จะป้องกันการเปรอะเปื้อนและการปรับขนาดในระบบการออสโมซิสแบบย้อนกลับได้อย่างไร? ทำความเข้าใจกับผลกระทบของการโพลาไรซ์สมาธิ

โพลาไรซ์ความเข้มข้น (CP)

โพลาไรเซชันความเข้มข้นหมายถึงผลข้างเคียงที่เกิดจากการสะสมอย่างต่อเนื่องของตัวละลายบนพื้นผิวเมมเบรนซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของเมมเบรนลดลง เมื่อน้ำแทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์สารละลายอาหารสัตว์ (มีน้ำและตัวละลาย) จะถูกส่งไปยังพื้นผิวเมมเบรน เมื่อน้ำบริสุทธิ์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ตัวละลายสะสมใกล้กับพื้นผิวเมมเบรน ①ในการกรองเมมเบรนอนุภาคติดต่อเมมเบรนและสร้างชั้นเค้กตัวกรอง ②เนื่องจากกลไกการกำจัดที่แตกต่างกันของ reverse osmosis (RO) ตัวถูกละลายในสารละลายสร้างชั้นขอบเขตความเข้มข้นสูงบนพื้นผิวเมมเบรน สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดความเข้มข้นโพลาไรเซชันทำให้ความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่พื้นผิวเมมเบรนสูงกว่าในสารละลายจำนวนมากภายในช่องฟีด

ผลข้างเคียงของโพลาไรซ์ความเข้มข้นต่อประสิทธิภาพ RO
①ความเข้มข้นตัวละลายสูงที่พื้นผิวเมมเบรนเพิ่มการไล่ระดับความดันออสโมติกลดฟลักซ์น้ำ
②การไล่ระดับความเข้มข้นของความเข้มข้นสูงและการลดลงของฟลักซ์น้ำช่วยเพิ่มการถ่ายโอนมวลตัวละลายข้ามเมมเบรนลดอัตราการปฏิเสธ
③ขีดจำกัดความสามารถในการละลายของตัวละลายอาจเกินกว่านำไปสู่การตกตะกอนและการปรับขนาด

การเปรอะเปื้อนและการปรับขนาดใน osmosis ย้อนกลับ

nanofiltration (NF) และเยื่อหุ้มเซลล์มีความอ่อนไหวต่อการเปรอะเปื้อนผ่านกลไกต่าง ๆ แหล่งที่มาหลักของการเปรอะเปื้อนและการปรับขนาดรวมถึงสสารอนุภาค, การตกตะกอนของเกลืออนินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำ, ออกซิเดชันของโลหะที่ละลายน้ำได้และสารชีวภาพ

1. การเปรอะเปื้อน

วงจรการทำงานของ RO ไม่รวมการล้างย้อนกลับเพื่อกำจัดอนุภาคที่สะสม (อันที่จริงการล้างย้อนกลับอาจทำให้เกิดการแยกชั้นของชั้นที่ใช้งานออกจากชั้นรองรับในเยื่อหุ้มคอมโพสิตแบบฟิล์มบาง) การเปรอะเปื้อนอนุภาคเป็นข้อกังวลสำคัญในระบบ RO เกือบทุกระบบ RO ต้องการการปรับสภาพเพื่อลดการเปรอะเปื้อนอนุภาคเนื่องจากอนุภาคที่เหลือทำให้ประสิทธิภาพการทำความสะอาดลดลง

สารอนินทรีย์และสารอินทรีย์รวมถึงส่วนประกอบของจุลินทรีย์และเศษซากชีวภาพสามารถทำให้เกิดการเปรอะเปื้อนอนุภาคนำไปสู่การอุดตันและการก่อตัวของเค้กกรอง การอุดตันเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคขนาดใหญ่ในสารละลายป้อนถูกขังอยู่ในช่องอาหารและท่อ การปรับสภาพของสารละลายฟีดโดยใช้การกรองล่วงหน้าสามารถลดการอุดตันได้ ผู้ผลิตเมมเบรน RO แนะนำให้ใช้ตัวกรองคาร์ทริดจ์5μMเป็นขั้นตอนการปรับสภาพขั้นต่ำเพื่อป้องกันโมดูลเมมเบรน

สสารอนุภาคเป็นชั้นเค้กตัวกรองบนพื้นผิวเมมเบรนเพิ่มความต้านทานไฮดรอลิกและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบ ป้อนน้ำที่มีแนวโน้มที่จะเปรอะเปื้อนอนุภาคต้องมีการปรับสภาพขั้นสูงเพื่อลดความเข้มข้นของอนุภาคในระดับที่ยอมรับได้ การแข็งตัว, การกรอง (โดยใช้ทราย, คาร์บอนหรือสื่ออื่น ๆ ) และบางครั้งการกรองไมโครฟิล์ม (MF) หรือการกรองแบบ ultrafiltration (UF) เป็นวิธีการปรับสภาพ

2. การคาดการณ์และการปรับสเกลของเกลืออนินทรีย์
การปรับขนาดอนินทรีย์เกิดขึ้นเมื่อเกลือในสารละลายเกินขีด จำกัด การละลายและการตกตะกอน การตกตะกอนเกิดขึ้นเมื่อไอออนประกอบเกลือเหล่านี้มีความเข้มข้นเกินกว่าผลิตภัณฑ์การละลายของพวกเขาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ความเข้มข้นสูงใกล้กับพื้นผิวเมมเบรน การปรับขนาดอนินทรีย์บนพื้นผิวเมมเบรนช่วยลดการซึมผ่านของน้ำหรือทำให้เกิดความเสียหายต่อเมมเบรนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

ในกรณีที่ไม่มีการปรับสภาพต้องหลีกเลี่ยงการตกตะกอนโดยการลดความเข้มข้นโพลาไรเซชัน จำกัด อัตราการปฏิเสธเกลือหรืออัตราการกู้คืน โพลาไรซ์ความเข้มข้นสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มการไหลเวียนของความปั่นป่วนในช่องอาหารและรักษาความเร็วการไหลขั้นต่ำที่ระบุโดยผู้ผลิตอุปกรณ์ การ จำกัด อัตราการปฏิเสธเกลือนั้นไม่สามารถทำได้เนื่องจากเป้าหมายทางวิศวกรรมที่ขัดแย้งกัน แต่การ จำกัด อัตราการกู้คืนมักจำเป็นเพื่อป้องกันการตกตะกอน อัตราการกู้คืนสูงสุดที่อนุญาตก่อนการตกตะกอนของเกลือจะถูกกำหนดเป็นอัตราการกู้คืนที่อนุญาตโดยการตกตะกอนของเกลือเริ่มต้นเรียกว่า "เกลือวิกฤต" เครื่องชั่งทั่วไปในการใช้งานน้ำ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต (Caco₃) และแคลเซียมซัลเฟต (Caso₄)

การปรับสภาพเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบ RO ที่ใช้งานได้ทั้งหมดเพื่อป้องกันการปรับขนาดจากเกลือที่ละลายได้ การตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นที่แพร่หลายดังนั้นระบบส่วนใหญ่จำเป็นต้องมีการปรับสภาพสำหรับสารประกอบนี้ การเป็นกรดของสารละลายอาหารสัตว์เพื่อปรับค่า pH แปลงไอออนคาร์บอเนตเป็นไบคาร์บอเนตและคาร์บอนไดออกไซด์ป้องกันการตกตะกอนของCaco₃ โดยทั่วไปแล้วกรดซัลฟิวริกและไฮโดรคลอริกมักใช้แม้ว่ากรดซัลฟิวริกอาจเพิ่มความเข้มข้นของซัลเฟตซึ่งนำไปสู่การปรับสเกลซัลเฟต โซลูชันฟีด RO ส่วนใหญ่จะถูกปรับเป็น pH 5.5–6.0 ซึ่งคาร์บอเนตส่วนใหญ่มีอยู่เป็นCO₂และแทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

การปรับสเกลของเกลือวิกฤตอื่น ๆ มักจะป้องกันโดยใช้สารยับยั้งสเกล สารยับยั้งเหล่านี้ป้องกันการก่อตัวของผลึกและการเจริญเติบโตระงับการตกตะกอนแม้ภายใต้สภาวะที่ไม่อิ่มตัว ระดับที่อนุญาตของการเพิ่มความอิ่มตัวขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารยับยั้งซึ่งมักจะเป็นกรรมสิทธิ์และเฉพาะสำหรับการกำหนดค่าอุปกรณ์ การเลือกสารยับยั้งที่เหมาะสมควรทำตามอุปกรณ์และคำแนะนำของผู้ผลิตสารยับยั้งด้วยการวิเคราะห์น้ำฟีดเฉพาะไซต์และการออกแบบอัตราการกู้คืน

นอกเหนือจากการทำให้เป็นกรดและสารยับยั้งการติดตั้งที่ทันสมัยรวมถึงมาตรการเพื่อลดปริมาณน้ำเสียที่เข้มข้นและเพิ่มการกู้คืนน้ำเพื่อลดการปรับขนาด

3. โลหะออกไซด์เปรอะเปื้อน
น้ำใต้ดินซึ่งเป็นแหล่งฟีด RO/NF ทั่วไปมักจะไม่ใช้ออกซิเจน สารประกอบเหล็กและแมงกานีสที่ละลายจะถูกออกซิไดซ์และตกตะกอนเมื่อสารออกซิแดนท์เข้าสู่สารละลายอาหารสัตว์เยื่อหุ้มเซลล์ที่เปรอะเปื้อน การเปรอะเปื้อนของเหล็กนั้นเกิดขึ้นบ่อยขึ้นและเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออากาศเข้า การออกซิเดชั่นหรือการกำจัดเหล็ก/แมงกานีสออกซิไดซ์สามารถป้องกันการเปรอะเปื้อน สำหรับความเข้มข้นของเหล็กต่ำป้องกันการเข้าอากาศให้เพียงพอ สารยับยั้งมาตราส่วนมักจะรวมถึงสารเติมแต่งเพื่อลดการเปรอะเปื้อนเหล็กที่มีความเข้มข้นต่ำ การปรับสภาพเหล็กเกี่ยวข้องกับออกซิเดชันกับออกซิเจนหรือคลอรีนตามด้วยการผสมเวลาเก็บรักษาไฮดรอลิกที่เพียงพอและการกรองออกซิเดชันในสื่อเม็ดหรือตัวกรองเมมเบรน เมื่อใช้สารออกซิแดนท์ให้สัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์-โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลีอะไมด์หรือวัสดุที่ไวต่อการออกซิเดชั่น-ต้องหลีกเลี่ยง น้ำยาทำความสะอาดเชิงพาณิชย์และโปรโตคอลการทำความสะอาดสามารถลบเงินฝากเหล็กออกจากเยื่อหุ้ม RO

องค์ประกอบอื่นในน้ำใต้ดินแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂s) อากาศเข้าออกซิไดซ์H₂sไปยังคอลลอยด์ซัลเฟอร์เยื่อหุ้มปนเปื้อน เช่นเดียวกับการเกิดออกซิเดชันของเหล็กการป้องกันการเข้าอากาศนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการหลีกเลี่ยงการเปรอะเปื้อนกำมะถัน เงินฝากกำมะถันบนเยื่อหุ้มเซลล์มักจะกลับไม่ได้

4. การเปรอะเปื้อนชีวภาพ
การเปรอะเปื้อนชีวภาพหมายถึงสิ่งที่แนบมาหรือการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์หรือสารที่ละลายได้นอกเซลล์บนพื้นผิวเมมเบรนหรือภายในช่องอาหาร ทั่วไปในระบบ RO มันจะลดประสิทธิภาพการทำงานโดยการลดฟลักซ์ลดอัตราการปฏิเสธเพิ่มแรงดันลดลงในโมดูลการปนเปื้อนการแทรกซึมวัสดุเมมเบรนที่ลดลงและอายุการใช้งานเยื่อหุ้มเซลล์ที่สั้นลง

การเปรอะเปื้อนชีวภาพสามารถป้องกันได้โดยการรักษาสภาพการทำงานที่ดีที่สุดการใช้ไบโอไซด์และการล้างโมดูลเยื่อหุ้มที่ไม่ได้ใช้งานเป็นระยะ โซลูชันฟีด RO/NF จำนวนมาก (โดยทั่วไปคือน้ำใต้ดิน) มีโหลดจุลินทรีย์ต่ำ การทำงานที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าแรงเฉือนในช่องอาหารจะช่วยป้องกันการสะสมของแบคทีเรียที่มากเกินไป อย่างไรก็ตามจุลินทรีย์แพร่กระจายอย่างรวดเร็วในช่วงที่ไม่ได้ใช้งาน ในการบรรเทาสิ่งนี้จำเป็นต้องมีการล้างเป็นระยะด้วยการแทรกซึมหรือการเพิ่มไบโอไซด์เป็นสิ่งจำเป็นในระหว่างการปิดเครื่อง สารละลายคลอรีนภายในขีด จำกัด ที่แนะนำทำหน้าที่เป็นไบโอไซด์สำหรับเยื่อหุ้มเซลล์เซลลูโลสอะซิเตท แต่เยื่อหุ้มเซลล์โพลีอะไมด์ - ไวต่อการย่อยสลายคลอรีน - ทางเลือกอื่น ๆ เช่นโซเดียมไบซัลไฟต์

สำหรับเยื่อหุ้มเซลล์เซลลูโลสอะซิเตทคลอรีนอย่างต่อเนื่องที่ระดับความเข้มข้นของการควบคุมอาจ สำหรับเยื่อหุ้มเซลล์โพลีอะไมด์การฉายรังสีอัลตราไวโอเลตคลอรีนหรือการแยกคลอรีนอาจใช้

บทสรุป
การปรับสภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการป้องกันการปรับขนาดและการเปรอะเปื้อน วิธีการทั่วไปรวมถึงการทำให้เป็นกรดและสารยับยั้งสเกลเพื่อป้องกันการตกตะกอนของเกลือและการกรองเพื่อปิดกั้นสสารอนุภาค แหล่งน้ำให้อาหารทำความสะอาด (เช่นน้ำใต้ดิน) อาจต้องใช้การกรองคาร์ทริดจ์ก่อนที่หน่วยเมมเบรนในขณะที่การบริโภคน้ำผิวดินจำเป็นต้องใช้วิธีการกรองขั้นสูงรวมถึงการแข็งตัวการตกตะกอนการตกตะกอนและการกรองเม็ดหรือเมมเบรน เนื่องจากประสิทธิภาพของเมมเบรนขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการปรับสภาพการเลือกที่เหมาะสมและการออกแบบรถไฟที่ปรับสภาพเป็นสิ่งจำเป็น