הבנת ההשפעה של הכימיה במים על ביצועי קרום וארוייבות

כימיה מים אינה רק גורם תומך בטיפול במים מבוסס-על-ידי מלמברין – היא הגורם המרכזי של ביצועים ותוחלת החיים. membranes הפכו הכרחיים בייצור מים איכותיים לשתייה, תהליכים תעשייתיים, ופסולת מים חוזרת.עם זאת, המרכיבים הכימיים מאוד שיש להסיר את החומרים של הסוכרת הבסיסית, יכולים גם לתקוף את חומר ההשקעה עצמו, לגזול את הנפיחות שלו, או לשנות את פני השטח העמוקים ביותר של אינטראקציה זו.

יסודות של Membrane Filtration

ממברנס פועל כמחסומים סלקטיבית, ומאפשר למים לעבור תוך שמירה על מלחים מומסים, מולקולות אורגניות, חלקיקים או מיקרואורגניזמים.ארבעת תהליכי המרברה העיקריים הם:

(ב) ⁇ :0) ⁇ (RO) ⁇ 1 (Dense, Not- ⁇ membranes, אשר דוחה עד 99.8% של בצלים מומסים, המשמש לפלנציה ולמים גבוהים.
(ב) ⁇ :0)Nanofiltration (NF)cioF) ,(NF)cioph:1 ; נקבוביות גדולות יותר מ RO; מסירים באופן סלקטיבי את המושגים של קשקשים (הקשות) ומולקולות אורגניות גדולות יותר.
(FLT:0)Ultrafiltration (UF)cioFLT:1) - מיקרו ⁇ membranes (0.01-0.1 μm) אשר מסירים קולונואידים, חיידקים ווירוסים, אך לא מתפזר מלחים.
(FLT:0Microfiltration (MF)FirLT:1) - גדלים של 0.1-10 מיקרומטר, המשמש כטיפול מקדים להסרת מוצקים ופרוזוזה מושעה.

מודרני רזה סרט מורכב (TFC) פולימיד membranes לשלוט RO ו NF יישומים בשל פיזור גבוה ודחיית מלח.עם זאת, פולימרים אלה רגישים להתקפה כימית, במיוחד מחמצן. UF membranes מיוצרים לעתים קרובות מפוליסטולון, פוליאתרסזון, או פוליווינליידן פלואוריד (PVDF), כל אחד עם סובלנות נפרדת של חומר כימי.

פרדוקסים של כימיה במים מרכזיים שמשפיעים על ביצועי המוחן

רמות pH ויציבות הידרוליטית

יצרני Membrane לציין טווח pH תפעולי - 2–11 עבור רוב TFC RO membranes, אם כי כמה אלמנטים לסבול להקה צר יותר (למשל, 4-10 עבור מים סטנדרטיים מים brackish RO) מחוץ לטווח זה, המרחץ פולימר יכול לעבור הידרוליטיזה: בתנאים חומציים, אג"חamide בפולימיד membranes הם cd, צמצום מלח ודחייה מכנית (ברמת), במיוחד ב טמפרטורות גבוהות 11gt), במיוחד.

גם בטווח המומלץ, חשיפה ממושכת בקיצוניות עלולה לגרום נזק מצטבר.לדוגמה, מזכר לרוץ ברציפות ב- pH 10.5 עלול לאבד 1–2% דחייה בשנה יותר מאשר אחד המופעל ב- pH 7-8. pH משפיע גם על הסוללה של מתכות ועל מטען של עבירות אורגניות, המשפיעות באופן עקיף על שיעורי הפחתת ה-F:0pHalralrfHal ReLT:1 יש לעקוב אחר זה לא רק באופן קבוע, לא מותאם.

Oxidants and Disinfectants

Chlorine הוא המחמצן הנפוץ ביותר באספקת מים עירוניים, אך זה קטלני לפולימידה RO membranes. חינם chlorine (חומצה הימפוארת, HOCl) תוקף את הטבעות הארומטיות של הפולמיד, מה שגורם לנפיחות שרשרת ו de-cross-linking.התוצאה היא אובדן בלתי הפיך של דחייה מלח ועלייה חדה ב-1,000 זרימה חד-לעתים קרובות מתפרעת כאפקטיבי של נפילה ללא הפרעה.

חמצון אחרים שנמצאו בטיפול במים כוללים chloramines, אוזון, permanganate, מימן peroxide. Chloramines הם פחות אגרסיביים מאשר chlorine חינם, אבל עדיין לגרום השפלה איטית. Ozone הוא מאוד reactive והוא יהרוס כל שאריות פולימרן בתוך דקות במינון טיפוסי.

עבור UF / קרן המטבע הבינלאומית, סובלנות כלור משתנה: PVDF הוא מאוד כלור-resistant (עד 500-1,000 מ"ג / L לניקוי), בעוד פוליסולון יכול לעמוד רק ריכוזים נמוכים.תמיד לאמת את גבולות החשיפה הכלורינה של היצרן.

מינרלים וסוסים אינדיקציות

כאשר המים מרוכזים במהלך ניתוח membrane, מלחים כל כךלוליים יכולים להקדים על פני השטח membrane.

(ב) [ה]]:0 [ה], ⁇ [ה], אשר נשלט על ידי מדד ה-Langelier Saturation Index (LSI); precipitates at high pH and high alkalinity.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (ב"א) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0) ⁇ (SiO2)FIRLT:1 ; צורות בקנה מידה אחפילי ארפילי כאשר ריכוז עולה על - 150-200 מ"ג / L; יכול גם לשתף פעולה עם הידרוקסידים מתכת.

(הפחתת מגבלות מזון, עלייה בירידה בלחץ, ולהפחית את השטף של הרחם.במקרים חמורים, גבישים בקנה מידה יכול להשחית משטח הקרום, גרימת זרמים.המפתח למניעת גודל הוא לשמור על ריכוזים מתחת לגבולות היסוס על ידי שליטה במערכת התאוששות ושימוש באנטי-אסקלנטים.

אורגני Fouling ו biofouling

חומר אורגני טבעי (NOM) כולל חומצות לחות וfulvic, פוליצרידים, חלבונים. תרכובות אלה מודעות על משטחים membrane עקב אינטראקציות הידרופוביות, קיפאון מימן, ו- סידן גירוד. לאורך זמן, הם יוצרים שכבת ג'ל צפופה אשר מגבירה את ההתנגדות הידראולית ומספקת מקור מזון עבור חיידקים.

בניגוד לגודל אורגני, עבירה אורגנית לעתים קרובות ניתוק נאותה, אבל אם מותר להתבגר, זה יכול להוביל לטבולית בלתי הפיך של אורגנים קטנים לתוך ממטריקס פולימר. ביופילים גם להגן על חיידקים מ biocides ויכול לייצר אנזימים לתקוף את חומר membrane. Pre-טיפול להסרת חומר אורגני (coulation, floulation, cculation, clar, או מים משניים) עבור פני מים זורמים.

מתכת כבדה, ברזל ומניגנזה

ברזל מפוכח (Fe2+) ומניגנז (Mn2+) יכול לחמצן כדי למנוע הידרוקסידים בלתי פתורים (Fe(OH)3, MnO2) בנוכחות חמצן בתוך אלמנט membrane. אלה precipitates לגרום תפוזים או רעם חום כי יכול לנצח לכתם את membrane.

עבור מערכות טיפול במי הקרקע, חיוני למנוע חמצן ingress upstream של membrane.זה יכול להיות מושג על ידי שימוש בשקע סגור, חנקן שמיכה על מיכלי אחסון, או על ידי הוספת סוכנים (למשל, נתרן דוסולט) כדי לשמור ברזל ומניגן עד שהם נדחו על ידי membrane והסרת הזרם המרכזי.

Total Dissolved Solids (TDS) ו-Osmotic Pressure

בעוד לא זיהום כימי באותו מובן כמו chlorine או silica, הכוח האנטוני (TDS) משפיע ישירות על ההבדל בלחץ אוסמוטי על פני המזכרה. הזנת גבוהה יותר TDS דורש לחץ להאכיל גבוה יותר להתגבר על לחץ אוסמוטי, עלייה צריכת האנרגיה והלחץ המכני על membrane.

השפעת הכימיה של מים על Membrane Longevity ו- Performance

כימיה מים בלתי נסבלת מתורגמת ישירות לארבעה מדדי ביצועים קריטיים:

(ב) ,0)Flux ירידה ב-1 בינואר – צמצום ייצור המים לרכיב, הדורש יותר אלמנטים או לחץ גבוה יותר.
(ב) ,0) אובדן הפחתת התפוצה (FLT:1) - מעבר מוגבר של מלחים ומזהמים, תוך שילוב איכות המים של המוצר.
(ב) ירידה בלחץ גבוה יותר של מזון לריכוז, סימן של פגיעה או קנה בערוצי מזון.
(ב) כשלון מכני:0 (הראשונה) - נזלת, דמעות או דמדומים בשל החלשה כימית או נזק מוחי.

חשיפה Chlorine, למשל, גורמת לעלייה הדרגתית בזרימת permeate רגילה (בשל ההשפלה פולימרית) בעוד שדחיית מלח טיפות.דפוס זה קלאסי עבור התקפה כימית הוא לעתים קרובות האזעקה הראשונה. לעומת זאת, דרוג ביטויים כירידה קבועה בשפעת ועלייה בלחץ שונה עם שינוי מועט בדחייה עד ההיקף הפיזי של פני השטח membrane.

נתוני התעשייה מצביעים על כך שמערכת RO עם טיפול מוקדם טוב יכולה להימשך 5-7 שנים ביישומים עירוניים, ו-3-5 שנים ב- תעשייתי או פסולת מים לשימוש חוזר.עם זאת, מערכות עם בקרת כימיה ירודה עלולות להיות צריכות להחליף ב-1 עד 2 שנים, עלות עשרות אלפי דולרים עבור המרכיבים בלבד, בתוספת זמן ייצור אבוד.

Failure Mode	Primary Chemical Cause	Typical Symptoms
Oxidative degradation	Free chlorine, chloramines, ozone	Increased flux, decreased rejection
Hydrolytic degradation	Extreme pH (low or high)	Gradual rejection loss, flux increase
Scaling	CaCO₃, CaSO₄, BaSO₄, SiO₂	Flux decline, ΔP increase, visible deposits
Biofouling	NOM, nutrients, bacteria	Flux decline, ΔP increase, slime
Metal fouling	Fe, Mn, Al, Cu	Brown/red deposits, flux decline, possible catalytic damage

מקור: מותאם לנתונים מחקריים ושדה על ידי איגוד עבודות המים האמריקאי (AWWA)BuildFLT:1 ויצרנים מנברנים.

אסטרטגיות לבעיות הכימיה של מייגייט

הפחתה יעילה מתחילה בניתוח מים יסודי וממשיך בכל שלב של עיצוב מערכת ותפעול.אסטרטגיות הבאות הוכחו כדי להרחיב את חיי קרום ולשמור על ביצועים.

עיצוב טרום-Treatment

טיפול מוקדם הוא קו ההגנה הראשון.עבור חמצון, (FLT:0granular מופעל פחמן (GAC) ראשי תיבות של הגנה) הוא שיטת הטיהור האמינה ביותר, אם כי זה דורש תחליף תקופתי ו ניטור עבור גידול חיידקים. לחלופין, ממיסת חומרים כימיים כגון דוסוליט (SBS) יכול להיות מוזרק יחס של 3 מ"ג / SBS חייב למנוע חמצון באופן קפדני כדי למנוע ⁇ .

עבור בקרת קנה מידה, הפחתה של 8.2 ל-6.5 יכולה להפחית את LSI על ידי 1.5-2 יחידות, למנוע CaCO3 משקעים, עם זאת, חומצה לבדה אינה שולטת על sulfate או אחההה"מ על קשקשים אלה, FLT:2antiscalsLTF:3 הם הכרחיים לפיזור אופטי או צינורות עבודה (Squareicericer) של RlislislislislislisLT5 (O) של פיזור) של סגסוגת נמוכה (OLer) או סגסוגת (OLer) סגסוגת) סגסוגת (OLerte) עבור סגסוגת (OLerte) עבור פיזור חומרים) סגסוגת נמוכה (OLerd) עבור סגסוגת נמוכה (OLerte) עבור אנליסטים).

הסרת חומר אורגני ו קולונואידים בדרך כלל דורש שילוב של coagulation (עם אלומיניום או ferric chloride), flocculation, סינון מדיה, ולפעמים אולטרה-חדירה. עבור מים משטח, UF pre-filtration ( בגודל של 0.02 מיקרומטר) מספק כמעט הסרת מוחלט של חלקיקים וחיידקים, צמצום פוטנציאל ביו-פוץ.

בקרת pH

שמירה על ה- pH בתוך טווח אופטימלי של membrane מונעת הידרוליזה והשפעות מטען רעוע. רוב פולימיד RO membranes לפעול בצורה הטובה ביותר ב- pH 7–8. אם למים יש אלקליניות דו-קרבונט גבוהה, הזרקת חומצה (לעתים קרובות HCl או H2SO4) משמשת לייצוב pH.עבור יישומים של ננומטרה שבו קשה הוא הרצוי, מעט אלקה יכול להיות מופעל על ידי טיפול תרופתי, אך לא ניתן להפעיל את ה- pH גבוה יותר, אך לא ניתן לשלוט על ידי חיישנים אוטומטיים.

איסור על ביצוע ובדיקה

ביצועים אנטי-קלנטים תלויים בבחירה עקבית ובחירה נכונה.אופרות צריכות לפקח על היווצרות בקנה מידה בעקיפין באמצעות ירידה בלחץ רגיל ( ⁇ P) ומגמות זרימה חד פעמיות.אם ⁇ P מתחילה להגדיל, בדיקה חזותית (endoscope) או membrane autopsy עשוי להיות נחוץ כדי לזהות את הסוג המדוייק ולהתאים את האנטי-מסלולרים שלהם.

פרוטוקולי ניקוי (CIP)

גם עם טיפול מוקדם מעולה, קבוע נקי-אין-מקום (CIP) יש צורך להסיר מפגעים מצטברים.פתרון ניקוי חייב להיות תואם עם המחברה ויעיל נגד המזויף הספציפי:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) אלקליין ניקוי FLT:1 (pH 10-11 עם NaOH) עבור הונאה אורגנית ביופיל.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ניקוי צריך להתבצע בזרימה נמוכה כדי להימנע ממזיקים קומפקטיים, ובטמפרטורות לא מעל 40 מעלות צלזיוס (CBR ° F) עבור קרום סטנדרטי TFC. לאחר כל CIP, לשפשף עם מים חד-מאטה עד pH ו מוליכות לחזור לבסיס. Over-Lo-cleaning יכול להזיק למזכר, כל כך נקי רק כאשר נוזל רגיל יורד על ידי 10-15% או ⁇ P על ידי 15% מעל בסיס מעל 15-20%.

ניטור מתמשך ו-Data Analytics

ניטור בזמן אמת של כימיה מים הוא חיוני.תקנה מכשירים מקוונים עבור pH, מוליכות, טמפרטורה, וכלור חינם (אם חשד) לנרמל נתוני ביצועים על פי AS DTM D4516 או הנחיות היצרן כדי להפריד השפעות כימיות משינויים טמפרטורה ולחץ.מערכות מתקדמות להשתמש אלגוריתמי למידת מכונה כדי לחזות את הסיכון הגדל על בסיס מגמות היסטוריות ואכילת מים.

דוגמאות אמיתיות ומקרה

בהתחשב במפעל RO תעשייתי בינוני טיפול במי פסולת עירוניים לשימוש חוזר.הצמח חווה ירידה של 40% פלוקס ירידה בתוך 18 החודשים הראשונים, הדורש החלפת membrane מוקדמת. An Autopsy חשף את סולם פוספט סידן (מפוסל חיוורט במי שפכים) בשילוב עם מנה מחוספס ברזל עם צינור פחמן קבוע (דפסד) לאחר ירידה במשקל של 7.2 ל 8.5 שעות חם, בשילוב עם טיפול בעדיפות אוטומטית, לאחר טיפול ב- 7.

מסקנה

כימיה מים מפעילה השפעה עמוקה על כל היבט של ביצועי membrane - החל מפלואקס מיידי ודחייה לשלמות מכנית ארוכת טווח. מפעילי membrane המצליחים ביותר לטפל בכימיה מים לא כמצב רקע סטטי אלא כפרמטר דינמי שיש למדוד, מובן, נשלט באופן פעיל על ידי השקעה בחיסכון טרום-טיפול חזק, שמירה על רמות pH אופטימליות וחמצן, באמצעות נוגדי חמצון מתאימים, משמעת, ומימוש של אנרגיה מרחוק, ניתן להגדיל את זה, תוך כדי שיפור יעיל.

(ב) לקריאה נוספת על מגבלות כימיות ספציפיות ושיקולי עיצוב, ייעוץ משאבים כגון:0.50 membrane Filtration Guidance ManualFLT:1 וכדורים טכניים מיצרנים מרכזיים כמו FLT:2DuPont FilmTecuaFLT 3 או FLT:4LentechFLT:5 מעורבות סדירה עם משאבים אלה תמשיך לפתח את הידע הכימי הנוכחי שלך כמו טכנולוגיות.