تجزیه و تحلیل مکانیسم رسوب غشاهای اسمز معکوس

غشاهای اسمز معکوس (RO) در هسته فن آوری های تصفیه آب امروزی قرار دارند که به طور گسترده در آب شیرین کن آب دریا ، استفاده مجدد از فاضلاب صنعتی و سیستم های تصفیه خانگی کاربرد دارد. غشاهای RO با راندمان بالای آب شیرین کن و تولید عالی با کیفیت آب ، نقش مهمی در حفظ امنیت آب دارند. با این حال ، در حین کار واقعی ، ماژول های غشایی اغلب با یک چالش ایستاده- ایستاده - مقیاس و رسوب روبرو می شوند. این سپرده ها نه تنها باعث کاهش شار آب و رد نمک بلکه افزایش مصرف انرژی و کاهش طول عمر غشای آن می شوند ، در نتیجه بر عملکرد کلی اقتصادی سیستم تأثیر می گذارد. بنابراین درک عمیق از مکانیسم رسوب برای طراحی بهینه شده و کاربرد غشاهای RO ضروری است.

در طی فرآیند RO ، آب خوراک تحت فشار از غشای نیمه- permable عبور می کند. نمک های حل شده و ترکیبات محلول کم نظیر بر روی سطح غشای جمع می شوند. هنگامی که غلظت محلی آنها از حد حلالیت فراتر رود ، تبلور و رسوب رخ می دهد ، مقیاس تشکیل می دهد. محرک های اصلی رسوب عبارتند از:

• اثر قطبش غلظت: از آنجا که آب تغذیه در امتداد غشاء جریان می یابد ، بخشی از آب نفوذ می کند و نمک ها را در قسمت کنسانتره پشت سر می گذارد. این یک لایه مرزی غلظت- بالا ایجاد می کند که تبلور را تسریع می کند.
• سرعت جریان کافی و نیروی برشی: در مناطق جریان کم- ، لایه های مرزی ضخیم تر کاهش می یابد - انتشار املاح ، رسوب بیشتر می شود.
• فشار بیش از حد transmembrane و سرعت بازیابی: فشار بالاتر و بازیابی به شدت غلظت نمک را در آب نمک افزایش می دهد و منجر به اشباع محلی می شود.
• شرایط شیمی آب: نمک های معدنی مانند کربنات کلسیم ، سولفات کلسیم و سولفات باریم رایج ترین مقیاس - تشکیل مواد هستند. بارش آنها به سختی ، قلیایی و دما بستگی دارد.

در اصل ، رسوب نتیجه ترکیبی از دینامیک سیال و تعادل شیمیایی است.

شبیه سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) و آزمایش های رسوب نشان داده اند که طراحی کانال جریان تا حد زیادی بر توزیع رسوب تأثیر می گذارد:

• Single - پاس (پایان - فید) غشای: توزیع جریان نسبتاً یکنواخت است ، اما سرعت در انتهای کانال کاهش می یابد و منجر به مقیاس بندی تدریجی از ورودی به خروجی می شود.
• Single - لایه دوگانه - غشای خوراک جانبی: مستعد قطبش غلظت در نزدیکی خروجی ، و در نتیجه رسوب بیشتر در هر واحد.
• غشای کانال -: با کاهش ارتفاع کانال در بخش پایین دست ، سرعت جریان افزایش می یابد و باعث افزایش شستشوی برشی می شود. آزمایشات تأیید می کنند که مرحله - کانال مجرد - طرح های جانبی باعث کاهش جرم رسوب در واحد واحد 25 ٪ پوند در مقایسه با طرح های سنتی می شوند.

این نشان می دهد که توزیع رسم از نزدیک توزیع جریان را آینه می کند ، به این معنی که خطرات رسوب را می توان از طریق طراحی کانال جریان بهینه پیش بینی و کاهش داد.

رسوب نه تنها تولید آب بلکه رد نمک و مصرف انرژی سیستم را نیز تحت تأثیر قرار می دهد:

• در جریان آب کاهش می یابد: لایه های مقیاس منافذ غشایی را مسدود می کنند ، به طرز چشمگیری کاهش نفوذپذیری.
• کاهش رد نمک: رسوب باعث تغییر شرایط انتقال انبوه می شود و منجر به افت در رد نمک ، به ویژه پس از حجم بزرگ تجمعی تجمعی می شود.
• افزایش تقاضای انرژی: دیفرانسیل فشار ورودی و خروجی بالاتر برای حفظ تولید به انرژی پمپاژ بیشتری نیاز دارد.

طول عمر کوتاهحذف کامل دشوار است و طولانی {{0} term تجمع ترم باعث خرابی غشای می شود و هزینه های جایگزینی را افزایش می دهد.

کنترل رسم آینده در غشاهای RO باید روی دستورالعمل های زیر متمرکز شود:

• طراحی کانال جریان بهینه شده: مرحله - کانال تک آهنگ - تنظیمات خوراک جانبی سرعت یکنواخت را با گرگرفتگی پایین دست ترکیب می کند و بازیابی بالا را با رسوب کم متعادل می کند.
• هیدرودینامیک پیشرفته: با استفاده از فاصله های خوراکی به درستی طراحی شده برای افزایش سرعت و نیروی برشی ، نازک شدن لایه های مرزی و کاهش قطبش.
• کنترل دقیق: تنظیم فشار عملیاتی و بازیابی برای جلوگیری از طولانی شدن شرایط اشباع طولانی مدت.
• تهویه آب: اضافه کردن آنتیکال ، نرم شدن یا DE - سخت شدن برای به حداقل رساندن مقیاس - ایجاد خطرات.
• نظارت و پیش بینی هوشمند: اتصال مدل سازی CFD با نظارت آنلاین برای ساخت مدل های پیش بینی رسم برای هشدار اولیه - هشدار و تنظیم واقعی {1}.

با نگاهی به جلو ، تحقیقات رسم RO به طور فزاینده ای به اتصال شبیه سازی های عددی با اعتبار سنجی تجربی متکی خواهد بود تا به طور دقیق پیش بینی رسوب در سناریوهای کاربردی متنوع شود. سیستم های کنترل هوشمند ، که توسط Big Data و هوش مصنوعی توانمند هستند ، به اپراتورها کمک می کند تا ضمن حفظ کارایی ، خطرات رسوب را به حداقل برسانند. همراه با مواد پیشرفته غشایی و ساختارهای نوآورانه کانال جریان ، انتظار می رود نسل بعدی سیستم های RO به پیشرفت هایی در شار بالاتر ، طول عمر طولانی تر و کاهش مصرف انرژی برسند.