تاثیر قطبش غلظت بر سیستم های تصفیه آب غشایی

آب تحت فشار از طریق غشا جریان می یابد، اما نمک ها و مواد آلی نمی توانند از آن عبور کنند و در سطح غشا به دام می افتند. "انباشته شدن" املاح روی سطح غشاء دارای غلظت بسیار بالاتری نسبت به جریان آب حجیم است. این قطبش تمرکز است. تشکیل این لایه مرزی تاثیر همه جانبه ای بر سیستم دارد.

در سیستم های اسمز معکوس، نسبت غلظت املاح در سطح غشاء به غلظت در جریان آب حجیم به عنوان ضریب قطبش غلظت تعریف می شود. در عمل مهندسی، معمولاً زیر 1.2 کنترل می شود. با این حال، هنگامی که کانال تغذیه مسدود شود یا سرعت جریان کاهش یابد، به راحتی می تواند به 1.4 یا حتی 1.5 برسد. این به این معنی است که غلظت نمک در سطح غشاء 40 تا 50 درصد بیشتر از غلظت نمک کنسانتره ای است که اندازه گیری می کنیم.

به عنوان مثال، با آب شور معمولی، زمانی که غلظت نمک کنسانتره حجیم 5000 میلی گرم در لیتر باشد، غلظت موضعی در سطح غشا می تواند به 7000-7500 میلی گرم در لیتر برسد. فشار اسمزی مستقیماً با شوری متناسب است - به ازای هر 1000 میلی گرم در لیتر افزایش در شوری، فشار اسمزی تقریباً 0.07 مگاپاسکال (0.7 بار) افزایش می یابد.

افزایش 2500 میلی گرم در لیتر در غلظت سطح منجر به افزایش فشار اسمزی نزدیک به 0.18 مگاپاسکال (1.8 بار) می شود. برای سیستم های غشایی آب شور که در 1.0-1.2 مگاپاسکال کار می کنند، این بدان معنی است که 15٪ - 18٪ از فشار محرکه خالص توسط قطبش غلظت جذب می شود.

کمی سازی میزان جریان نفوذ و نرخ نمک زدایی:

طبق دستورالعمل‌های فنی سازنده غشا (با استفاده از سری DuPont FilmTec به عنوان مثال)، با کاهش 15 درصدی نرخ جریان خوراک و افزایش از 1.2 به 1.4، نرخ جریان نفوذ سیستم در حالت فشار ثابت 12 تا 18 درصد کاهش می‌یابد. این به دلیل رسوب غشاء نیست، بلکه به دلیل نیروی محرکه موثر است که جبران می شود.

با توجه به نرخ نمک‌زدایی، به ازای هر 0.1 افزایش در، نفوذپذیری NaCl تقریباً 20 تا 30 درصد افزایش می‌یابد. هنگامی که نرخ نمک زدایی یک غشای آب شور معمولی 99.5٪ باشد، رسانایی نفوذ تقریباً 10-15 µS/cm است.

وقتی پلاریزاسیون غلظت شدید باشد، رسانایی نفوذ می تواند تا 30{2}}50 میکروS/cm افزایش یابد. برای یک سیستم اسمز معکوس تک مرحله ای با بستر مخلوط، این می تواند به این معنی باشد که چرخه بازسازی بستر مخلوط از 72 ساعت به کمتر از 24 ساعت فشرده می شود و مصرف اسید و قلیایی دو برابر می شود.

مقیاس ریسک:

شاخص اشباع Langerile (LSI) کربنات کلسیم معمولاً زیر 1.8 طراحی شده است (با بازدارنده های مقیاس). قطبش غلظت غلظت را در سطح غشاء افزایش می دهد و در نتیجه مقدار LSI واقعی 0.5-1.0 بالاتر از جریان آب حجیم است.

در یک پروژه استفاده مجدد از فاضلاب، LSI کنسانتره فله 1.6 بود. بر اساس طراحی، افزودن بازدارنده‌های مقیاس باید بی‌خطر باشد، اما در حین کار، اختلاف فشار در عنصر غشای پایانی از 10 psi به 25 psi طی سه ماه افزایش یافت. کالبد شکافی کریستال های کربنات کلسیم را بر روی سطح غشاء نشان داد، با LSI سطح اندازه گیری شده به اندازه 2.4-2.7، که یک نتیجه مستقیم از تجمع غلظت لایه مرزی است.

مقیاس سولفات حتی حساس تر است. محصول حلالیت (Ksp) سولفات کلسیم تقریباً 2.4 × 10-5 (25 درجه) است. هنگامی که ضریب پلاریزاسیون غلظت 1.4 باشد، محصول یون سطح به راحتی می تواند 1.2-1.5 برابر Ksp بیشتر شود و منجر به تشکیل کریستال شود. هنگامی که کریستال ها رسوب می کنند، تمیز کردن شیمیایی اغلب به گردش خون برای 6-8 ساعت یا بیشتر نیاز دارد و یک تمیز کردن ممکن است به طور دائمی میزان نمک زدایی را 0.5٪ -1٪ کاهش دهد.

استانداردهای کنترل برای پارامترهای عملیاتی:

در دستورالعمل های طراحی المان غشایی، نرخ جریان کنسانتره نهایی نشانگر کنترل هسته است. برای عناصر غشایی 8 اینچی، سرعت جریان کنسانتره در واحد معمولاً کمتر از 3.6 متر مکعب در ساعت نیست.

هنگامی که سرعت جریان به زیر 3.0 m3/h می‌رسد، نیروی برشی سطح غشاء از تقریباً 250-300 s-1 به حدود s-150 کاهش می‌یابد که منجر به افزایش قابل توجهی در ضخامت لایه مرزی می‌شود.

داده‌های اندازه‌گیری واقعی نشان می‌دهند که در این مرحله، مقدار ممکن است از 1.15-1.2 معمولی به بیش از 1.35 بپرد و نرخ نمک‌زدایی سیستم در عرض 1-2 هفته کاهش قابل مشاهده را نشان می‌دهد.

نرخ بازیابی و قطبش غلظت:

برای یک سیستم اسمز معکوس تک مرحله ای، افزایش نرخ بازیابی از 50٪ به 75٪، مقدار عنصر غشایی نهایی را تقریباً 0.1-0.15 افزایش می دهد. به همین دلیل است که سیستم‌ها معمولاً با دو یا حتی سه مرحله طراحی می‌شوند که نرخ بازیابی هر مرحله در 40 تا 50 درصد کنترل می‌شود. نرخ بازیابی کلی با اضافه کردن مراحل بیشتر افزایش می یابد، نه با فشار دادن نرخ بازیابی یک مرحله.

بسیاری از حوادث عملیاتی به این دلیل اتفاق می‌افتند که تحت ایده «تولید آب بیشتر»، میزان بازیابی از 75 درصد به 80 درصد افزایش می‌یابد و در نتیجه مقدار نهایی از 1.5 بیشتر می‌شود و در عرض یک ماه به هشدارهای مقیاس‌پذیری منجر می‌شود.