Причины загрязнения мембраны обратного осмоса

Thread Content

　　Новости химической промышленности 707: Загрязнение мембран представляет собой явление, при котором частицы, коллоидные частицы или крупные молекулы растворенного вещества из жидкости, контактирующей с мембраной, вступают с ней в физическое или химическое взаимодействие; либо из-за концентрационной поляризации концентрация некоторых веществ на поверхности мембраны превышает их растворимость; либо в результате механического воздействия происходит адсорбция и осаждение этих веществ на поверхности мембраны или в ее порах. Все это приводит к уменьшению размера пор мембраны или её засорению, вызывая необратимые изменения в параметрах её проницаемости и способности к разделению веществ. 　　Снижение потока и ухудшение селективности, вызванные адсорбцией загрязнителей, в особенности крупных молекул, таких как белки, на поверхности мембраны и в её порах, являются основной причиной деградации мембранного потока. Однако снижение потока, вызванное загрязнением мембраны, часто смешивается с уменьшением обратимого потока, обусловленным явлением поляризации из-за разницы концентраций, что ещё больше снижает эффективность мембранной сепарации. 　　Причины загрязнения мембраны обратного осмоса В процессе работы системы обратного осмоса металлы, находящиеся в сточных водах, микроорганизмы, трудно растворимые осадки, органические загрязнители, биологический ил, коллоиды, жиры и другие вещества длительное время соприкасаются с мембраной. Это приводит к её загрязнению, что значительно снижает её пропускную способность и эффективность разделения веществ, а также увеличивает давление в системе. Причины этого в основном следующие: 1) Концентрационная поляризация. В системе опреснения методом обратного осмоса селективная проницаемость мембраны приводит к тому, что молекулы воды непрерывно проходят через нее с высокого давления, в то время как молекулы растворенных веществ остаются в исходном растворе. В результате на поверхности мембраны возникает разница концентраций между раствором, контактирующим с мембраной, и исходным раствором; в тяжелых случаях образуется очень большой градиент концентрации. Это явление называется концентрационной поляризацией. Поляризация из-за разницы концентраций приводит к повышению осмотического давления в растворе; это снижает эффективную силу, способствующую процессу проникновения воды, в результате чего снижается скорость проникновения воды и степень десалинизации. 　　2) Ионный налет. Соли с низкой растворимостью, такие как CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaF2 и SiO2, в процессе обратного осмоса могут выпадать в осадок из-за повышения концентрации выше их предела растворимости, образуя отложения на поверхности мембраны и в каналах подачи воды, что приводит к образованию накипи. J.H. Bruus и его коллеги обнаружили, что при извлечении Ca2+ из ила увеличивается количество мелких частиц и сопротивление фильтрации. 　　3) Осаждение металлоксидов. Некоторые источники воды с высоким содержанием солей, содержащие ионы железа и марганца низкого степеня окисления, обладают определенной редуцирующей способностью. Основной причиной засорения мембран в таких случаях является образование коллоидных частиц из железа, алюминия, марганца и т. д. на поверхности мембраны. Для окисления железа требуется низкий уровень pH, что приводит к частой закупорке системы обратного осмоса из-за наличия ржавчины. Возможные причины накопления растворимого двухвалентного и трехвалентного железа на поверхности мембраны включают: попадание кислорода в воду, содержащую двухвалентное железо; образование соединения FeCo3 в водах с высокой щелочностью; реакцию железа с кремнием, в результате которой образуется нерастворимый ферросиликат; воздействие бактерий, способных к восстановлению железа, что способствует усилению роста биомембран и накоплению железных отложений; образование коллоидного железа в результате действия флокулянтов, содержащих железо; при загрязнении металлами, такими как железо, алюминий и марганец, наблюдаются снижение объема производимой воды и увеличение разницы давлений. 　　4) Образование биологического ила Когда поверхность мембраны покрывается микроорганизмами, обладающими высокой жизнеспособностью, соли, которые удаляются мембраной, остаются в этом липком слое и не могут быть унесены водой. Это создает благоприятные условия для размножения микроорганизмов. Кроме того, препараты, предотвращающие образование накипи (такие как полималеиновая кислота, аминотриметилфосфат и т. д.), а также средства для смягчения воды, добавляемые на этапе предварительной обработки воды перед процессом обратного осмоса, способствуют росту микроорганизмов. Органические и неорганические растворимые вещества, а также частицы могут быть удалены с помощью эффективной предварительной обработки. Однако частицы микроорганизмов, способные к размножению, даже если после предварительной обработки от них остается всего 0,01%, могут продолжать размножаться за счет биоразлагаемых веществ, содержащихся в воде. Это является одной из основных причин загрязнения, которое вызывает биологический ил в любой системе. 　　5) Загрязнение коллоидами Подземные и поверхностные воды содержат железо, алюминий, кремний, органические вещества и т. д. Эти вещества вместе с коагулянтами, помощниками коагуляции, ингибиторами образования налета и другими веществами, добавляемыми в процессе предварительной обработки, образуют коллоидные осадки на поверхности мембраны, что приводит к загрязнению коллоидами. Коллоид силикатов в воде подвергается гидролизу с образованием Si(OH)4. При определенных условиях происходит полимеризация: mSi(OH)4 → (SiO2)m + 2mH2O. В результате образуются капли SiO2, которые далее ионизируются, выделяя ионы H+, в результате чего коллоид приобретает отрицательный заряд. 　　Очистка от коллоидных загрязнений затруднена из-за того, что они имеют одинаковый заряд, являются довольно стабильными, плохо оседают, легко загрязняют мембраны, что приводит к снижению пропускной способности воды. Как правило, такая тенденция оценивается с помощью индекса загрязнения (SDI). Обычно при SDI3 происходит засорение. 　　6) Явление «гидравлического удара»
В системах обратного осмоса из-за некорректной конструкции и на этапе первоначальной настройки в корпусе мембраны остается большое количество воздуха. Когда жидкость, подлежащая очистке, мгновенно поступает в корпус мембраны, воздух, обладающий сжимаемостью, не может быть полностью вытеснен за короткое время. При достижении в корпусе мембраны определенного давления воздух внезапно вырывается наружу, что приводит к столкновениям, сжатию и перемещению элементов мембранной системы относительно друг друга; это и вызывает явление «гидравлического удара». В системах обратного осмоса опасность гидравлического удара заключается в том, что он приводит к необратимому повреждению мембранных элементов. 　　7) Загрязнение из-за взвешенных частиц При наличии «короткого замыкания» или дефектов у фильтра безопасности может произойти утечка фильтрующего материала, осколков ржавчины и посторонних веществ (например, мелких нитей). Кроме того, при недостаточной промывке мембраны во время первого запуска может произойти её загрязнение. Это приводит к закупорке каналов подачи воды и образованию аморфных осадков на поверхности мембраны. Такая ситуация встречается редко. 　　8) Загрязнение из-за других факторов Углеводороды и масла и жиры на основе кремния могут покрывать поверхность мембраны, что приводит к её загрязнению. Гидролиз мембраны, воздействие органических растворителей и окислителей также могут привести к изменению свойств материала мембраны