Keraamilised membraanid merevee filtreerimiseks: miks merevee eeltöötlus nihkub polümeersest keraamilisele membraanile

Kui mäletate sellest artiklist ainult ühte lauset, siis olgu see järgmine:Merevee filtreerimise raske osa ei ole "soola väljavõtmine", vaid "allavoolu asuva soolatustamisüksuse elus ja stabiilsena hoidmine".See on täpselt see probleemkeraamilised membraanid merevee filtreerimisekson mõeldud lahendama. Paljud projektid pööravad kogu tähelepanu pöördosmoosile (RO) ja jätavad tähelepanuta selle eesseisva eeltöötluse-, seejärel jälgitakse, kuidas RO membraanid määrduvad ikka ja jälle, puhastavad liiga sageli ja kaotavad kasutusea. Selle artikli eesmärk on viia lõpule üks nihe mõtteviisis: vaenulikus söödas, nagu merevesi, ei ole keraamilised membraanid "kallim polümeermembraan", vaid erinevat tüüpi vara.

1. "Kolm kõrgpunkti ja üks muutus": miks merevesi on üks raskemaid toite

Et mõista, miks keraamilisi membraane ümber vaadatakse, peame kõigepealt mõistma merevett ennast. See erineb jõeveest, kaevuveest või isegi olmereoveest: merevesi ühendab endas mitmeid tingimusi, mis lühendavad filtreerimismaterjalide kasutusiga.

1.1 Kõrge soolsus ja korrosioon: mis tahes materjali esimene lävi

Merevesi on looduslik, tugevalt elektrolüütiline keskkond. Selle kõrge kloriidi, bromiidi ja sulfaadi kontsentratsioon koos aeroobsete tingimustega avaldab enamikule polümeermaterjalidele aeglaselt{1}}toimiva korrosioonikoormuse. Pärast pikaajalist sukeldumist ja korduvat keemilist puhastamist võivad polümeersed membraanid plastifitseerida, rabedaks muutuda ja kaotada pöördumatult voolu. Asi ei ole hoolimatus tegutsemises, vaid materiaalse looduse ja keskkonna mittevastavuses. Keraamilise membraani anorgaaniline karkass (seda käsitletakse allpool) on selle künnise juures oma olemuselt eelistatud -see on põhimõtteliselt immuunne soolade, hapete, aluste ja oksüdeerijate suhtes.

1.2 Suur hägusus ja kõrge bioloogiline aktiivsus: peamised saastumise allikad

Merevesi kannab suurel hulgal hõljuvaid aineid, kolloide, vetikaid ja baktereid ning need kõikuvad järsult sõltuvalt aastaajast ja ilmast. Pärast tormi hägusus suureneb; vetikate õitsemise ajal suureneb orgaaniline ja kleepuv aine. Suurem probleem onbiomäärdumine: mere mikroorganismid settivad membraani pinnale ja moodustavad seejärel biokile, mille järel puhastamine muutub nii raskemaks kui ka kulukamaks. Polümeersed pinnad on suhteliselt hüdrofoobsed ja nõrgalt laetud, mis muudab need orgaaniliste saasteainete külge kinni.

Pilt: Illustratsioon "kolme kõrgpunkti ja ühe muutuse kohta", mida merevesi filtreerimismaterjalidele avaldab: kõrge soolsus, kõrge hägusus/kolloidid, kõrge bioloogiline aktiivsus,

ja mööduvad vee{0}}kvaliteedišokid, mis on tingitud ilmastikust ja vetikate õitsengust (illustreeriv; asendatav tegelike töökõveratega).

1.3 Mööduvad šokid: süsteemi vastupidavuse kõige karmim test

Jõevesi võib olla kehv, kuid tavaliselt muutub see järk-järgult. Merevesi võib mõne tunni jooksul muutuda õlilaigu, vetikate õitsemise või tormi äravoolu tõttu. Süsteem, mis "töötab hästi ainult heas vees", lülitub välja või halveneb tingimuste muutumisel-ja see ei ole vastupidavus. Keraamilised membraanid, mis on vastupidavad ja agressiivselt puhastatavad, sobivad hästi sellistele löökidele vastu pidama.

1.4 Katlakivi ja soolade sade: alahinnatud krooniline haigus

Peale selle, et merevesi on "määrdunud", "kristalliseerub". Kohaliku kontsentratsiooni, temperatuuri või pH nihke korral kalduvad kaltsiumi- ja magneesiumisoolad membraani pinnale sadestuma ja moodustama kõva katlakivi. Erinevalt hõljuvatest ainetest ei lopu see katlakivi kergesti maha; see pakseneb aeglaselt, ahendab kanaleid ja tõstab töörõhu erinevusi. Mis veelgi hullem, merevee kõrge soolsus jätab skaleerimisrežiimide ja mitte-katlastamise režiimide vahele kitsa piiri, nii et veidi hooletu kujundus võib sellesse astuda. Seetõttu on happeline puhastus (anorgaanilise katlakivi puhul) ja aluseline/oksüdatiivne puhastus (orgaaniliste ainete ja biokile puhul) võrdselt oluline{5}}ja keraamilised membraanid saavad hakkama mõlema "harjaga".

2. Polümeersete membraanide nõrgad kohad merevees

See ei tähenda, et polümeersed membraanid oleksid kasutuskõlbmatud,{0}}tegelikult jäävad need peavooluks. Kuid konkreetselt merevee eeltöötlusel suurendatakse mitut nende nõrka kohta.

2.1 Keemilise puhastuse piirangud

Polümeersed membraanid ei meeldi tugevatele oksüdeerijatele, nagu naatriumhüpoklorit (tavaline puhastamisel kasutatav oksüdeerija) ja neile ei meeldi äärmuslik pH. Kuid merevee eeltöötlus vajab sageli just neid "tugevaid ravimeid", et võidelda bioloogilise saastumise ja orgaaniliste ainete vastu. Tulemuseks on dilemma: puhasta õrnalt ja saastumine võidab; puhastada agressiivselt ja membraani elu kannatab. Keraamilisi membraane saab puhastada korduvalt laias pH vahemikus ja tugevalt oksüdeerivates tingimustes, muutes "puhastuse" -kõige sagedasema töö-koormast rutiinseks tööriistaks.

2.2 Biomäärdumine ja selle mõju kasutuseale

Kui biomäärdumine moodustab polümeersele membraanile kile, kaasnevad sellega sageli pöördumatud kahjustused ja puhastamine võib taastada vaid piiratud jõudluse. Seetõttu kiputakse merevees polümeerseid membraane vahetama sagedamini kui olmereoveeteenuses. Sage asendamine tähendab seisakuid, varuosi ja töö-varjatud kulusid, mida madal esihind kipub varjama.

2.3 Fluxi taastamise ülemmäär

Üks põhinäitaja selle kohta, kas membraan merevees "kestab", onvoolu taastumine-kui suure osa algsest voolust see pärast puhastamist tagasi saab. Pärast bioloogilist saastumist ja orgaanilist adsorptsiooni muutub osa polümeermembraanil olevast saastumisest "pöördumatuks"; olenemata sellest, kui kõvasti puhastate, ei taastu see kunagi algväärtusele ja voog väheneb järk-järgult. Kuna keraamilised membraanid on hüdrofiilsed, jäigad ja struktuurilt stabiilsed, on suurem osa nende saastumisest pöörduv, nende taastumispiir on kõrgem ja nende pikaajaline kõver on lamedam. See ei ole müstika; see on materiaalse looduse liitmõju pikkade töötsüklite jooksul.

3. Miks keraamilised membraanid hoiavad oma alust: alustades materiaalsest olemusest

Keraamiline membraan ei ole "keraamikaga kaetud plastik"; see on poorne keha, mis on täielikult paagutatud anorgaanilistest materjalidest. See üksainus eristus määrab kõik järgneva.

3.1 Anorgaaniliste materjalide "kõvad luud": alumiiniumoksiid, tsirkooniumoksiid, ränikarbiid

Tavalised keraamilised membraanikandurid on tavaliselt valmistatud alumiiniumoksiidist (Al2O3) ja eralduskihtidega tsirkooniumoksiidist (ZrO₂) või titaan{0}}leegeeritud materjalidest. Tipptasemel{2}}rakendused võivad kasutada ränikarbiidi (SiC), mis on kõvem, kulumiskindlam ja soojusjuhtivam. Need materjalid ei lahustu soolvees, ei karda happeid ega aluseid ega karda oksüdante; struktuurselt on need jäigad poorsed kehad kitsa ühtlase pooride suuruse jaotusega. Merevee puhul on see "materiaalne DNA" korrosioonikindluse, saastumiskindluse ja pika kasutusea juur.

3.2 Hüdrofiilsed pinnad ja pöördumatu saastumine

Keraamilised membraanipinnad on loomulikult hüdrofiilsed. Hüdrofiilsus tähendab, et õlid ja hüdrofoobsed orgaanilised ained ei "kleepu" kergesti; see tähendab, et biokiled moodustuvad aeglasemalt ja isegi siis, kui need tekivad, eemaldatakse need tagasipesu ja puhastamise teel kergemini. "Pöördumatu saastumise" muutmine "pöörduvaks saastumiseks" nii palju kui võimalik on merevees keraamiliste membraanide üks kesksemaid müügiargumente.

3.3 Lisaks eeltöötlusele: keraamiliste membraanide külgnevad marsruudid

Keraamilised membraanid ulatuvad lisaks oma peamisele eeltöötluse rollile kahes suunas. Esimene onmembraani destilleerimine, mis kasutab hüdrofoobselt modifitseeritud keraamilisi membraane, nii et temperatuurierinevus juhib veeauru läbi, samal ajal kui soolad ja saasteained tõrjutakse,-sobib hästi suure-soolsusega soolvee edasiseks kontsentreerimiseks. Teine onsidumine oksüdatsiooniprotsessidega: kuna keraamilised membraanid taluvad oksüdeerijaid, võivad need töötada koos täiustatud oksüdatsiooni ja sarnaste eeltöötlustega, mis lagundavad tõrksa orgaanika enne nende kinnijäämist. Need marsruudid ei pruugi olla iga mereveeprojekti jaoks kohustuslikud, kuid need näitavad, et keraamiliste membraanide materiaalsed eelised avavad ruumi laiemalt kui "eeltöötlus".

3.4 Üks tabel erinevuste nägemiseks

Allolev tabel lamendab kõik mõõtmed "kvalitatiivseteks hinnanguteks" ilma numbreid kuhjamata,{0}}mida inseneride valik peakski vaatama.

Pilt: keraamiliste ja polümeersete membraanide kvalitatiivne võrdlus mereveeteenuse põhimõõtmete lõikes

(Kõrge/Hea/Keskmine/Madal; suhteline illustratsioon, mitte konkreetsed mõõdetud väärtused).

4. Mõtteviisi muutus: rohkem kui lihtsalt kallim polümeerne membraan

Paljud ostjad kortsutavad vaistlikult kulmu esimese keraamilise membraani pakkumise peale,{0}}esialgne hind on tõepoolest suurem. Kuid siin on kognitiivne eelarvamus, mida korduvalt ümber lükatakse:käsitledes "membraanidele kulutatud raha" kui "membraanide kasutamise kulusid".Karmi ja väga mööduva toite puhul, nagu merevesi, kulutab eelarve tegelikult seisakuid, sagedast membraanivahetust ja{0}}kadusid, kui RO alla tõmmatakse. Keraamilised membraanid kauplevad madalamate seisakuaegade ja pikemate vahetusintervallide eest kõrgema eelmaksuga-ja kogu pearaamatus on see sageli parem pakkumine.

Veelgi olulisem on see, et see on "vastupidavuse vara": kui merevesi muudab iseloomu, jookseb see edasi ja seda saab agressiivselt puhastada, selle asemel et vetikate esimesel õitsengul kokku kukkuda. Projekti puhul, mis elab stabiilsel veevarustusel-saar, ranniku tehas, laev-, on vastupidavus ise raha.

5. Kolm levinud eksiarvamust

Inseneriringkondades kolm eksiarvamust selle kohtakeraamilised membraanid merevee filtreerimisekskorduvad ja väärivad selgitust.

Eksiarvamus 1: "Keraamiline membraan on lihtsalt kallim ja parem polümeerne membraan."Ei. Need on kaks erinevat asja-anorgaaniline jäik poorne keha versus orgaaniline polümeer. See ei ole "täiustatud polümeerne membraan", vaid "teine ​​materjalitee". Ainult seda mõistes väldite keraamilise membraani valimist polümeersete jaoks kasutatava mõtteviisiga.

2. eksiarvamus: "Paigaldage keraamiline membraan ja olete-hooldusvaba-."Samuti ei. See on vastupidav, kuid see ei tähenda, et see ei vaja hoolt. Tagasipesu, õhupuhastus, CIP ja valikuline sisseehitatud koagulatsioon kehtivad endiselt; see lihtsalt kannatab "raskemat" hooldust kahjustamata. "Tõhusa" käsitlemine kui "hooldus-vaba" põhjustab lõdva haldamise tõttu saastumisprobleeme.

Valearvamus 3: "Keraamiline membraan võib asendada pöördosmoosi ja magestada otse."Merevee magestamise puhul kasutatakse mikro{0}}/ultrafiltratsiooni (MF/UF) klassi keraamilist membraani peamiselt eeltöötlusena, mis puhastab vett, et RO magestada; see ise ei eemalda soolaioone. Ainult selle õigesse rolli asetades saab kogu rongi õigesti projekteerida.

6. Mitte hõbekuuli: piirid ja kulud

Igal tehnoloogial on piirid ja nende ausalt väljendamine on veenvam.

Suurem eelinvesteering: ainuüksi seadmete ostuhinna põhjal maksavad keraamilised membraanid rohkem kui polümeersed -see on nende suurim hoiatav mõju.

Piirangud väga peentele kolloididele ja lahustunud saasteainetele: mikro-/ultrafiltratsioon (MF/UF)-klassi keraamilised membraanid püüavad kinni osakesed, kolloidid ja mikroorganismid, kuid nad ei saa hakkama lahustunud sooladega ega mõne väikese -molekuliga orgaanikaga-, mis on RO või muude protsesside ülesanne. Ootus, et see "teeb ​​kõike ühe sammuga", valmistab paratamatult pettumuse.

Paigaldus- ja töönõuded: keraamiline membraan on jäik korpus; paigaldust, torustikku ja rõhureguleerimist tuleb korralikult käsitseda, kuna karm käsitsemine võib põhjustada purunemisi. Õnneks on see õige töö korral väga karm.

Mitte iga mereveeprojekt ei õigusta seda: kus vee kvaliteet on suhteliselt mahe ja seisakuaeg odav, võib polümeermembraan olla säästlikum lahendus. Valik sõltub stsenaariumist, mitte sellest, milline tehnoloogia tundub arenenum.

Nende piiride panemine on täpselt see, kuidas me tagame, et keraamilisi membraane kasutatakse seal, kus need peaksid olema.

7. Tagasi meie metoodika juurde

Pärast kogu seda teooriat taandub teostus ikkagi tuttavale järjestusele:esmalt tehke veebilanss, seejärel klassifitseerige vee kvaliteet ja lõpuks arvutage tasuvusaeg.

Vee tasakaal: esmalt tehke selgeks sissevõtutingimused, saadaolev merevee maht ja vee -kvaliteedi kõikumine-, mis määrab süsteemi ulatuse ja mööduva-vastupidavuse disaini.

Vee{0}}kvaliteedi klassifikatsioon: määrake, kui kaugele tuleb merevett töödelda, et kaitsta allavoolu asuvat RO-d (mille tasemele tuleb heljuvaid aineid, kolloide ja biomassi vähendada). Ei ala-disaini ega üle-disaini.

Tasuvuse arvutamine: kasutage omamise kogukulu, mitte ainult ettemaksu, võttes arvesse seisakuid, membraanivahetust ja puhastuskemikaale.

Taihe keskkonnakaitse on merevee eeltöötlemisel pikka aega teenindanud keerulisi vee{0}}kvaliteedistsenaariume, millel on kõrge soolsus, suur hägusus ja kõrge bioloogiline aktiivsus. Selle merevee filtreerimiseks mõeldud keraamilised membraanid on loodud ideest "tugev materjal + sügavpuhastus + modulaarsus", mis aitab kasutajatel veetasakaalu, vee-kvaliteedi klassifikatsiooni ja tasuvuse kolme astme arvud selgeks saada. Selle merevee "metsalise" taltsutamise võti ei peitu sageli mitte viimases RO etapis, vaid selles alahinnatud keraamilise membraani eeltöötluses.