Desalinasyon ve Su Tedavi Bitkiler için Anti-scaling Kaplamalar'da ilerlemeler
Desalinasyon ve su arıtma tesisleri, dünya çapındaki arid ve kıyı bölgelerinde taze su tedarik etmek için kritik altyapıya hizmet etmektedir.Ancak bu tesisler kalıcı bir operasyonel engelle karşı karşıyadır: ısı değiştirici tüpler, membran yüzeyler ve borular. Scale sadece to supplying fresh water in arid and coastal regions worldwide.Ancak bu maddelerdeki son atılımlar - endüstriyel kaplama yöntemlerin maliyetlerinin azaltılması ve daha verimli hale getirilmesi için verilen mineral eklenme yolları - bu makaleye giriş yollarını incelemektedir.
Ölçeği Bilimi Formasyon
Scale formasyonu, kalsiyum, magnezyum, biyokarbonat ve su permeasyon nedeniyle membran yüzeyinde dramatik bir şekilde yükselir. Benzer şekilde, çok aşamalı flaş (MSF) gibi ısıtılmış hava sıcaklıkları ve karbonatına doğru biyokarbonat dengesine doğru geçiş, kalsiyum karbonatın düşmesine yol açar (CaCO3) ve magnezyum hidroxide (Mg(OH)
Kristalizasyon nükleksiyonla başlar - stabil kümelerin stabilizasyonu - kristal büyüme ile güçlü bir şekilde metal veya polimerik yüzeylere bağlanır.Saçlar, yerel sıcaklıklar ve yüksek yüzey enerjilerini yükselterek, ölçeklendirme için bol siteler sağlar, besleme basıncı arttırır ve erkenden membranı azaltır.
Su kimyası, yüzey özellikleri ve operasyonel parametreler arasındaki etkileşimin anlaşılması, bu adımları kesmenin kaplamaları tasarlamak için önemlidir. Modern anti-scaling kaplamaları, nükleksiyonun en erken aşamalarını hedef alır ve sadece inşa edildikten sonra depozitoları kaldırmaya çalışır.
Neden Geleneksel Anti-Scaling Yöntemleri Kısa Süre
On yıllardır, su arıtma tesisleri kimyasal antiskalantlara dayanıyordu - organik polimerler veya fosforlar, sequester iyonları veya distort kristal morfolojiyi kaybederler. Düşük dozlarda etkili olsa da, bu kimyasallar birkaç dezavantaj ortaya çıkarır: sürekli doğranma ve izleme gerektirir, biyolojik foulinge katkıda bulunabilir ve deşarjları su ekosistemlerine zarar verebilirler.
Bu kısıtlamalar, ilk etapta yapışmayı engelleyen pasif yüzey tedavilerini aramaya başladı. Anti-scaling kaplamaları, kritik ıslak yüzeylere uygulanan ince filmler olarak uygulanan, kimyasal tüketimi azaltan ve unutan bir yaklaşım sunuyor.
Anti-Scaling Kaplamaları'nda İleriler
Son on yılda maddi bilim yenilikleri, nadiren anti-biliteli özelliklerle kaplamalar üretti.Yönetim prensibi, düşük sigortalı-enerji, hidrofobik veya ölçeklendirme çözümlerinin yayılmasına engel olan süperhidrfobik yüzeylerdir. Ek olarak, bazı kaplamalar aktif olarak yerel koşullara yanıt veren işlevsel katkı maddeleri içerir.
Hidrofobi ve Low-Surface-Energy Kaplamalar
Silikon bazlı kaplamalar, özellikle poliditilsiloxane (PDMS) ve floreitli silolar, daha az ölçeklere yol açan ve bu kaplamalar, daha düşük yüzeysel yüzeyler için termodinamik sürücülerini gerektirir.
Nanoyapılı ve Kompozit Kaplamalar
Nanoteknoloji, alt-mikron ölçeğinde yüzey topografisini manipüle eden kaplamaları tanıttı. Örneğin, grafikene oksit (GO) bir polimer matrisinde, yüzeyde bir kırılmış, yüksek riskli kaplama mekanizması, membranı fiziksel olarak engelleyen membran, sıvı kaplamaları da içeren, polimerlerin sertleştirilmesi ve beton kaplamalarını birleştirebilmeleri gibi.
Başka bir umut verici avenue, sağlam substratlar ile temasa geçen katmanın kullanımını değiştirir.Bu kaplamalar, yüksek çözünürlükte ve hidrophilicity ile olağanüstü performans gösterdi. Olumlu ve negatif şarj polimer katmanlarıyla, araştırmacılar, sabit bir su tabakasını çeken yüzeyleri etkili bir şekilde engelleyebilirler.
Smart ve Stimuli-Responsive Kaplamalar
Örneğin, poli(N-isopropylariamid) (PNIPAM) fırçalar, yüksek pH (alkaline ölçeklendirme koşulları) ile ısıtılmış moleküllerin yüksek pH (LCST) üzerindeki sıvı yağ kaplamalarını azaltırlar.
Kendi kendine özgü kaplamalar kesme kenarını temsil eder: Hidrofobik polimer öncüleriyle dolu mikrokaplar bir taşıyıcı matrixinde gömülüdür. kaplama çizilir veya eroded olduğunda, kapsüller rupture ve mühürler, manuel müdahale olmadan anti-skaling performansı geri getirir.
Modern Kaplamaların Anahtar Performans Özellikleri
Bir kaplama için, bir desalinasyon bitkisinde başarılı olmak için, 80°C'nin üzerinde birkaç talep kriterle karşılanmalıdır. Termal istikrar, MSF ve multi-aktif distillasyonda (MED) bitkiler, yüzey sıcaklıklarının 100 °C'nin üzerinde katılmasını sağlarken, inorganik ve seramik zengin kaplamaların üzerinde birkaç talep edilen kriterle karşı karşıya kalabilir.
Kimyasal direnç, klor ve temizlik ajanları uzun süreli kaplamayı belirler. Fluoropolimers ve çapraz bağlantılı epoxy-siloxane hibridler geniş bir pH aralığı (2-12) Altta yatan substratlara karşı mükemmel bir istikrar sunar.
Son olarak, kaplama, büyük tekneleri veya boru hatları çıkarmadan önce alan yenilemeye izin verildiğinde, çevre sıcaklığında tedavi edilen kaplamalar veya mütevazı kızılötesi ısıtma ile tercih edilir.
Uygulama Yöntemleri ve İntegra Challenges
Tam ölçekli bir su arıtma tesisindeki anti-skaling kaplamaları, farklı zorluklar içerir. Yeni yüklemeler için kaplamalar, fabrikada üretim sırasında uygulanabilir, üniformalı kalınlık ve kontrollü bir şekilde tedavi edilebilir.For retrofit projeler için, in-situ application using high-volume airless spreyler veya dönen nozul sistemleri tipik. Yüzey hazırlığı -grit patlama, kimyasal temizlik veya lazer ablasyon - mevcut ölçek ve sertleştirici yüzey kaplamaları kaldırmak için substratı kaldırmak için temel.
Membran tabanlı sistemler eşsiz bir zorluk sunuyor: Kapaklı RO membranlar yüksek su geçirgenliği (flux) tuzları reddetmektedirken, birçok hidrofobik kaplamalar, ölçek önlemede etkili olsa da, flux'ı azaltır, çünkü membran yoluyla su taşımacılığı ek katmanlarla engellenir.Bu konuya hitap etmek için, araştırmacılar ultra-trop kaplamaları gelişmiştir.
Başka bir entegrasyon engeli, mevcut enstrümantasyon ve sensörler ile kaplamaların uyumluluktır. kaplamalar iletkenlik probları veya akış sayacı okumalarına müdahale edebilir. Plant operatörleri genellikle uygulamadan sonra kontrol algoritmaları veya ikincil sensörler yüklemelidir.
Ekonomik ve Operasyonel Faydaları
Modern anti-scaling kaplamalarının benimsenmesi, Arap Körfezi'ndeki silikon bazlı kaplamaların ölçümlerini doğrulamaktadır ve antiscalant dozda% 15 ila 25 oranında azalmayı başarır.
Geliştirilmiş enerji verimliliği başka bir büyük faydadır. ölçek katmanlarının sayısı, bir yıl boyunca ısı transfer katlarını azaltır. Temiz yüzeyleri korumak için ABD'nin değeri yaklaşık 300 bin dolar tasarruf eder, ortalama endüstriyel elektrik oranlarında yakıt tüketimi azaltır.
Çevresel kazanımlar eşit derecede önemlidir. Düşük antiscalant kullanımı, kimyasal yükü deniz organizmalarına karşı azaltın. Temiz temizleme döngüleri ayrıca atık su hacmini azaltın ve sert biyokitler veya asitler için gerekli olan önlemler, pasif kaplama teknolojileri, üretkenliğin azaltılmasına uygun bir yol sunar.
Vaka Çalışmaları ve Alan Performansı
Birkaç kanıt, Katar'da ilk aşamalı pilav spreyi ile ilgili net tasarruflar ortaya çıkıyor.18 ay içinde, kapılmış gemilerle kıyaslanmış %50 daha az temiz yer (CIP) olaylarını yaşadı ve ortalama florx geri çekilme %8'i kontroller için % 22'ye karşıydı. Bitki, $ 2'den fazla su fiyatlarını bildirdi.
İzlanda'daki jeotermal desalinasyon tesisindeki bir başka deneme, her 72 saatte bir alüminyuma-silica kaplamayı titanyum plaka ısı değiştiricilerine uyguladı. 120°C ve pH 5.5'in kaplama olmadan kaplamalı plakalar neredeyse ortadan kaldırıldı, ancak kontrasepülsüz plakalar her 72 saatte bir asit yıkamaya ihtiyaç duyuldu.
Belediye su tedavisinde, sert bir şekilde tedavi edilen bir bitki (400 mg/L CaCO3), kireçli kaplamalarının iç yüzeylerine kadar sıkı bir şekilde bağlanmadı, kaplama yılda bir kez daha manuel temizlik yaptı ve precipitated kalsiyum karbonat çamuru kaplamak daha kolaydı çünkü kaplama duvarlarına güçlü bir şekilde bağ vermedi.
Future Yol Tarifi
Araştırma, hem yüksek performanslı hem de yaygın kabul için yeterince uygun olan kaplamalara hızlanıyor. Bu katmanlı malzemeler, aşırı derecede az sayıdaki kaplamalar gibi iki boyutlu malzemelerin bir araya getirilmesini sağlıyor.
Başka bir aktif alan, biyo-inspired polimerleri kullanarak çevresel iyileştirici kaplamaların gelişimidir, örneğin chitosan veya hücreli nanokristaller gibi, yenilenebilir kaynaklardan elde edilebilir ve elde edilebilir olan biyodegradasyonlar.
Son olarak, tahmin edici modelleme araçları, mühendislere verilen bir su kimyası ve proses koşulu için en uygun kaplamayı seçmelerine yardımcı olmak için ortaya çıkıyor.Bir sonraki su arıtma tesisleri ile ölçeklendirme kinetiğinin tam potansiyelini birleştirerek, bitki operatörleri, ön muafiyet öncesi program kaplama yenileme veya ayarlama parametrelerini kaplamanın performansı içinde tutmanız için ayarlar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Scale formasyon, verimli bir desalinasyon ve su tedavisi için inatçı bir engel olmaya devam ediyor, ancak son nesil anti-kaling kaplamaları, modern kaplamaların yaşam süresini artırmak ve tangaç ekonomik geri ödemelerin sağlanmasıyla ilgili olarak, madencilik teşvik edici malzemeleri azaltmaktadır.Bu kaplamalar mineral konsültasyonunu azaltır, ısı ve kütle transferlerini azaltır ve bitki operasyonlarının kimyasal ayak izlerini azaltır.
[[0|kaynaklar ve Okuma[[Dönler: 1)
- Zhang, X., et al. (2021) "Anti-scaling mekanizmaları süperhidrofbik yüzeyler için desalinasyon için." [FONT:0)ACS Uygulamalı Malzemeler & Interfaces).
- Bonn, D., et al. (2020) "Köle formasyonda ısıtılması: bir inceleme." [FONT:0)Desalinasyon[[Dönt: 1 ), 478, 114286.
- Wang, S., & Shao, J. (2022). "Nanoyapılı kaplamalar, su RO sistemleriyle ilgili olarak yapılır." [0]Derin Biliminin Dili[FLT: 647, 120310.
- "Su tedavisi içinSmart kaplamaları." (2023). Uluslararası Desalinasyon Derneği Beyaz Kağıt.ETHFLT:0) PDF[[Dönemli: 1)