Làm thế nào để ngăn chặn sự tắc nghẽn và nhân rộng trong các hệ thống thẩm thấu ngược? Hiểu được tác động của sự phân cực tập trung

Phân cực nồng độ (CP)

Phân cực nồng độ đề cập đến các tác dụng phụ gây ra bởi sự tích tụ liên tục của các chất hòa tan trên bề mặt màng, làm suy yếu hiệu suất của màng. Khi nước thấm qua màng, dung dịch thức ăn (chứa nước và các chất hòa tan) được vận chuyển đến bề mặt màng. Khi nước tinh khiết đi qua màng, các chất hòa tan tích tụ gần bề mặt màng. Trong quá trình lọc màng, các hạt tiếp xúc với màng và tạo thành một lớp bánh lọc. Do cơ chế loại bỏ khác biệt của thẩm thấu ngược (RO), các chất hòa tan trong dung dịch tạo thành một lớp ranh giới tập trung cao trên bề mặt màng. Điều này dẫn đến sự phân cực nồng độ, làm cho nồng độ chất tan ở bề mặt màng cao hơn so với dung dịch khối trong kênh thức ăn.

Tác dụng phụ của phân cực nồng độ đối với hiệu suất RO
Nồng độ chất tan cao ở bề mặt màng làm tăng độ dốc áp suất thẩm thấu, làm giảm thông lượng nước.
Độ dốc nồng độ tăng cao và giảm thông lượng nước tăng cường chuyển khối lượng chất tan qua màng, giảm tốc độ loại bỏ.
Giới hạn độ hòa tan của các chất hòa tan có thể vượt quá, dẫn đến kết tủa và tỷ lệ.

Làm tắc nghẽn và mở rộng quy mô thẩm thấu ngược

Nanofiltration (NF) và màng RO dễ bị tắc nghẽn thông qua các cơ chế khác nhau. Các nguồn chính của sự tắc nghẽn và tỷ lệ bao gồm vật chất hạt, kết tủa của muối vô cơ không hòa tan, quá trình oxy hóa các kim loại hòa tan và các chất sinh học.

1. Vết bẩn

Các chu kỳ hoạt động RO không bao gồm rửa ngược để loại bỏ vật chất hạt tích lũy (trên thực tế, rửa ngược có thể gây ra sự phân tách của lớp hoạt động khỏi lớp hỗ trợ trong màng tổng hợp màng mỏng). Hết hạt là một mối quan tâm chính trong các hệ thống RO. Gần như tất cả các hệ thống RO đều yêu cầu tiền xử lý để giảm thiểu sự tắc nghẽn hạt, vì các hạt còn lại làm giảm hiệu quả làm sạch.

Các chất vô cơ và hữu cơ, bao gồm các thành phần của vi sinh vật và các mảnh vụn sinh học, có thể gây tắc nghẽn hạt, dẫn đến sự tắc nghẽn và sự hình thành bánh. Sự tắc nghẽn xảy ra khi các hạt lớn trong dung dịch thức ăn bị mắc kẹt trong các kênh thức ăn và đường ống. Tiền xử lý của dung dịch thức ăn bằng cách sử dụng tiền lọc có thể làm giảm tắc nghẽn. Các nhà sản xuất màng RO khuyến nghị sử dụng các bộ lọc hộp mực 5μM làm bước tiền xử lý tối thiểu để bảo vệ các mô -đun màng.

Vật chất hạt tạo thành một lớp bánh lọc trên bề mặt màng, tăng điện trở thủy lực và ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Nước ăn dễ bị tắc nghẽn hạt đòi hỏi phải xử lý trước tiên tiến để giảm nồng độ hạt xuống mức chấp nhận được. Sự đông máu, lọc (sử dụng cát, carbon hoặc phương tiện khác) và đôi khi vi lọc vi mô (MF) hoặc siêu lọc (UF) được sử dụng làm phương pháp tiền xử lý.

2.Precipization và nhân rộng muối vô cơ
Tỷ lệ vô cơ xảy ra khi muối trong dung dịch vượt quá giới hạn và kết tủa độ hòa tan của chúng. Lượng mưa xảy ra khi các ion cấu thành các muối này tập trung vượt quá các sản phẩm hòa tan của chúng, đặc biệt là ở các khu vực có độ trung hòa cao gần bề mặt màng, làm trầm trọng thêm sự phân cực nồng độ. Tỷ lệ vô cơ trên bề mặt màng làm giảm tính thấm nước hoặc gây tổn thương màng không thể đảo ngược.

Trong trường hợp không có tiền xử lý, phải tránh kết tủa bằng cách giảm thiểu phân cực nồng độ, hạn chế tốc độ loại bỏ muối hoặc tốc độ phục hồi. Phân cực nồng độ có thể được giảm bằng cách tăng cường dòng chảy hỗn loạn trong các kênh thức ăn và duy trì vận tốc dòng chảy tối thiểu được chỉ định bởi các nhà sản xuất thiết bị. Hạn chế tỷ lệ loại bỏ muối là không thực tế do các mục tiêu kỹ thuật mâu thuẫn, nhưng việc hạn chế tỷ lệ thu hồi thường là cần thiết để ngăn chặn lượng mưa. Tốc độ phục hồi tối đa cho phép trước khi kết tủa muối xảy ra được định nghĩa là tốc độ phục hồi cho phép, với lượng muối khởi đầu được gọi là "muối tới hạn". Các thang đo phổ biến trong các ứng dụng xử lý nước bao gồm canxi cacbonat (Caco₃) và canxi sulfate (CASO₄).

Tiền xử lý là điều cần thiết cho tất cả các hệ thống RO thực tế để ngăn chặn việc mở rộng các muối hòa tan một cách tiết kiệm. Lượng mưa cacbonat là phổ biến, vì vậy hầu hết các hệ thống yêu cầu tiền xử lý cho hợp chất này. Axit hóa dung dịch thức ăn để điều chỉnh pH chuyển đổi các ion carbonate thành bicarbonate và carbon dioxide, ngăn ngừa kết tủa Caco₃. Các axit sunfuric và hydrochloric thường được sử dụng, mặc dù axit sunfuric có thể làm tăng nồng độ sunfat, dẫn đến tỷ lệ sunfat. Hầu hết các dung dịch nạp RO được điều chỉnh theo pH 5,5, 6.0, trong đó hầu hết các cacbonat tồn tại dưới dạng CO₂ và thấm qua màng.

Việc mở rộng các muối quan trọng khác thường được ngăn chặn bằng cách sử dụng các chất ức chế tỷ lệ. Những chất ức chế này ngăn chặn sự hình thành tinh thể và tăng trưởng, ngăn chặn sự kết tủa ngay cả trong điều kiện siêu bão hòa. Mức độ siêu bão hòa cho phép phụ thuộc vào tính chất của chất ức chế, thường là độc quyền và cụ thể đối với các cấu hình thiết bị. Lựa chọn các chất ức chế thích hợp nên tuân theo các khuyến nghị của nhà sản xuất thiết bị và chất ức chế, với phân tích nước thức ăn cụ thể và thiết kế tốc độ phục hồi.

Ngoài các chất axit hóa và ức chế, lắp đặt hiện đại kết hợp các biện pháp để giảm khối lượng nước thải tập trung và tăng cường thu hồi nước, giảm thiểu quy mô.

3. Oxit kim loại phạm lỗi
Nước ngầm, một nguồn thức ăn RO/NF phổ biến, thường là kỵ khí. Các hợp chất sắt và mangan hòa tan được oxy hóa và kết tủa khi các chất oxy hóa xâm nhập vào dung dịch thức ăn, làm tắc nghẽn màng. Vết bẩn sắt là thường xuyên hơn và xảy ra nhanh chóng khi xâm nhập vào không khí. Quá trình oxy hóa hoặc loại bỏ sắt/mangan bị oxy hóa có thể ngăn ngừa tắc nghẽn. Đối với nồng độ sắt thấp, ngăn chặn sự xâm nhập không khí đủ; Các chất ức chế tỷ lệ thường bao gồm các chất phụ gia để giảm thiểu sự tắc nghẽn sắt nồng độ thấp. Tiền xử lý sắt liên quan đến quá trình oxy hóa với oxy hoặc clo, sau đó là trộn, thời gian lưu thủy lực đầy đủ và lọc oxy hóa trong môi trường hạt hoặc bộ lọc màng. Khi sử dụng chất oxy hóa, tiếp xúc với màng, đặc biệt là polyamide hoặc vật liệu nhạy cảm với quá trình oxy hóa. Chất tẩy rửa thương mại và các giao thức làm sạch có thể loại bỏ các mỏ sắt từ màng RO.

Một thành phần khác trong nước ngầm kỵ khí là hydro sunfua (H₂S). Không khí xâm nhập oxy hóa H₂s thành lưu huỳnh keo, màng làm tắc nghẽn. Như với quá trình oxy hóa sắt, việc ngăn chặn sự xâm nhập của không khí là rất quan trọng để tránh bị ô nhiễm lưu huỳnh. Tiền gửi lưu huỳnh trên màng thường không thể đảo ngược.

4. Tấn công sinh học
Chất bẩn sinh học đề cập đến sự gắn kết hoặc tăng trưởng của các vi sinh vật hoặc các chất hòa tan ngoại bào trên bề mặt màng hoặc trong các kênh thức ăn. Phổ biến trong các hệ thống RO, nó làm giảm hiệu suất bằng cách giảm thông lượng, giảm tốc độ từ chối, tăng áp suất giảm trên các mô -đun, làm ô nhiễm thẩm thấu, làm suy giảm các vật liệu màng và rút ngắn tuổi thọ màng.

Có thể ngăn chặn sự tắc nghẽn sinh học bằng cách duy trì các điều kiện vận hành tối ưu, áp dụng các mô -đun màng sinh học và định kỳ xả nước nhàn rỗi. Nhiều dung dịch thức ăn RO/NF (thường là nước ngầm) có tải trọng vi sinh vật thấp. Hoạt động đúng đảm bảo lực cắt trong các kênh thức ăn ngăn chặn sự tích lũy vi khuẩn quá mức. Tuy nhiên, vi khuẩn sinh sôi nảy nở nhanh chóng trong thời gian nhàn rỗi. Để giảm thiểu điều này, việc xả nước định kỳ với thấm hoặc thêm thuốc diệt khuẩn là cần thiết trong quá trình tắt máy. Các dung dịch clo trong các giới hạn được khuyến nghị đóng vai trò là chất diệt khuẩn cho màng cellulose acetate, nhưng màng polyamide có thể chấp nhận được với sự phân hủy clo, nhu cầu thay thế như natri bisulfite.

Đối với màng cellulose acetate, clo liên tục ở nồng độ được kiểm soát có thể. Đối với màng polyamide, chiếu xạ tia cực tím, khử clo hoặc khử clo sau clo có thể được sử dụng.

Phần kết luận
Tiền xử lý là rất quan trọng để ngăn chặn quy mô và phạm lỗi. Các phương pháp phổ biến bao gồm các chất ức chế axit hóa và tỷ lệ để ngăn chặn kết tủa muối và lọc để chặn vật chất hạt. Nguồn nước cấp liệu sạch (ví dụ, nước ngầm) chỉ có thể yêu cầu lọc hộp mực trước các đơn vị màng, trong khi lượng nước mặt cần các phương pháp lọc tiên tiến, bao gồm đông máu, keo tụ, lắng, và lọc hạt hoặc màng. Vì hiệu suất màng phụ thuộc vào hiệu quả tiền xử lý, lựa chọn đúng và thiết kế của các chuyến tàu tiền xử lý là rất cần thiết.