תפקיד האוזון באוזון עידוד היעילות של Membrane מערכות הפצה

הקדמה: Membrane Filtration and the Fouling Problem

סינון Membrane הפך אבן הפינה של טיפול במים מודרניים ושפכים, המציע מחסום פיזי כי באופן אמין מסיר מחזורי מוצקות מושעה, מיקרואורגניזמים, ואפילו מתפזרים contaminants בהתאם לגודל הנקסטרום המאוכלס במיוחד, ממיקרו-מוחות כימיים, וטרמפציה לאחור של מערכות אלה הם משתרעים על פני המים העירוניים, תהליך של דלקת מים תעשייתיים, אך ורק חומר מכווץ יותר, למרות יעילותם אורגנית של צינורות-מדבקות, אך ורק לדלקתיים מתקדמים יותר, אך ורק לתפקודם, אך ורק לדלקתיים מתקדמים יותר, אך ורק לתפקודם של אלקטרו-מחץ הדם המשתנים, אך ורק לדלקתיים מתקדמים יותר, אך ורק לכדי לחץ דם אורגניים, אך ורק לדלקתיים, אך ורק לכדי לחץ דם, אך ורק לכדי לחץ דם אורגניים מתקדמים יותר, אך ורק לכדי יעילותם של מערכות אלה, אך ורק לכדי לחץ דם מגנטיים מתקדמים יותר, אך ורק לכדי עומסים מתוחכמות הדם המשתנים מתקדמים יותר, אך ורק לכדי חמצן, אך ורק לכדי חמצן איטי יותר, אך ורק לכדי חמצן לאחור, אך ורק לכדי חמצן, אך ורק לכדי חמצן לאחור, אך ורק לדלקתיים מתוחכמותם של מערכות אלה

לכן, התייחסות לעבירות הייתה המוקד העיקרי של מחקר וחדשנות בטכנולוגיית membrane.בין האסטרטגיות הרבות שנבחנו, שילוב של אוזון כטיפול מקדים או חמצון באינטרנט התפתחה כאחד היישומים המבטיחים ביותר.Ozone (Oiberance:03FLT:1) הוא חומר חמצון חזק שיכול לשבור חומרים אורגניים, במיקרואורגניזמים ובעיצוב ביו-טרנטימינלי, כאשר הוא יכול לשפר באופן משמעותי את הביצועים של מערכת המשפט הנוכחית.

הבנת Membrane Fouling: סוגים ומכניזם

נפיחות היא לא תופעה אחת, אלא מערכת מורכבת של אינטראקציות בין המרכיבים של מים להאכיל לבין חומר קרום.כדי להעריך כיצד האוזון יכול לעזור, חיוני להבין את הסוגים העיקריים של רעיעה:

המונחים: coauoidal Fouling

חלקיקים סוספסים, חימר, סילט, חומר קולונואיד יכול להפקיד על פני השטח membrane, להרכיב שכבת עוגה. שכבה זו מגבירה את ההתנגדות הידראולית ניתן להסיר חלקית על ידי שטיפת גב או צולב אחורית של זרימה.עם זאת, קולואידים דקים כי חודרים את הנקבוביות לגרום רעוע בלתי הפיך לאורך זמן.

אורגני Fouling

חומר אורגני טבעי (NOM) - כולל חומצות לחות ואזרחיות, פוליצרידים חלבונים - הוא תורם עיקרי לטעייה הן במים והן ביישומים מים שפכים. אלה מקרומולקולטים מודעות על פני משטחים ממוחנים ויוצר שכבת ג'ל דמוית ג'ל.הטבע של NOM גם מקל על החזקה של חיידקים וחלקיקים אחרים, מאיץ ביולוגית.

Biofouling

Biofilms לפתח כאשר חיידקים לדבוק משטח membrane וסוד חומרים פולימרים חוץ סלולריים (EPS) ממטריקס EPS מגן על התאים מפני כוחות Shear, חיטוי, וניקוי כימיקלים. biofilms הם קשה לשמצה להסיר פעם הוקמה, והם פועלים כמאגר עבור פתוגנים. הם גם לתרום ל biodegradation של membrane במקרים מסוימים.

נבואות של Fouling

ללא קשר לסוג, הרעלה מובילה לצריכה גבוהה יותר של אנרגיה (pumps חייב לעבוד קשה יותר כדי לשמור על הייצור), ניקוי כימי תכופה יותר (אשר מקטין את המריבה לאורך זמן), גדל זמן לתחזוקה, וקצר יותר מרווחי חילוף קרום קצרים יותר. במקרים חמורים, עבירה עלולה לגרום לאובדן חדות מופרז של אנרגיה, מה שהופך את ההשפעה הכלכלית משמעותית: מחקר בינלאומי מוערך על ידי מים מזיקים, 000 דולר בשנה, עלויות אנרגיה, 000 דולר בשנה.

אוזון כאוקסידנט: תכונות מפתח ומכניזם

אוזון הוא מולקולה משולשת עם ריח חריף אופייני.זה לא יציב וניתוק במהירות במים, ייצור רדיקלים הידרוקסיל (OH) שהם אפילו יותר תגובתיים.שילוב של חמצון אוזון ישיר וחמצן מתווך קיצוני נותן אוזון רחב של פעילות נגד תרכובות אורגניות ואורגניסטיות.

אוקסדציה של חומר אורגני

אוזון תוקף אתרים עשירים אלקטרונים במולקולות אורגניות, כגון אג"ח כפולות, טבעות ארומטיות וקבוצות amine.תגובה זו שוברת פולימרים אורגניים גדולים לתוך שברים קטנים יותר, יותר ביו-דידלדיים יותר. בהקשר של סינון membrane, אוזון מפחית את הפוטנציאל המזיק של NOM על ידי ירידה במשקל המולקולרי שלה והחלפת האופי ההידרובי / היבש שלה וכתוצאה מכך הם מולקולות קטנות יותר כדי להסיר אותי דרך הפנים יכול להיות מופחתת בקלות לעבור את פני השטח.

יזום של מיקרואורגניזמים

אוזון הוא אחד החיטוי החזקים ביותר הידוע, עם קצב פעולה מהיר עבור חיידקים, וירוסים, ופרוטוזוה. זה מזיק לקיר התא ושלמות membrane, משבש פעילות אנזומטית, והתקפות חומצות נוקליות. עם מנה נכונה וזמן מגע, אוזון יכול להשיג כמה הפחתה של פתוגנים.

תצלום: Established Biofilms

אולי הכי חשוב עבור מערכות membrane, אוזון יכול לחדור ולשבש את הסרטים הביולוגיים הקיימים.המטריקס של EPS מורכב בעיקר מפוליsaccharides, חלבונים, וחומצות נוקליות, אשר כל אלה מכילים אג"ח כימי רגיש להתקפה של אוזון.אוזון מחליש את מבנה ה-EPS, מה שהופך את הביו-film רגישים יותר לכוחות Shear ממחזור.

מכניזם של Ozone-Enhanced Membrane Filtration

הגדלת אוזון לתוך מערכות קרום יכול לשפר את הביצועים באמצעות כמה מנגנונים נפרדים אך משלימים.

אישור מראש

ב pre-ozonation, האוזון מוסיף למים להאכיל לפני שהוא מגיע מודול membrane.זהו התצורה הנפוצה ביותר. ozone מגיב עם מפגעים אורגניים ומיקרואורגניזמים לפני שהם יכולים ליצור קשר עם membrane. Pre-ozonation Modifies את המאפיינים החבויים של השכבות: במקום עוגה צפופה, cohesive, שכבתי יותר שניתן להעלות על ידי כמה מחקרים על פני השטח.

אוזון חוזר או ניקוי

במקום אוזון מזון מתמשך, האוזון יכול להיות מיושם במהלך מחזורי שטיפת גב או כסוכן ניקוי. גישה זו ממזערת את הסיכון של אוזון מזיק לחומר membrane (דאגה עם כמה membranes פולימרי) ומפחיתה את צריכת האוזון.אוזון בחזרה שטיפת גבו ביעילות מסירת חומרים אורגניים שצברו במהלך מחזור סינון, שחזור יכולת מסוימת.

אוזון בשילוב עם טיפול ביולוגי

בתוכניות תגמול מים מתקדמות, האוזון לעתים קרובות ממוזג עם פחמן מופעל ביולוגית (BAC) סינון במעלה הזרם של membranes. ozone באופן חלקי חמצון residizes תרכובות, מה שהופך אותם biodegradable, בעוד BAC מסיר את המכשול האורגני המנושל (AOC) וכתוצאה מכך מפחית באופן דרמטי את העומס האורגני על גבי membranes, כמו מתקני חמצון מודרניים, כגון תרכובת מודרנית, כגון תרכובת מודרנית, כגון תרכובת.

אוזון וקרמיקה

קרומבריות (בעיקר עשויים מאלומיניום, zirconia, או סיליקון carbide) הם אינרציה כימית ועמידים מאוד ל-oxidants כמו אוזון. תאימות זו פתחה אפשרויות חדשות: אוזון יכול להיות מיושם ישירות על פני השטח membrane ללא השפלה חומרית.

יישום שיקולים ואתגרים

בעוד היתרונות של אוזון במערכות קרום משכנעים, יישום מוצלח דורש הנדסה זהירה ושליטה תפעולית.

Ozone Dosage ו- Contact Time

(ה) מנה של האוזון הנדרשת תלויה באיכות המים, בטיפוסים המסוכנים, וברמה הרצויה של שיפור ב- flux.בדרך כלל, מינונים של 1-5 מ"ג/L עבור לפני ozonation של מים על פני השטח ו-5-15 מ"ג / L עבור יישומים של שפכים הם בעלי מינון נמוך מדי יכול להיות יעיל; גבוה מדי יכול להגדיל את עלויות האנרגיה ועלול לגרום נזק (BrOFalure: 3Fir: 3.

המונחים: material Compatibility

Polyamide דק סרט מורכב (TFC) membranes בשימוש osmosis לאחור וננומטרה הם רגישים חמצון על ידי אוזון, אשר יכול לחדד את רירית פולימר להפחית את דחיית מלח.עבור membranes, ozone חייב לשמש באופן ספארי, בדרך כלל רק במהלך מחזורי ניקוי עם ריכוז נמוך מאוד.

המונחים:

Ozonation יכול לייצר חומרים לא רצויים. במים המכילים bromide, היווצרות bromate היא דאגה עיקרית כי ברוקר הוא חשד לסרטן אנושי מוסדר ברמות נמוכות מאוד (10 מיקרוגרם / L בסטנדרטים רבים של מים לשתייה) אסטרטגיות למזער bromate כוללים הדבקה ( pH נמוך יותר להפחית היווצרות broassi), אוזון מבוקר, תוספת של ammon או מימן או peroxide אחר, אשר עשוי להגדיל את ה-ידי נוזל הדם האורגני, אשר עשוי להגדיל את ה-ה, אשר עשוי להיות מסוגל להגדיל את ה-דלקת הדם האורגני, אוריד, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקתי, אשר עשוי להגדיל את ה-ה, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקתי, או לרפא את ה-דלקתי, אם הוא עשוי להגדיל את ה-דלקתי, אומן, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקתי, אומן, אומן, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקת הדם האורגני, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקתי, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקת הדם האורגנית, אשר עשוי להגדיל את ה-ידי דלקת הדם, אוקלה, אם הוא עשוי להגדיל את ה-ידי דלקת הדם, אוקלה, אוקלה, אשר עשוי להגדיל את ה-דלקת הדם, 000, 000, אשר עשוי להגדיל את ה-

בטיחות ו Handling

אוזון הוא גז רעיל עם הגבלת חשיפה של 0.1 ppm מעל יום עבודה של 8 שעות ביממה.זה יכול לגרות את מערכת הנשימה ולגרום edema ריאות בריכוזים גבוהים יותר. גנרטורים של האוזון מייצרים את הגז על-ידי אוויר יבש או חמצן, הדורש אוורור הולם, גזי גלאי, ותהליכי חירום סגורים.

שילוב עם מערכות קיימות

החלת מערכת אוזון לתוך צמח קרום קיים דורש שטח עבור גנרטור אוזון, תא מגע, יחידת דה-הרס (כדי להסיר עודף של אוזון מן הגז) את הוצאות ההון הנוספות (CAPEX) יכול להיות משמעותי - על פי סדר של 10-20% של עלות צמחית הכוללת עבור מתקנים בינוניים בגודל בינוני.

מחקרים ומחקרים

יישומים אמיתיים בעולם ומחקרים עמיתים מספקים עדות ליעילות של אוזון במערכות קרום.

טיפול במים: Surface Water

צמח בקנה מידה מלא בהולנד מטפל במים מהנהר Meuse המשולב לפני הטיפול לפני האוזון לפני דלקת קרום אולטרה-סינון.בתקופת ניטור של שנתיים, הצמח דיווח על ירידה של 40% בתדירות של פעילות נקייה כימית (CIP) ושיפור של 25% בייצור מים נטו.המינון האוזון נשמר ב 1.5 מ"ג / L עם זמן של 8 דקות, ואין לי תחושה של ירידה ב- PV.

פסולת מים Reuse: Ceramic Membranes with In-Line Ozone

חוקרים מאוניברסיטת טוקיו חטפו מערכת המשלבת אוזון עם microfiltration קרמיקה לטיפול משפכים משניים של פסולת מים רכה.המערכת פעלה בשטף של 120 L / m2 /h - גבוה משמעותית יותר מ 80 L / m2 /h שהושג ללא אוזון - בעוד שמירה על לחץ trans-mbrane יציב הראו השלמת inactivation of Eli ו-99 רמות דלקת ריאות נשאר מתחת ל-LUMD2.

יישומים תעשייתיים: שמן סנדס מעבד מים

בתעשיית החול שמן, הטיפול במים המיוצרים עם membranes הוא נפגע על ידי עבירה אורגנית חמורה מן חומצות נוהות ואת שאריות bitumen. A טייס מחקר אלברטה, קנדה, הראה כי לפני ozonation (10 מ"ג / L, 20 דקות מגע) הפחית את הירידה של נוזל על ידי 60% במהלך סינון מים מטופלים הראו ירידה אורגנית לחלוטין ודלקתיות, המאפשרת ניקוי לאחר מכן עם ניתוח טרום דלקת מפרקים יעיל של אוטוזיס זה יכול לגרום לדלקת לאחר מכן.

יתרונות השוואתיים על אסטרטגיות חלופיות נגד שחיתות

אוזון אינו הכלי היחיד לשליטה מופרזת; שיטות אחרות כוללות כיול, מודעות (למשל, אבקה פחמן מופעל), ניקוי כימי וחמצן UV.

אוזון לעומת Coagulation

Coagulation מסיר חלקיקים וחלק חומר אורגני מומס, אך הוא מוסיף עלויות סליטה ולא יכול להפחית ביו-fouling ביעילות.Ozone, מצד שני, מטרות הן עבירות אורגניות ומיקרואורגניזמים. במקרים רבים, טיפול משולב של זיהום לפני ההדבקה מניב את התוצאות הטובות ביותר, עם אומת מתנהג כצעד מלוטש.

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תהליכי חמצון מתקדמים כמו UV / H2O2 מייצרים רדיקלים hydroxyl בדומה לפירוק האוזון.עם זאת, אוזון לבדו הוא לעתים קרובות יותר יעיל עבור חמצון גדול וחיטוי. UV / H2O2O2 יש עלויות הון גבוהות יותר ודורש שרוולים נקיים, בעוד אוזון יכול לשמש אפילו במים סוערים עם תחזוקה קטנה.

אוזון מול חומרים כימיים

חלק מהמפעילים משתמשים בגולשים או בסוכני גירוד במזכרון כדי לפרק ביופילות.עם זאת, כימיקלים אלה מוסיפים עומס אורגני למים הפסולת ויכולים לגרום לנפיחות קרום.אוזון הורס את הביופילם מבלי לעזוב שאריות כימיות - תוצרי לוואי הם בעיקר חמצן ותרכובות מים אשר הוסרו על ידי membrane עצמו או במעקב אחר שלבים.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

הצומת של טכנולוגיית האוזון ומדע המוחן ממשיך להתפתח.כמה מגמות שווה לאמר:

קטליטי אוזנון עם Membranes

חוקרים מפתחים חומרים מזכרים קטליטיים המשלבים תחמוצות מתכת (למשל, MnOveFLT:0203FLT:1, TiOveFLT:203FLT 3) כדי להאיץ את זיהום האוזון לתוך רדיקלים הידרוקסל ישירות על פני השטח membrane.

Ozone-Resistant Low-Pressure Membranes

פורמולות פולימריות חדשות וציפוי פני השטח נבדקים כדי לשפר את סובלנות האוזון בפולימידה ופוליסטולון. כמה מודולים אולטרה-פרופיל מסחרי עכשיו לטעון התנגדות לחשיפה רציפה של האוזון עד 5 מ"ג / L. כאשר מוצרים אלה הופכים למינסטרים, הצורך במזכרות קרמיקה (שיקרים יותר) עשוי להפחית יישומים מסוימים.

מערכות היברידיות עם Ozone ו- Electrochemical Processes

אלקטרו-חמצן באמצעות אלקטרודות יהלומים מוטבעות ברוטן יכול ליצור אוזון בתוך מודול membrane.זה מבטל את הצורך גנרטור אוזון נפרד וכלקי מגע, צמצום טביעת הרגל.מבחנים בקנה מידה טייס לטיפול בשפכים מבוזרים הם בדרך, עם תוצאות מבטיחות של הסרת אורגני ותחזוקה של שפעתx.

אופטימיזציה דיגיטלית של Ozone Dosing

חיישנים מתקדמים ואלגוריתמי למידת מכונה מועברים כדי להתאים את המינון האוזון בזמן אמת בהתבסס על הזנת פרמטרים איכותיים (טראומתיות, TOC, UV סופגנס) שליטה דינמית זו מצמצם פסולת כימית ומבטיחה ביצועים עקביים גם במהלך שינויים עונתיים באיכות מים גולמי.חלק מהשימושים במים כבר משתמשים במודלים חיזויים כדי לקבוע מחזורי ניקוי של האוזון כאשר דלקת קרום מתחת לסף.

מסקנה: כלי אמין בארסנל של המפעיל

אוזון הוכיח את עצמו כסוכן חזק לשיפור היעילות של מערכות סינון membrane. על ידי צמצום פגיעה אורגנית, שליטה ביו-פוץ, ומאפשר פלוקס בר קיימא, אוזון מאפשר למפעילים לשפר את ביצועי הצמח תוך צמצום צריכת הכימית והרחבת בעיות membrane חיים.הטכנולוגיה אינה ללא האתגרים שלה - הגבלות השקעה, על ידי סיכונים, ועלויות הון חייב להיות מוערכים בקפידה עבור יעילות מתקדמת יותר, במיוחד עבור טיפול תרופתית מתקדמת, כמו גם עבור מערכות טיפול תרופתית מתקדמת.