ผลกระทบของโพลาไรเซชันที่มีความเข้มข้นต่อระบบบำบัดน้ำแบบเมมเบรน

น้ำไหลผ่านเมมเบรนภายใต้ความกดดัน แต่เกลือและอินทรียวัตถุไม่สามารถผ่านได้และติดอยู่บนพื้นผิวเมมเบรน "การสะสม" ของตัวถูกละลายบนพื้นผิวเมมเบรนมีความเข้มข้นสูงกว่าการไหลของน้ำปริมาณมาก นี่คือโพลาไรเซชันของความเข้มข้น การก่อตัวของชั้นขอบเขตนี้มีผลกระทบต่อระบบอย่างครอบคลุม

ในระบบรีเวิร์สออสโมซิส อัตราส่วนของความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่พื้นผิวเมมเบรนต่อความเข้มข้นในการไหลของน้ำปริมาณมากถูกกำหนดให้เป็นปัจจัยโพลาไรเซชันของความเข้มข้น ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม มักจะถูกควบคุมต่ำกว่า 1.2 อย่างไรก็ตาม เมื่อช่องฟีดถูกปิดกั้นหรืออัตราการไหลลดลง สามารถเพิ่มเป็น 1.4 หรือ 1.5 ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งหมายความว่าความเข้มข้นของเกลือที่พื้นผิวเมมเบรนจะสูงกว่าความเข้มข้นของเกลือของความเข้มข้นที่เราวัดได้ 40%-50%

ตัวอย่างเช่น ในน้ำกร่อยทั่วไป เมื่อความเข้มข้นของเกลือที่มีความเข้มข้นเป็นกลุ่มคือ 5,000 มก./ลิตร ความเข้มข้นเฉพาะที่ผิวเมมเบรนจะสูงถึง 7,000-7,500 มก./ลิตร แรงดันออสโมติกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเค็ม โดยทุกๆ 1,000 มก./ลิตรของความเค็มที่เพิ่มขึ้น แรงดันออสโมติกจะเพิ่มขึ้นประมาณ 0.07 MPa (0.7 บาร์)

ความเข้มข้นของพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น 2,500 มก./ลิตร ส่งผลให้ความดันออสโมติกเพิ่มขึ้นเกือบ 0.18 MPa (1.8 บาร์) สำหรับระบบเมมเบรนน้ำกร่อยที่ทำงานที่ 1.0-1.2 MPa หมายความว่า 15%-18% ของแรงดันขับเคลื่อนสุทธิถูกดูดซับโดยโพลาไรเซชันแบบเข้มข้น

ปริมาณของอัตราการไหลของเพอมิเอตและอัตราการกรองน้ำทะเล:

ตามคู่มือทางเทคนิคของผู้ผลิตเมมเบรน (โดยใช้ซีรีส์ DuPont FilmTec เป็นตัวอย่าง) โดยมีอัตราการไหลของฟีดลดลง 15% และเพิ่มขึ้นจาก 1.2 เป็น 1.4 อัตราการไหลของการซึมผ่านของระบบจะลดลง 12%-18% ในโหมดแรงดันคงที่ นี่ไม่ได้เกิดจากการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน แต่เป็นการชดเชยแรงผลักดันที่มีประสิทธิผล

สำหรับอัตราการกรองน้ำทะเล ทุกๆ 0.1 ที่เพิ่มขึ้น ความสามารถในการซึมผ่านของ NaCl จะเพิ่มขึ้นประมาณ 20%-30% เมื่ออัตราการแยกเกลือออกจากเมมเบรนน้ำกร่อยปกติคือ 99.5% ค่าการนำไฟฟ้าของเพอร์มิเอตจะอยู่ที่ประมาณ 10-15 µS/cm

เมื่อโพลาไรเซชันของความเข้มข้นรุนแรง ค่าการนำไฟฟ้าของเพอร์มิเอตอาจเพิ่มขึ้นเป็น 30-50 µS/cm สำหรับระบบรีเวิร์สออสโมซิสขั้นตอนเดียวที่มีเบดผสม อาจหมายความว่าวงจรการฟื้นฟูเบดผสมถูกบีบอัดจาก 72 ชั่วโมงเป็นน้อยกว่า 24 ชั่วโมง ทำให้มีการใช้กรดและด่างเพิ่มขึ้นสองเท่า

ความเสี่ยงจากขนาด:

โดยทั่วไปดัชนีความอิ่มตัวของ Langerile (LSI) ของแคลเซียมคาร์บอเนตได้รับการออกแบบให้ต่ำกว่า 1.8 (โดยมีสารยับยั้งตะกรัน) โพลาไรซ์ความเข้มข้นจะเพิ่มความเข้มข้นที่พื้นผิวเมมเบรน ส่งผลให้ค่า LSI จริงสูงกว่าการไหลของน้ำปริมาณมาก 0.5-1.0

ในโครงการนำน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่ ปริมาณความเข้มข้น LSI เป็นกลุ่มคือ 1.6 การเพิ่มสารยับยั้งตะกรันควรมีความปลอดภัยตามการออกแบบ แต่ในระหว่างการใช้งาน ความแตกต่างของแรงดันที่ส่วนประกอบเมมเบรนส่วนปลายเพิ่มขึ้นจาก 10 psi เป็น 25 psi ภายในสามเดือน การผ่าเผยให้เห็นผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตบนพื้นผิวเมมเบรน โดยมี LSI ของพื้นผิวที่วัดได้สูงถึง 2.4-2.7 ซึ่งเป็นผลโดยตรงของการสะสมความเข้มข้นของชั้นขอบเขต

ตะกรันซัลเฟตมีความละเอียดอ่อนมากยิ่งขึ้น ผลิตภัณฑ์ความสามารถในการละลาย (Ksp) ของแคลเซียมซัลเฟตมีค่าประมาณ 2.4 × 10⁵ (25 องศา ) เมื่อปัจจัยโพลาไรเซชันของความเข้มข้นคือ 1.4 ผลิตภัณฑ์ไอออนของพื้นผิวสามารถเกิน Ksp ได้อย่างง่ายดาย 1.2-1.5 เท่า ทำให้เกิดผลึก เมื่อผลึกตกตะกอน การทำความสะอาดด้วยสารเคมีมักจะต้องหมุนเวียนเป็นเวลา 6-8 ชั่วโมงหรือมากกว่านั้น และการทำความสะอาดเพียงครั้งเดียวอาจลดอัตราการแยกเกลือออกอย่างถาวรได้ 0.5%-1%

มาตรฐานการควบคุมสำหรับพารามิเตอร์การทำงาน:

ในแนวทางการออกแบบองค์ประกอบเมมเบรน อัตราการไหลของความเข้มข้นสุดท้ายคือตัวบ่งชี้การควบคุมหลัก สำหรับส่วนประกอบเมมเบรนขนาด 8 นิ้ว โดยทั่วไปอัตราการไหลของสมาธิต่อหน่วยจะไม่น้อยกว่า 3.6 ลบ.ม./ชม.

เมื่ออัตราการไหลลดลงต่ำกว่า 3.0 ลบ.ม./ชม. แรงเฉือนที่พื้นผิวเมมเบรนจะลดลงจากประมาณ 250-300 s⁻¹ เป็นประมาณ 150 s⁻¹ ส่งผลให้ความหนาของชั้นขอบเขตเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ข้อมูลการวัดจริงแสดงให้เห็นว่า ณ จุดนี้ ค่าอาจกระโดดจากปกติ 1.15-1.2 เป็นมากกว่า 1.35 และอัตราการแยกเกลือของระบบจะแสดงการลดลงที่สังเกตได้ภายใน 1-2 สัปดาห์

อัตราการฟื้นตัวและโพลาไรซ์ความเข้มข้น:

สำหรับระบบรีเวิร์สออสโมซิสระยะเดียว- การเพิ่มอัตราการคืนสภาพจาก 50% เป็น 75% จะเพิ่มมูลค่าขององค์ประกอบเมมเบรนขั้นสุดท้ายประมาณ 0.1-0.15 นี่คือสาเหตุที่ระบบมักจะได้รับการออกแบบให้มีขั้นตอนสองหรือสามขั้นตอน โดยมีอัตราการฟื้นตัวของแต่ละขั้นตอนควบคุมอยู่ที่ 40%-50% อัตราการฟื้นตัวโดยรวมจะเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มด่านมากขึ้น แทนที่จะบีบอัตราการฟื้นตัวของด่านเดียวออกไป

อุบัติเหตุจากการดำเนินงานจำนวนมากเกิดขึ้นเนื่องจากภายใต้แนวคิด "การผลิตน้ำมากขึ้น" อัตราการฟื้นตัวเพิ่มขึ้นจาก 75% เป็น 80% ส่งผลให้ค่าสุดท้ายเกิน 1.5 นำไปสู่การปรับขนาดการแจ้งเตือนภายในหนึ่งเดือน