מבוא

osmosis הפוכה (RO) הפך אבן הפינה של מהנדסי מים מודרניים, המשרתים תעשיות מדור חשמל ותרופות לייצור מים עירוניים ועיבוד מזון.הטכנולוגיה משיגה רמות גבוהות של דחייה מדבקת על ידי כך שאלץ להאכיל מים תחת לחץ באמצעות מזכרים כימיים, ולכן, עצם ההשפעה של RO מתמקדת באופן נרחב יותר של טיפול תרופתי, ובכך מאפשר לי לקצר את רמת הפחתת ההשפעה של צריכת החשמל, בעיקר על ידי טמפרטורות גבוהות יותר, ולכן, באופן משמעותי.

הבנה של מינרלים Scaleation במערכות Reverse Osmosis

פיזור מינרלי במערכות RO הוא תוצאה ישירה של קיטוב הריכוז המתרחש לאורך פני השטח membrane. as מים עוברים דרך membrane, ions מומס נשמרים בערוץ להאכיל, ואת הריכוז המקומי שלהם גדל באופן דרמטי ליד משטח membrane. כאשר המוצר של מלח נתון הוא עלה, הפתרון הופך להיות מעוד, יצירת כוח תרמודינמי נהיגה עבור התמוטטות וצמיחה.

מינרלים פשוטים-Forming מינרלים

המאזניים ביותר שנפגשו ב-RO המבצעים כוללים:

  • (FLT:0)Calcium Carbonate (CaCO3)earFLT:1 ), הסקאלה הנפוצה ביותר ובדרך כלל הסקאלה הראשונה בצורת אלקלליין מימים.המשקעים שלה מושפע מאוד מ- pH, alkalinity, ו ריכוז סידן.המדד לנגלר Saturation (LSI) ו- Stiff & מדד יכולת דייוויס (S & I) משמש בדרך כלל לחיזוי סקאלה ל-C.
  • (FLT:0)Calcium sulfate (CaSO4-H2O)cioFLT:1 - מופיע כצוענים והופך בעייתי במים עם רמות sulfate גבוהות.בניגוד CaCO3, הסוללה שלו היא יחסית תלוי pH, מה שהופך אותו יותר מאתגר לשלוט באמצעות PH לבד.
  • (FLT:0)Barium sulfate (BaSO4)IRLT:1) - פלופילות נמוכות מאוד; אפילו כמויות של בריום במים יכול להוביל לדרגות חמורות יותר מאשר 75-80%. BaSO4 הוא ידוע לשמצה קשה להסיר מכני או כימי.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Silica (SiO2) ו- Metal silicatesFLT:1 - אחההה מדרגת היא בעייתית במיוחד משום שהיא יוצרת פיקדונות קשים, מטושטשים עמידים לחומצה קונבנציונלית וניקוי סיבתי.זה מחלחל או כמו אחמורפי מתכת מורכבים כאשר ברזל, אלומיניום, או מגנזיום נוכחים.

Scaling אינו מתרחש באופן אחיד.זה מתחיל בדרך כלל באלמנטים זנב של מערך RO שבו ריכוזים גבוהים והוא מואץ על ידי גורמים כגון שיעורי התאוששות גבוהה, טמפרטורת מזון נמוכה (אשר מפחיתה את עוצמת מלח), ואת מגרעות פני השטח membrane המספקת אתרי נינקיה.לאחר שגודל מתחיל להפקיד, הוא פועל כמכשול לחלחל למים, להגדיל את הלחץ השונה על פני המערכת ולהפחית את הנזקים הפיזיים.

תפקיד האנטי-אסקלנטים בניהול סולם

אנטי-קלנטים הם תוספים כימיים שמפריעים לתהליך התגבשות של מלחים כהים עדינים, במקום למנוע העליות – חוסר יכולת תרמודינמית בהחלמה גבוהה האופיינית ל-RO – אנטי-אנטיסטים (FLT:0delay the OnsetFLT:1 ofמשקעים או Change the Crystalology so Deposits Stay Soft, nonadent, and Flued from the 3 מנגנונים ראשוניים שלהם: hversesives on the systeming.

  • (FLT:0) מעכב מעכבי צ'רצ'ל:1 - במינונים תת-סטוימטריים, מולקולות אנטי-קלנט מודעות אוב על אתרי צמיחה פעילים על פני משטחים גבישיים, מניעת שילוב נוסף ושמירה על מלח במדינה מטבולית, מעודנת לתקופה ממושכת (זמן הניכוי).
  • (FLT:0) שינוי שחלוע (FLT:1) - נוגדי חמצון יכולים לעוות את המבצר הקריסטל במהלך הצמיחה, לייצר גבישים לא סדירים, מעוגלים או מעוותים במקום פיקדונות חדים וצפופים.
  • (FLT:0DispersionFLT:1) - כמה נוגדי חמצון מקנים מטען על פני השטח שלילי על חלקיקים קולונואידים ו nuclei גבישי, גרימת דחייה אלקטרוסטטית שמונעת מהם להיות מושעה בזרם המים הגדול ולא להתיישב על המנברון.זה חשוב במיוחד לניהול ברזל, מגניזה ו- אחהבתים.

השוואה עם שיטות בקרת אפשרויות חלופיות

אנטי-קלנטים אינם הכלי היחיד לניהול קשקשים.מאמנים עשויים גם להשתמש:

  • (FLT:0) ,Acid dosingFLT:1, הורדת הזנת מים pH כדי להגדיל את הסוללה של CaCO3 (על ידי המרת דוקרבה לחומצה פחמן) גישה זו יש יעילות מוגבלת נגד סולפט ו- silica סולמות ועשויה לדרוש נפח חומצה גדול, יצירת קורוזיה ודאגות בטיחות.
  • (FLT:0) החלפת רכך של 1FLT (הסרה של קשיחות) (Ca2+, Ba2+) במעלה הזרם של יחידת RO, בעוד יעיל מאוד, חילופי יון מגבירים את עלויות ההון, דרישות לרשות בוהקת, וצריכה כימית מגובשת.
  • (ב) ,0) מבצע בשיקום נמוך יותר של 1:1 - צמצום גורם הריכוז בתוך אלמנטים של קרום.
  • (FLT:0) מנברן ניקוי:1 - ניקוי כימי תקופתי באמצעות חומצות, בסיסים וסוכני chelating כדי להסיר את הסקאלה שכבר מעודכנת.ניקוי מוסיף זמן, עלויות כימיות, והוא יכול בהדרגה להפיג את ביצועי קרום אם מבוצעים לעתים קרובות מדי.

נוגדי חמצון מציעים איזון משכנע: הם מאפשרים הפעלה בשיעורי התאוששות גבוהים יותר מאשר חומצה לבד, דורשים השקעה הון נמוכה, ויכולים לטפל סוגים רבים של קנה מידה במקביל. כאשר הם נבחרים כראוי ועושים, הם מרחיבים את תקופת הניכוי הרבה מעבר לזמן המגורים במים בתוך מערכת RO, ביעילות למנוע היווצרות בקנה מידה במהלך פעולה נורמלית.

סוגים של אנטיסקאנים ומכניזם שלהם

ניסוחים מסחריים נוגדי חמצון הם בדרך כלל תערובת של מרכיבים פעילים שנבחרו כדי לכוון את האתגרים המקיפים הספציפיים של מזון נתון.המשפחות הכימיות הגדולות כוללות פוליפוס, phosphonates, פוליקרו-קלאזטס, ונוסחאות חדשות יותר המבוססות על פולימר פולימרים.

Polyphos

פוליפוסים (למשל, נתרן hexametapho, SHMP) היו בין האנטיקלנטים המוקדמים ביותר בשימוש במערכות membrane.הם לתפקד בעיקר כמעכבי סף עבור סידן פחמתי וכמה קשקשים סידן sulfate. עם זאת, הם עדיין הגבלות משמעותיות: הם מעכבים תחת תנאים חומציים או עתירי גבוה, לחזור אופטופטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפט, ולאחר מכן יכול לשמש יותר עבור חומרים מזינים עמידים, למרות שהם יכולים להיות מוגבל יותר.

Phosphonates

נוגדנים מבוססי Phosphonate - כגון aminotris (methylenephosphonic חומצה) (ATMP), hydroxyethylidene diphosphonic חומצה (HEDP), ו Diethylenetriamine penta (methylenephosphonic acid) (DTPMP) - הם הרבה יותר בשימוש.

Polycarboxylates

Polycarboxylates, כולל חומצה פוליקלית (PAA) וחומצה פוליאמורית (PMA), לתפקד כמו מתפזרים מצוינים וממריצים גבישיים. צפיפות גבוהה של קבוצות חומצה קרוקסית מאפשרת להם לשליש דיפרנציות ופרסומות על פני קריסטלים גדלים. פוליגרפיים אלה הם יעילים במיוחד לשליטה בקנה מידה גבוה (Ca4, BaSO4, ברזל ו-fremeing לעתים קרובות עם קיפודוקסטוקסטוקסידונים גבוהים יותר מאשר לפוליפטיים.

המונחים: Polymer-based and Dendrimer Formulations

ההתפתחויות האחרונות כוללות את השימוש של dendrimers, חומצה פוליפוקסוצ'ינית (PESA), וחומצה פוליאספרטית (PASP) כאנטי-scalants כי הם biodegradable ויש להם רעילות נמוכה. פולימרים אלה מראים ביצועים מבטיחים לעכב CaCO3 ו CaSO4 בעת צמצום ההשפעה הסביבתית.

יעילותו של כל אנטי-קלידנטים נתונה תלויה לא רק בכימיה הפעילה שלו, אלא גם בנוכחות סינרגיסטים קנייניים, ייצובים, ו- pH buffers. זו הסיבה לכך שאנטי-off-the-shelf לעתים קרובות מתחת לפורמול בהשוואה לנוסחאות המיועדות במיוחד לקומפוזיציה איטוניתנית של מים ותנאי הפעלה.

גורמים המשפיעים על יעילות אנטי-קלידית

אפילו האנטי-הסלמה הטובה ביותר לא תכשל אם ייושם באופן לא נכון, הביצועים של האנטי-קלנטים בעולם האמיתי של מערכות RO נשלטים על ידי שילוב של כימיה מים, עיצוב מערכת ושיטות תפעוליות.

להאכיל את הכימיה

מינים ספציפיים מדרגים מציגים, ריכוזים שלהם, ואת הניבוי של כל מינרלים לקבוע את הסוג והמינון של אנטי-קלנט הנדרש. מים המכילים בריום גבוה ו סטרנטיואנטיום דורש phosphonate עם מעכב BaSO4 מוכח. מים עם רמות דלקתיות גבוהות עשוי לדרוש מעכבי אח מיוחד לעתים קרובות מעורבב עם פיזור גבוה אורגני יכול להפריע למודעות אנטיקלנטיות, כמו מתכתיבית חמורה, או ירידה חמורה, כמו מסובכת, או נטייה).

נקודה וזריקת

נוגדי חמצון הם בדרך כלל מוזרקים לתוך זרם הזין של מסננים מחסנית משאבה בלחץ גבוה.תחתונים עוזב את המערכת פגיעת לסקאלה, בעוד overdosing הוא לא רק בלתי כלכלי, אלא עשוי לתרום לפציעה אורגנית וצמיחה ביולוגית מוגברת (כפי שכמה אנטיסקאנים משמשים כמו מקורות פחמן).

טמפרטורה ולחץ

הטמפרטורה משפיעה הן על שפעת המים והן על המינרלים של המינרלים ואת הקינטיקה התגובה של נוגדי החרקים.טמפרטורות נמוכות יותר מגבירות את עומק המים ולהפחית את הסוללה של רוב המאזניים (מלבד CaSO4, אשר הוא דלגן יותר באופן בלתי מאויש בטמפרטורות נמוכות), כך שיעילות נוגדת חומרים מופעלת גבוהה יותר עונתית על מנת להגדיל את כוח הנהיגה להפחתה במים, אך גם להעלות את הקיבולת של 1 / 2 גרם לסף (ה) באופן פוטנציאלי, בטמפרטורות נוגדות (המטרה) בטמפרטורות נוגדות (המטרהמטרה) של 2.

מערכת שחזור

התאוששות היא הפרמטר המבצעי החשוב ביותר המשפיע על ההסתברות של הגדלה.כפי שהחלמה עולה מ-75% ל-85%, ריכוז של מוצקים מתמוססים בקרן יכול להכפיל.זה מגדיל באופן דרמטי את יחס הישוש לכל המאזניים הפוטנציאליים.אנטיקלנטים יכולים לאפשר הפעלה בהחלמה של 5-10 נקודות גבוהות יותר מאשר ניתן לשלב אותן, אך רק אם הכימיה והאנטיקליפות היישרות.

המונחים: membrane Compatibility

אנטיסקאנים חייבים להיות תואמים עם פולימר membrane (פולימיד באופן רטימיד די-סרט מורכב) ולא לזלזל בשכבה הפעילה.רוב נוגדי ה-cocalants נועדו להיות בלתי מזיקים לפולימידנות במינונים המומלצים, אבל זהירות היא מוצדקת כאשר משתמשים בנוסחאות לא מאושרות או פולימרים ניסיוניים.

היתרונות הכלכליים והאנטי-קלידנטים

ההצדקה העיקרית להשקעות נוגדות משקל היא ההפחתה בתדירות ניקוי של מנברן.הנתונים שדה ממתקנים רבים מראים כי ללא אנטי-קלידנטים, מערכת עשויה לדרוש ניקוי כימי כל 1-3 חודשים; עם מינון אנטי-קליאנט מתאים, מרווחי ניקוי ניתן להרחיב ישירות ל-6-12 חודשים או יותר.כל אירוע ניקוי כולל זמן (לעתים קרובות 4–8 שעות), עלויות כימיות (חומרים, כלומר, כלומר, מספר ניקוי נמוך, לעומת 3 גרם), על ידי ניקוי, לעומת זאת, לעומת זאת, ירידה של מספר 14%, לעומת 3 חודשים.

(FLT:0) חיסכון אנרגטי (FLT:1) הם יתרון מוחשי נוסף.כפי שגודל מצטבר, ההתנגדות לזרימת מים עולה, הדורש לחץ גבוה יותר להאכיל על ייצור קבוע. עלייה של 10-15% בלחץ החל מתאים ישירות לעליה של 10-15% בצריכת אנרגיה מסוימת (kWh ל- m3 של permeate).

יתר על כן, נוגדי חמצון מאפשרים החלמה של מערכת ה-FLT:0 (החלמה של מערכת החזרת ההרחבה) 1:1 ללא דרוג יתר של 75% ל-85% להפחית את נפח ההתמקדות (reject) בכ-40%, ירידה משמעותית בעלויות של סילוק - בין אם הפסולת הולכת להזרקה עמוקה, צמח טיפול במים, או evaporation בריכות.

מחקר שפורסם ב-FLT:0.Desalination and Water TreatmentFLT 1 העריך את ההשפעה הכלכלית של שימוש אנטי-קליאנט במפעל RO3/Day תעשייתי של 5,000 מ'/Day, הניתוח מצא כי העלות האנטי-קלית הייתה בערך 002 ל- m3 של מזון, בעוד חיסכון משולב מנקה, צריכת אנרגיה נמוכה יותר, והפחתה של סילוק כמויות גדולות יותר מ-$ ל-0.1 דולר ל-013, 000 דולר ל-04 דולר ל-0 דולר ל-0.1 דולר לשנה.

שיטות טובות ביותר עבור בחירה ויישומים אנטי-קלנטים

כדי לממש את היתרונות האלה באופן אמין, המפעילים חייבים לאמץ גישה שיטתית לניהול אנטי-קליאנט.הפרקטיקות הטובות ביותר כוללות:

  • (FLT:0)Conduct מקיפה ניתוח מים הזנת 1 (לפחות עונתי, מכסה cations גדול ו anions (Ca, Mg, Na, Ba, Sr, Fe, Al, Mn, HCO3, CO3, SO4, Cl, SiO2), pH, טמפרטורה, TDS, ו-LSI תשומת לב מיוחדת צריך לתת כדי לאתר אלמנטים שיכולים לגרום קשקשים.
  • (FLT:0) פרפור נגד סקר באמצעות בדיקות jar או בדיקות לולאה בקנה מידה דינמי.שעריפאל 1 סימולציה סימולציה סימולציה קומפוזיציה הניתוק בשיקום המטרה ואתגר נגד מועמדים במספר רמות המינון. evaluate induction, קריסטל מורפולוגיה, ואת הבהירות של הפתרון מעל 24 עד 48 שעות.
  • (FLT:0Select מוצר המיועד לפרופיל בקנה מידה מסוים.BuildFLT) 1 גנרי אנטי-קלידנטים הם לעתים נדירות אופטימליים.עבודה עם ספקים כימיים המציעים תערובות מותאמות אישית ויכולים לספק תמיכה טכנית המבוססת על טייס או ניסיון שדה.
  • (FLT:0) מזהמים של משאבות ואמת את שערי ההזרקה באופן קבוע.Felosing 1:0 (תחת פיקוח במשך כמה שעות יכול לאפשר מידה של זרע וצמיחה; פעם הוקמה, קנה מידה קשה להסיר לחלוטין.
  • (FLT:0) אינדיקטורים ביצועי מערכת Monitor ביצועים אינדיקטורים 1FLT:1ir כגון זרימה רגילה, לחץ שונה, ודחיית מלח על בסיס יומי. השתמש ניתוח מגמה כדי לזהות סימנים מוקדמים של קנה מידה או עבירה. עלייה בלחץ שונה על פני השלב הראשון היא לעתים קרובות המדד הראשון של קנה מידה.
  • (FLT:0) ,העליון של צריכת נוגדי חמצון, אירועי ניקוי כימיים, ושינויים באיכות המים.FLT:1 נתונים אלה תומכים בניתוח שורש-כי כאשר סטיית הביצועים מתרחשת ומסייעים לייעל את המינון לאורך זמן.
  • (FLT:0) לתאם נגד חומרים כימיים אחרים לטיפול.FLT:1 לדוגמה, אם כלורינה או כלורמינים משמשים לשליטה ביו-fouling, להבטיח כי האנטיקליד מתאים לחמצן או להוסיף סוכן מופחת (למשל, נתרן דולפיט) לפני נקודת הזרקת האנטיקלנטים.

שיקולים סביבתיים וקיימות

טביעת הרגל הסביבתית של שימוש אנטי-קלידנטי היא דאגה גוברת, במיוחד עבור הפרשות למים רגישים.אנטי-הסלמה מבוססי phosphonate-בסיסיים רבים מכילים זרחן, אשר יכול לתרום לזיהום אם הזרם המרכזי משוחרר ללא טיפול הולם. כתוצאה מכך, מגבלות רגולטוריות על זרחן במים מתכווץ בתחומי שיפוט רבים.

בתגובה, תעשיית הטיפול במים מתפתחת:0 (low-phosphorus ו- זרחן ללא זרחן אנטי-מחדש 1 מבוסס על פוליקרלטים, חומצה פוליפוסקסיציאנית, וחומצה פוליאספרטית אלה "ירוקה" חלופות הן לעתים קרובות ביו-דידידיות נמוכה יותר, אך הביצועים שלהם מעכבים את BaepSO4 ידידותיים יותר, אך לא יכולים להמשיך את הנוסחאות הסביבתיות יעילות יותר.

שיקול נוסף הוא ההשפעה של שאריות אנטי-קליות על ניקוי קרום.חלק מהאנטיקלנטים יכולים להגיב עם ניקוי כימיקלים (למשל, באמצעות סיבתיות להסרת עבירות אורגניות) כדי ליצור ג'לים מקלות או טרמיטים שקשה לשטוף.

בסופו של דבר, הגישה בת קיימא ביותר היא לייעל את המינון האנטי-קליד לריכוז היעיל המינימלי, להפחית את הצריכה הכימית ואת ההטעה הסביבתית.טכנולוגיות ניטור באינטרנט, כגון מעקבי פלורסנט, מאפשרות שליטה מדויקת יותר של המינון הוכח להפחית את השימוש נגדי ב-15-30% במספר מתקנים ללא הקרבת הגנה על קנה מידה.

מסקנה

היווצרות מינרליים נותרה אחד האתגרים התפעוליים המשמעותיים ביותר במערכות אוסמוזה הפוכה, המאיים על ביצועי מלמברנה, יעילות אנרגיה ואמינות צמחית.אנטיסקאירים מספקים אמצעי מוכח, עלות-תועלת בניהול הסיכון הזה, המאפשרים שיעורי התאוששות גבוהים יותר, יותר של משאבים מונעים יותר, ומעכבים את הפחתת הגמישות שלהם תלויה בהבנה מעמיקה של מזון מים, בחירה נכונה, מדויק, ביצוע פעולות בסיסיות של מעקב אחר-פנימיים סביבתיים, כמו: