Ters ozmoz sistemlerinde kirlenme ve ölçeklendirme nasıl önlenir? Konsantrasyon polarizasyonunun etkisini anlamak

Konsantrasyon Polarizasyonu (CP)

Konsantrasyon polarizasyonu, membran yüzeyinde, membran performansını bozan sürekli çözünen maddelerin birikiminin neden olduğu olumsuz etkileri ifade eder. Su membrandan geçirdikçe, besleme çözeltisi (su ve çözünen maddeler içeren) membran yüzeyine taşınır. Saflaştırılmış su zardan geçtiğinde, çözünenler membran yüzeyinin yakınında birikir. Membran Filtrasyonunda, parçacıklar membranı temas eder ve bir filtre kek tabakası oluşturur. ② Ters ozmozun (RO) farklı çıkarma mekanizması nedeniyle, çözeltideki çözünenler membran yüzeyi üzerinde yüksek konsantrasyon sınır tabakası oluşturur. Bu, konsantrasyon polarizasyonu ile sonuçlanır, bu da membran yüzeyindeki çözünen madde konsantrasyonunu besleme kanalı içindeki dökme çözeltisinden daha yüksek hale getirir.

Konsantrasyon polarizasyonunun RO performansı üzerindeki olumsuz etkileri
Membran Yüzeyinde yüksek çözünen madde konsantrasyonu ozmotik basınç gradyanını arttırır ve su akısını azaltır.
② Yüksek konsantrasyon gradyanları ve azaltılmış su akısı, membran boyunca çözünen kütle transferini arttırarak ret oranlarını düşürür.
③ Çözünenlerin çözünürlük sınırları aşılabilir, bu da yağış ve ölçeklendirmeye yol açar.

Ters ozmozda kirlenme ve ölçeklendirme

Nanofiltrasyon (NF) ve RO membranları, çeşitli mekanizmalarla kirlenmeye yatkındır. Birincil kirlenme ve ölçeklendirme kaynakları arasında partikül madde, çözünmeyen inorganik tuzların çökelmesi, çözünür metallerin oksidasyonu ve biyolojik maddeler bulunur.

1. Kirlenmeyi Parçalamak

RO çalışma döngüleri, birikmiş partikül maddeyi çıkarmak için geri yıkama içermez (aslında, geri yıkama, aktif tabakanın ince film kompozit membranlarında destek tabakasından delaminasyonuna neden olabilir). Partikül kirlenme RO sistemlerinde büyük bir endişe kaynağıdır. Neredeyse tüm RO sistemleri, artık parçacıklar temizleme verimliliğini bozduğundan partikül kirlenmeyi en aza indirmek için ön tedavi gerektirir.

Mikrobiyal bileşenler ve biyolojik enkaz dahil olmak üzere inorganik ve organik maddeler, partikül kirlenmeye neden olabilir, bu da kek oluşumuna ve filtre kek oluşumuna yol açar. Besleme, besleme çözeltisindeki büyük parçacıklar besleme kanallarında ve borularda hapsolduğunda meydana gelir. Ön filtreleme kullanılarak besleme çözeltisinin ön işlemi tıkanmayı azaltabilir. RO membran üreticileri, membran modüllerini korumak için minimum ön tedavi adımı olarak 5μm kartuş filtrelerini kullanmanızı önerir.

Partikül madde, membran yüzeyinde bir filtre kek tabakası oluşturur, hidrolik direnci arttırır ve sistem performansını etkiler. Partikül kirlenmeye eğilimli besleme suyu, partikül konsantrasyonlarını kabul edilebilir seviyelere azaltmak için gelişmiş ön tedavi gerektirir. Pıhtılaşma, filtrasyon (kum, karbon veya diğer ortam kullanılarak) ve bazen mikrofiltrasyon (MF) veya ultrafiltrasyon (UF) ön işlem yöntemleri olarak kullanılır.

2. inorganik tuzların sunulması ve ölçeklendirilmesi
İnorganik ölçeklendirme, çözeltideki tuzlar çözünürlük sınırlarını aştığında ve çökeltiler. Yağış, bu tuzları oluşturan iyonlar, özellikle membran yüzeyinin yakınındaki yüksek konsantrasyon alanlarında, konsantrasyon polarizasyonunu şiddetlendiren çözünürlük ürünlerinin ötesinde yoğunlaştığında ortaya çıkar. Membran yüzeyi üzerinde inorganik ölçekleme su geçirgenliğini azaltır veya geri dönüşü olmayan membran hasarına neden olur.

Ön muamele olmadığında, konsantrasyon polarizasyonunu en aza indirerek, tuz reddetme oranını veya iyileşme oranını en aza indirerek çökeltilmelidir. Konsantrasyon polarizasyonu, besleme kanallarındaki türbülanslı akışı arttırarak ve ekipman üreticileri tarafından belirtilen minimum akış hızlarını koruyarak azaltılabilir. Tuz reddi oranlarının sınırlandırılması, çelişen mühendislik hedefleri nedeniyle pratik değildir, ancak yağışları önlemek için genellikle iyileşme oranlarını kısıtlamak gereklidir. Tuz çökeltme gerçekleşmeden önce izin verilen maksimum geri kazanım oranı izin verilen geri kazanım oranı olarak tanımlanır, tuz çökeltme "kritik tuz" olarak adlandırılır. Su arıtma uygulamalarındaki yaygın ölçekler arasında kalsiyum karbonat (Caco₃) ve kalsiyum sülfat (CASO₄) bulunur.

Ön -tedavi, tüm pratik RO sistemleri için az miktarda çözünür tuzlardan ölçeklendirmeyi önlemek için gereklidir. Kalsiyum karbonat çökelmesi yaygındır, bu nedenle çoğu sistem bu bileşik için ön tedavi gerektirir. PH'ı ayarlamak için besleme çözeltisinin asitleştirilmesi, karbonat iyonlarını bikarbonata ve karbondioksite dönüştürerek caco₃ çökeltisini önler. Sülfürik ve hidroklorik asitler yaygın olarak kullanılır, ancak sülfürik asit sülfat konsantrasyonlarını arttırabilir ve bu da sülfat ölçeklemesine yol açabilir. Çoğu RO yem çözeltisi pH 5.5-6.0 olarak ayarlanır, burada karbonatların çoğu Co₂ olarak bulunur ve membran boyunca nüfuz eder.

Diğer kritik tuzların ölçeklendirilmesi tipik olarak ölçek inhibitörleri kullanılarak önlenir. Bu inhibitörler kristal oluşumunu ve büyümesini önler, aşırı doymuş koşullar altında bile yağışları bastırır. İzin verilen süper doygunluk derecesi, genellikle tescilli ve ekipman konfigürasyonlarına özgü inhibitörün özelliklerine bağlıdır. Uygun inhibitörlerin seçimi, bölgeye özgü yem su analizi ve geri kazanım oranı tasarımı ile ekipman ve inhibitör üreticisi önerilerini takip etmelidir.

Asitleştirme ve inhibitörlerin ötesinde, modern tesisler, atık su hacimlerini azaltmak ve su geri kazanımını arttırmak için önlemleri içerir ve ölçeklendirmeyi daha da azaltır.

3. Metal oksit kirlenmesi
Yaygın bir RO/nf besleme kaynağı olan yeraltı suyu genellikle anaerobiktir. Çözünmüş demir ve manganez bileşikleri oksitlenir ve oksidanlar besleme çözeltisine, kirlenme zarlarına girdiğinde çökelir. Demir kirlenme daha sıktır ve hava girişi üzerine hızla gerçekleşir. Oksitlenmiş demir/manganezin oksidasyonu veya çıkarılması kirlenmeyi önleyebilir. Düşük demir konsantrasyonları için hava girişinin önlenmesi yeterlidir; Ölçek inhibitörleri genellikle düşük konsantrasyonlu demir kirletmeyi azaltmak için katkı maddeleri içerir. Demir ön tedavi, oksijen veya klor ile oksidasyonu, ardından karıştırma, yeterli hidrolik tutma süresi ve granüler ortam veya membran filtrelerinde oksidasyon filtrasyonunu içerir. Oksidanlar kullanırken, membranlarla temas-özellikle poliamid veya oksidasyona duyarlı malzemeler-kaçınılmalıdır. Ticari temizleyiciler ve temizlik protokolleri demir yataklarını RO membranlarından çıkarabilir.

Anaerobik yeraltı suyundaki başka bir bileşen hidrojen sülfürdür (H₂s). Hava girişi, Hs'leri kolloidal kükürt, kirletme zarlarına oksitler. Demir oksidasyonda olduğu gibi, kükürt kirlenmesini önlemek için hava girişini önlemek kritik öneme sahiptir. Membranlardaki kükürt yatakları genellikle geri döndürülemezdir.

4. Biyolojik kirlenme
Biyolojik kirlenme, membran yüzeyinde veya besleme kanalları içindeki mikroorganizmaların veya hücre dışı çözünür maddelerin bağlanmasını veya büyümesini ifade eder. RO sistemlerinde yaygın olarak, akıyı azaltarak, reddetme oranlarını düşürerek, modüller üzerindeki basınç düşüşünü artırarak, nüfuz kirleterek, membran malzemelerini bozarak ve membran ömrünü kısaltarak performansı bozar.

Biyolojik kirlenme, optimal çalışma koşullarını koruyarak, biyositler uygulanarak ve rölanti membran modüllerini periyodik olarak yıkayarak önlenebilir. Birçok RO/NF yem çözeltisi (tipik olarak yeraltı suyu) düşük mikrobiyal yüklere sahiptir. Uygun çalışma, besleme kanallarındaki kesme kuvvetlerinin aşırı bakteriyel birikimi önlemesini sağlar. Bununla birlikte, mikroplar boş dönemlerde hızla çoğalır. Bunu azaltmak için, kapanma sırasında periyodik yıkama veya biyosit ekleme gereklidir. Önerilen sınırlar içindeki klor çözeltileri, selüloz asetat membranlar için biyosit görevi görür, ancak poliamid membranlar - klor degradasyonu ile karşılaşabilir - sodyum bisülfit gibi alternatifleri gerektirir.

Selüloz asetat membranlar için, kontrollü konsantrasyonlarda sürekli klorlama olabilir. Poliamid membranlar için ultraviyole ışınlama, kloraminasyon veya klorlama sonrası klorlama kullanılabilir.

Çözüm
Ölçeklendirme ve kirlenmeyi önlemek için ön tedavi kritiktir. Yaygın yöntemler, tuz çökeltisini ve partikül maddesini bloke etmek için filtrasyonu önlemek için asitleştirme ve ölçek inhibitörlerini içerir. Temiz besleme suyu kaynakları (örneğin, yeraltı suyu) sadece membran birimlerinden önce kartuş filtrasyonu gerektirebilirken, yüzey suyu alımları pıhtılaşma, flokülasyon, sedimantasyon ve granüler veya membran filtrasyonu dahil olmak üzere gelişmiş filtrasyon yöntemlerini gerektirir. Membran performansı ön tedavi etkinliğine bağlı olduğundan, ön tedavi trenlerinin uygun seçimi ve tasarımı esastır.