken van de zoutafstotingspercentages is onpraktisch vanwege conflicterende technische doelen, maar het beperken van herstelpercentages is vaak nodig om neerslag te voorkomen. De maximaal toegestane herstelsnelheid voordat de zoutprecures optreedt, wordt gedefinieerd als de toelaatbare herstelsnelheid, waarbij de zout die neerslag initiatief het 'kritische zout' wordt genoemd. Gemeenschappelijke schalen in waterbehandelingstoepassingen zijn calciumcarbonaat (CACO₃) en calciumsulfaat (CASO₄).

Voorbehandeling is essentieel voor alle praktische RO -systemen om te voorkomen dat schalen spaarzaam oplosbare zouten. Calciumcarbonaatprecipitatie komt voor, dus de meeste systemen vereisen voorbehandeling voor deze verbinding. Verzuring van de voederoplossing om pH -omzet te maken van carbonaationen om in bicarbonaat en koolstofdioxide, waardoor CACO₃ -neerslag wordt voorkomen. Zwavelische en zoutzuren worden vaak gebruikt, hoewel zwavelzuur de sulfaatconcentraties kan verhogen, wat leidt tot sulfaatschaling. De meeste RO -voedingsoplossingen worden aangepast aan pH 5,5-6,0, waar de meeste carbonaten bestaan ​​als co₂ en doordringen door het membraan.

Schalen van andere kritieke zouten wordt meestal voorkomen met behulp van schaalremmers. Deze remmers voorkomen kristalvorming en groei, waarbij ze neerslag onderdrukt, zelfs onder oververzadigde omstandigheden. De toegestane mate van oververzadiging hangt af van de eigenschappen van de remmer, vaak gepatenteerd en specifiek voor apparatuurconfiguraties. Selectie van geschikte remmers moet de aanbevelingen van apparatuur en remmerfabrikanten volgen, met locatiespecifieke voedingswateranalyse en ontwerp van herstelsnelheid.

Naast verzuring en remmers bevatten moderne installaties maatregelen om concentraat afvalwatervolumes te verminderen en het waterherstel te verbeteren, de schaalverdeling verder te verzachten.

3. Metaaloxidevuiling
Grondwater, een gemeenschappelijke RO/NF -voederbron, is vaak anaërobe. Opgeloste ijzer- en mangaanverbindingen worden geoxideerd en neerslaan wanneer oxidatiemiddelen de voeroplossing binnenkomen, membranen vervuilen. IJzerafrichting komt vaker voor en komt snel voor bij het binnendringen van lucht. Oxidatie of verwijdering van geoxideerd ijzer/mangaan kan vervuiling voorkomen. Voor lage ijzerconcentraties is het voorkomen van lucht inkomen; Schaalremmers bevatten vaak additieven om ijzervervuiling met lage concentratie te verminderen. IJzer voorbehandeling omvat oxidatie met zuurstof of chloor, gevolgd door mengen, adequate hydraulische retentietijd en oxidatiefiltratie in korrelige media of membraanfilters. Wanneer u oxidatiemiddelen gebruikt, wordt contact opgenomen met membranen-vooral polyamide of oxidatiegevoelige materialen-vermeden. Commerciële reinigingsmiddelen en reinigingsprotocollen kunnen ijzerafzettingen uit RO -membranen verwijderen.

Een ander onderdeel in anaërobe grondwater is waterstofsulfide (H₂S). Lucht binnendringen oxideert h₂s tot colloïdale zwavel, vervuilingsmembranen. Net als bij ijzeroxidatie is het voorkomen van lucht inkomen van cruciaal belang om vervuiling van zwavel te voorkomen. Zwavelafzettingen op membranen zijn vaak onomkeerbaar.

4. Biologische vervuiling
Biologische vervuiling verwijst naar de bevestiging of groei van micro -organismen of extracellulaire oplosbare stoffen op het membraanoppervlak of binnen voedingskanalen. Vaak in RO -systemen, het degradeert de prestaties door de flux te verminderen, de afstotingssnelheden te verlagen, de drukval over modules te verhogen, permeaat te verontreinigende, afbraakmembraanmaterialen en de levensduur van het membraan van het membraan.

Biologische vervuiling kan worden voorkomen door optimale bedrijfsomstandigheden te handhaven, biociden toe te passen en periodiek stationaire membraanmodules te spoelen. Veel RO/NF -voedingsoplossingen (meestal grondwater) hebben lage microbiële belastingen. De juiste werking zorgt ervoor dat afschuifkrachten in voerkanalen overmatige bacteriële accumulatie voorkomen. Microben verspreiden zich echter snel tijdens stationaire periodes. Om dit te verzachten, is periodieke spoelen met permeaat of het toevoegen van biociden noodzakelijk tijdens afsluitingen. Chlooroplossingen binnen aanbevolen limieten dienen als biociden voor celluloseacetaatmembranen, maar polyamidemembranen - waarmee chloorafbraak wordt aangetoond - vereisen alternatieven zoals natriumbisulfiet.

Voor celluloseacetaatmembranen kunnen continue chlorering bij gecontroleerde concentraties. Voor polyamidemembranen kunnen ultraviolette bestraling, chloraminatie of post-chlorering worden gebruikt.

Conclusie
Voorbehandeling is van cruciaal belang om schaling en vervuiling te voorkomen. Gemeenschappelijke methoden omvatten verzuring en schaalremmers om zoutprecipitatie en filtratie te voorkomen om deeltjes te blokkeren. Schone voedingswaterbronnen (bijvoorbeeld grondwater) kunnen alleen cartridge -filtratie vereisen vóór membraaneenheden, terwijl oppervlaktewaterinlaat geavanceerde filtratiemethoden vereisen, waaronder coagulatie, flocculatie, sedimentatie en korrelige of membraanfiltratie. Omdat de membraanprestaties afhankelijk zijn van de werkzaamheid van voorbehandeling, zijn een goede selectie en het ontwerp van voorbehandelingstreinen essentieel.