Pengaruh membran osmosis songsang terhadap kesan rawatan kualiti air yang berbeza

Dalam aplikasi osmosis songsang (RO), kualiti air suapan memberi pengaruh utama pada prestasi membran, menentukan fluks, penolakan garam, kecenderungan mengotori, penggunaan tenaga dan kekerapan pembersihan. Perairan permukaan yang kaya dengan zarah dan bahan organik semula jadi (NOM) menggalakkan pengotoran organik dan bio, manakala air bawah tanah atau sumber payau yang dicirikan oleh kekerasan, silika dan ion logam menimbulkan cabaran pengotoran dan penskalaan bukan organik. Kemasinan tinggi air laut memerlukan tekanan operasi yang tinggi yang memburukkan lagi penskalaan dan pembentukan biofilm . Efluen air sisa, sarat dengan organik terlarut dan bahan pencemar mikro, boleh mengotori membran dengan cepat, menuntut prarawatan yang rapi dan protokol pembersihan yang teguh. Dalam konteks ini, prarawatan yang disesuaikan, pemilihan membran yang bijak dan kawalan operasi yang dioptimumkan adalah penting untuk mengekalkan kecekapan RO dan umur panjang.

pengenalan
Osmosis songsang (RO) memisahkan air daripada larutan terlarut dengan menggunakan tekanan hidraulik merentasi membran separa telap. RO kini menyumbang lebih daripada 65% kapasiti penyahgaraman global, menekankan peranan utamanya dalam rawatan air dan penggunaan semula. Walau bagaimanapun, prestasi membran sangat sensitif terhadap ciri air suapan—beban organik, komposisi ion, bahan zarahan dan aktiviti biologi—semuanya boleh mengurangkan fluks resapan, menurunkan penolakan garam, meningkatkan penggunaan tenaga dan memendekkan hayat perkhidmatan membran.

Jenis Air Suapan dan Kesannya
Air Permukaan
Sumber permukaan (sungai, tasik) selalunya mengandungi pepejal terampai, kekeruhan dan NOM yang tinggi, yang membawa kepada kekotoran membran yang cepat dan penyumbatan spacer jika tidak dirawat dengan secukupnya . Prarawatan minimum air permukaan gagal menstabilkan operasi RO, kerana zarah dan bahan organik terkumpul pada permukaan membran, mencetuskan polarisasi kepekatan dan kekotoran.

Air Tanah / Air Payau
Air bawah tanah payau mempunyai kemasinan dan kekerasan yang sederhana, mengurangkan tekanan osmotik berbanding air laut tetapi meningkatkan risiko kalsium karbonat dan kerak silika . Penskalaan silika, khususnya, sukar untuk dihalang dengan antiscalant konvensional, memerlukan strategi kawalan khusus untuk mengekalkan fluks dan mengelakkan kekotoran yang tidak dapat dipulihkan.

air laut
RO Air Laut (SWRO) beroperasi pada tekanan tinggi (biasanya 55–80 bar) untuk mengatasi tekanan osmotik ~25–30 bar, yang meningkatkan permintaan tenaga dan menyerlahkan pemadatan dan kekotoran membran. Penskalaan tak organik (kalsium sulfat, karbonat) dan biofouling adalah berleluasa dan memerlukan dos antiscalant yang ketat, kawalan biofilm dan pembersihan yang kerap.

Efluen Air Kumbahan
Rawatan RO terhadap efluen air sisa perbandaran atau industri menangani bebanan organik terlarut yang tinggi, bahan pencemar mikro dan sisa disinfektan, yang membawa kepada pencemaran organik dan bio yang teruk. Efluen WWTP hospital yang dirawat dengan membran RO poliamida menunjukkan pengurangan ketara dalam TDS dan COD tetapi mengalami penurunan fluks yang cepat tanpa penapisan praRO dan keadaan operasi terkawal.

Kesan pada Prestasi Membran
Mekanisme Fouling
Pengotoran organik timbul daripada penjerapan sebatian organik berat molekul rendah (LMWOC) pada permukaan membran dan dalam liang, menghalang kebolehtelapan air . Pengotoran tak organik melibatkan pemendakan garam yang jarang larut (cth, kalsium karbonat, sulfat) pada muka membran, mewujudkan sisik tegar yang menyekat liang dan merosakkan lapisan aktif. Biofouling, didorong oleh lampiran mikrob dan pertumbuhan biofilm, seterusnya mengurangkan fluks dan menggalakkan penskalaan setempat.

Penskalaan
Penskalaan kalsium sulfat dan karbonat biasanya berlaku apabila ion kekerasan melebihi had keterlarutan pada permukaan membran, dipercepatkan oleh polarisasi kepekatan . Silika, hadir sebagai spesies koloid atau terlarut, membentuk mendapan keras dan teguh yang menentang antiscalant tradisional, terutamanya dalam sistem RO air payau.

Penskalaan pada spacer Membran Osmosis Songsang

Resap Fluks dan Penolakan Garam
Fluks resapan meningkat dengan tekanan transmembran tetapi dataran tinggi disebabkan oleh polarisasi kepekatan dan kesan pemadatan. Tekanan yang lebih tinggi meningkatkan sedikit penolakan garam, namun di luar julat optimum boleh mengurangkan penolakan disebabkan peningkatan paksaan perolakan bahan terlarut melalui kecacatan dan lapisan mengotori.

Penggunaan Tenaga dan Tekanan Operasi
Fouling dan penskalaan meningkatkan rintangan hidraulik, memerlukan tekanan suapan yang lebih tinggi untuk mengekalkan fluks, sekali gus meningkatkan penggunaan tenaga khusus (SEC) dan kos operasi . Kitaran pembersihan menjadi lebih kerap, menambahkan lagi penggunaan bahan kimia dan masa henti.

Strategi Mitigasi
prarawatan
Prarawatan yang berkesan—penggumpalan, penapisan media, ultrafiltrasi—membuang zarah dan NOM, mengekang potensi kekotoran dan menstabilkan prestasi RO. Untuk air permukaan, penapis dwi-media dan penjerapan karbon teraktif mengurangkan beban organik dan melindungi modul RO hiliran.

Pembersihan dan Antiscalant
Protokol pembersihan fizikal (basuh belakang, curahan ke hadapan) dan kimia (asid, alkali, oksidan) menyasarkan jenis foulan tertentu—organik, bukan organik, biofilm—untuk memulihkan fluks dan penolakan. Dos antiscalant, pelarasan pH dan agen antibuih membantu menghalang nukleasi skala dan pembentukan biofilm.

Pengubahsuaian Permukaan Membran
Kemajuan terkini dalam cantuman permukaan (cth, asid poliakrilik, salutan grapheneoxide) telah menghasilkan membran dengan permukaan yang lebih licin, lebih hidrofilik dan bercas negatif, meningkatkan rintangan kekotoran dan pengekalan fluks.

Kajian Kes

• Penyahgaraman Air Payau di Tunisia:Loji skala penuh mempamerkan operasi jangka panjang yang stabil dengan pembersihan berkala; pencirian kekotoran mendedahkan lapisan organik-tak organik campuran yang memerlukan rejim pembersihan yang disesuaikan.
• Kitar Semula Efluen WWTP Hospital:Membran RO poliamida mengurangkan TDS daripada ~1 500 mg/L kepada 90 %, tetapi fluks meresap menurun sebanyak 25 % dalam tempoh 30 hari tanpa prarawatan lanjutan dan tetapan tekanan yang dioptimumkan.

Kesimpulan
Kualiti air suapan adalah faktor terpenting yang mengawal prestasi membran RO. Perairan permukaan memerlukan zarah yang teguh dan penyingkiran NOM; sumber payau memerlukan silika dan kawalan kekerasan; rawatan air laut mesti mengimbangi operasi tekanan tinggi dengan pengurusan skala; efluen air sisa memerlukan prarawatan yang rapi dan pembersihan yang disesuaikan. Inovasi dalam bahan membran, teknik prarawatan dan pemantauan kekotoran masa nyata terus meningkatkan daya tahan RO dan kecekapan merentas kualiti air yang pelbagai. Penggunaan konsisten strategi ini memastikan operasi RO yang mampan, jangka hayat membran yang berpanjangan, dan pengeluaran resap berkualiti tinggi yang boleh dipercayai.