Уплыў мембраны зваротнага осмасу на эфект ачысткі вады рознай якасці

У сістэмах зваротнага осмасу (RO) якасць уваходнай вады аказвае асноўны ўплыў на прадукцыйнасць мембран, вызначаючы паток, адхіленне солі, схільнасць да забруджвання, спажыванне энергіі і частату ачысткі. Павярхоўныя воды, багатыя часціцамі і натуральнымі арганічнымі рэчывамі (NOM), спрыяюць арганічнаму і біяабрастанню, у той час як падземныя воды або саланаватыя крыніцы, якія характарызуюцца цвёрдасцю, крэмніем і іёнамі металаў, ствараюць праблемы з неарганічнымі забруджваннямі і ўтварэннем накіпу. Высокая салёнасць марской вады патрабуе падвышанага рабочага ціску, што пагаршае ўтварэнне накіпу і біяплёнкі. Сцёкавыя воды, насычаныя растворанымі арганічнымі рэчывамі і мікразабруджвальнікамі, могуць хутка забруджваць мембраны, што патрабуе дбайнай папярэдняй ачысткі і надзейных пратаколаў ачысткі. У гэтых кантэкстах індывідуальная папярэдняя ачыстка, разумны выбар мембран і аптымізаваны кантроль эксплуатацыі маюць важнае значэнне для падтрымання эфектыўнасці і даўгавечнасці RO.

Уводзіны
Зваротны осмас (RO) аддзяляе ваду ад раствораных рэчываў шляхам прымянення гідраўлічнага ціску праз паўпранікальную мембрану. RO зараз складае больш за 65% сусветнай магутнасці апраснення, што падкрэслівае яго цэнтральную ролю ў ачыстцы і паўторным выкарыстанні вады. Аднак прадукцыйнасць мембраны вельмі адчувальная да характарыстык падачы вады — арганічнай нагрузкі, іённага складу, цвёрдых часціц і біялагічнай актыўнасці — усё гэта можа знізіць паток пермеата, знізіць адхіленне солі, павялічыць спажыванне энергіі і скараціць тэрмін службы мембраны.

Тыпы пажыўнай вады і іх уплыў
Павярхоўныя воды
Павярхоўныя крыніцы (рэкі, азёры) часта ўтрымліваюць высокі ўзровень завіслых цвёрдых рэчываў, каламутнасці і арганічных рэчываў, што прыводзіць да хуткага забруджвання мембран і закаркоўвання пракладак, калі яны не ачышчаны належным чынам. Мінімальная папярэдняя ачыстка паверхневых вод не стабілізуе працу RO, бо часціцы і арганічныя рэчывы назапашваюцца на паверхні мембран, выклікаючы канцэнтрацыйную палярызацыю і забруджванне.

Грунтавыя воды / саланаватыя воды
Саланаватыя падземныя воды характарызуюцца ўмеранай салёнасцю і цвёрдасцю, што зніжае асматычны ціск у параўнанні з марской вадой, але павялічвае рызыку ўтварэння карбанату кальцыя і крэмнезёму. У прыватнасці, утварэнне крэмнезёму цяжка прадухіліць з дапамогай звычайных антыскалантаў, што патрабуе спецыялізаваных стратэгій кантролю для захавання патоку і прадухілення незваротнага забруджвання.

Марская вада
Абразіўная вентыляцыя марской вады (SWRO) працуе пад высокім ціскам (звычайна 55–80 бар), каб пераадолець асматычны ціск ~25–30 бар, што павялічвае спажыванне энергіі і ўзмацняе ўшчыльненне і абрастанне мембран. Неарганічнае накіпленне (сульфат, карбанат кальцыя) і біяабрастанне з'яўляюцца распаўсюджанымі і патрабуюць строгага дазавання антыскалантаў, кантролю біяплёнкі і частай чысткі.

Сцёкавыя воды
Ачыстка бытавых або прамысловых сцёкавых вод метадам RO дазваляе пазбавіцца ад вялікай колькасці раствораных арганічных рэчываў, мікразабруджвальнікаў і рэшткаў дэзінфікуючых сродкаў, што прыводзіць да сур'ёзных арганічных і біялагічных забруджванняў. Сцёкавыя воды бальнічных ачышчальных станцый, апрацаваныя поліаміднымі мембранамі RO, паказваюць значнае зніжэнне агульнага аб'ёму сумесі сцёкавых вод (TDS) і хімічнага шкоднага патоку (COD), але без папярэдняй фільтрацыі метадам RO і кантраляваных умоў эксплуатацыі паток хутка змяншаецца.

Уплыў на прадукцыйнасць мембран
Механізмы абрастання
Арганічныя абрастанні ўзнікаюць з-за адсорбцыі нізкамалекулярных арганічных злучэнняў (НМАЗ) на паверхні мембран і ў порах, што перашкаджае пранікальнасці вады. Неарганічныя абрастанні ўключаюць асаджэнне цяжкарастваральных соляў (напрыклад, карбанату кальцыю, сульфату) на паверхні мембраны, утвараючы цвёрдыя лускавінкі, якія блакуюць пары і пашкоджваюць актыўны пласт. Біяабрастанні, выкліканыя прымацаваннем мікробаў і ростам біяплёнкі, яшчэ больш памяншаюць паток і спрыяюць лакалізаванаму абарачэнню.

Маштабаванне
Сульфат і карбанат кальцыю звычайна ўтвараюцца, калі іоны цвёрдасці перавышаюць межы растваральнасці на паверхні мембраны, што паскараецца канцэнтрацыйнай палярызацыяй. Дыяксід крэмнію, які прысутнічае ў выглядзе калоідных або раствораных часціц, утварае цвёрдыя, устойлівыя адклады, якія ўстойлівыя да традыцыйных антыскалантаў, асабліва ў сістэмах RO з саланаватай вадой.

Налёт на пракладках мембраны зваротнага осмасу

Флюс пермеату і адхіленне солі
Паток пермеату павялічваецца з трансмембранным ціскам, але стабілізуецца з-за канцэнтрацыйнай палярызацыі і эфектаў ушчыльнення. Больш высокі ціск нязначна паляпшае адрыньванне соляў, аднак ціск, які перавышае аптымальныя дыяпазоны, можа знізіць адрыньванне з-за павелічэння канвектыўнага прымусу раствораных рэчываў праз дэфекты і пласты абрастання.

Спажыванне энергіі і рабочы ціск
Забруджванне і накіп павялічваюць гідраўлічны супраціў, што патрабуе больш высокага ціску падачы для падтрымання патоку, тым самым павялічваючы ўдзельнае спажыванне энергіі (SEC) і эксплуатацыйныя выдаткі. Цыклы ачысткі становяцца часцейшымі, што яшчэ больш павялічвае выкарыстанне хімікатаў і час прастою.

Стратэгіі змякчэння наступстваў
Папярэдняя апрацоўка
Эфектыўная папярэдняя апрацоўка — каагуляцыя, фільтрацыя праз фільтрацыйны матэрыял, ультрафільтрацыя — выдаляе часціцы і арганічныя рэчывы, стрымліваючы патэнцыял забруджвання і стабілізуючы прадукцыйнасць RO. Для паверхневых вод двухслаёвыя фільтры і адсорбцыя актываваным вуглём зніжаюць арганічныя нагрузкі і абараняюць модулі RO, размешчаныя ніжэй па плыні.

Ачыстка і сродкі супраць накіпу
Фізічныя (зваротная прамыўка, прамыўка наперад) і хімічныя (кіслоты, шчолачы, акісляльнікі) пратаколы ачысткі накіраваны на пэўныя тыпы забруджвальнікаў — арганічныя, неарганічныя, біяплёнкі — для аднаўлення патоку і адторгнення. Дазаванне антыскалантаў, рэгуляванне pH і антыпенныя агенты дапамагаюць прадухіліць утварэнне накіпу і біяплёнкі.

Мадыфікацыя паверхні мембраны
Нядаўнія дасягненні ў галіне павярхоўнай прышчэпкі (напрыклад, поліакрылавая кіслата, пакрыцці з аксіду графену) дазволілі атрымаць мембраны з больш гладкімі, гідрафільнымі і адмоўна зараджанымі паверхнямі, што павышае ўстойлівасць да забруджвання і ўтрыманне флюсу.

Тэматычныя даследаванні

• Апрасненне саланаватай вады ў Тунісе: Поўнамаштабная ўстаноўка прадэманстравала стабільную працяглую працу з перыядычнай ачысткай; характарыстыка забруджванняў выявіла змешаныя арганічныя і неарганічныя пласты, якія патрабуюць індывідуальных рэжымаў ачысткі.
• Перапрацоўка сцёкавых вод бальнічных ачышчальных станцый: Поліамідныя RO-мембраны знізілі TDS з ~1500 мг/л да 90%, але паток пермеата знізіўся на 25% за 30 дзён без дадатковай папярэдняй апрацоўкі і аптымізаваных налад ціску.

Высновы
Якасць уваходнай вады з'яўляецца найважнейшым фактарам, які вызначае прадукцыйнасць мембраны RO. Паверхневыя воды патрабуюць надзейнага выдалення часціц і арганічных рэчываў; саланаватыя крыніцы патрабуюць кантролю крэмнія і калянасці; ачыстка марской вады павінна збалансаваць працу пад высокім ціскам з кіраваннем накіпам; сцёкавыя воды патрабуюць дбайнай папярэдняй апрацоўкі і індывідуальнай ачысткі. Інавацыі ў мембранных матэрыялах, метадах папярэдняй апрацоўкі і маніторынгу забруджванняў у рэжыме рэальнага часу працягваюць павышаць устойлівасць і эфектыўнасць RO пры розных якасцях вады. Паслядоўнае прымяненне гэтых стратэгій забяспечвае ўстойлівую працу RO, падаўжае тэрмін службы мембран і надзейную вытворчасць высакаякаснага пермеата.