Keraminės membranos, skirtos jūros vandens filtravimui: kodėl pirminis jūros vandens apdorojimas pereina iš polimerinių į keramines membranas

Jei prisimenate tik vieną šio straipsnio sakinį, tebūnie tai:kietoji jūros vandens filtravimo dalis yra ne „pašalinti druską“, o „palikti gyvą ir stabilų pasroviui esantį gėlinimo įrenginį“.Tai yra būtent ta problemakeraminės membranos jūros vandens filtravimuiyra skirti išspręsti. Daugelyje projektų visas dėmesys skiriamas atvirkštiniam osmosui (RO) ir neatsižvelgiama į laukiantį išankstinį apdorojimą-, tada stebima, kaip RO membranos vėl ir vėl užsiteršia, per dažnai valomos ir praranda tarnavimo laiką. Šiuo straipsniu siekiama užbaigti vieną mąstysenos pokytį: naudojant priešišką pašarą, pavyzdžiui, jūros vandenį, keraminės membranos yra ne „brangesnė polimerinė membrana“, o kitos klasės turtas.

1. „Trys aukštumai ir vienas pokytis“: kodėl jūros vanduo yra vienas sunkiausių pašarų

Norėdami suprasti, kodėl keraminės membranos persvarstomos, pirmiausia turime suprasti patį jūros vandenį. Skirtingai nuo upių, šulinių ar net komunalinių nuotekų: jūros vanduo sujungia keletą sąlygų, kurios sutrumpina filtravimo medžiagų tarnavimo laiką.

1.1 Didelis druskingumas ir korozija: pirmasis bet kokios medžiagos slenkstis

Jūros vanduo yra natūrali, stipriai elektrolitiška aplinka. Didelės chlorido, bromido ir sulfato koncentracijos kartu su aerobinėmis sąlygomis sukelia lėtą{1}}korozijos apkrovą daugumai polimerinių medžiagų. Po ilgo panardinimo ir pakartotinio cheminio valymo polimerinės membranos gali plastifikuotis, sutrupėti ir negrįžtamai prarasti srautą. Tai ne neatsargaus veikimo, o materialios gamtos ir aplinkos neatitikimo klausimas. Neorganinis keraminės membranos stuburas (aptarta toliau) iš prigimties yra pranašesnis už šią ribą-ji iš esmės yra atspari druskoms, rūgštims, bazėms ir oksidatoriams.

1.2 Didelis drumstumas ir didelis biologinis aktyvumas: pagrindiniai užsiteršimo šaltiniai

Jūros vandenyje yra daug suspenduotų kietųjų dalelių, koloidų, dumblių ir bakterijų, kurios smarkiai svyruoja priklausomai nuo sezono ir oro sąlygų. Po audros padidėja drumstumas; dumblių žydėjimo metu pakyla organinės ir lipnios medžiagos. Didesnė problema yrabiologinis užteršimas: jūriniai mikroorganizmai nusėda ant membranos paviršiaus ir formuoja bioplėveles, po kurių valymas tampa sunkesnis ir brangesnis. Polimeriniai paviršiai yra santykinai hidrofobiniai ir silpnai įkrauti, todėl jie linkę laikytis šių organinių teršalų.

Paveikslėlis: „Trys aukštumos ir vienas pokytis“, kurį jūros vanduo sukelia filtravimo medžiagoms, iliustracija: didelis druskingumas, didelis drumstumas / koloidai, didelis biologinis aktyvumas,

ir trumpalaikiai vandens kokybės sukrėtimai{0}} dėl oro sąlygų ir dumblių žydėjimo (pavyzdžiui; galima pakeisti tikromis veikimo kreivėmis).

1.3 Laikini smūgiai: sunkiausias sistemos atsparumo išbandymas

Upės vanduo gali būti skurdus, bet dažniausiai keičiasi palaipsniui. Dėl naftos dėmės, dumblių žydėjimo ar audros nuotėkio jūros vanduo gali virsti per kelias valandas. Sistema, kuri „gerai veikia tik geru vandeniu“, išsijungs arba pablogės, kai pasikeis sąlygos,{2}}ir tai nėra atsparumas. Keraminės membranos, kurios yra tvirtos ir agresyviai valomos, puikiai tinka tokiems smūgiams atlaikyti.

1.4 Nuosėdos ir druskos nuosėdos: neįvertinta lėtinė liga

Be to, kad jūros vanduo yra „nešvarus“, jis taip pat „kristalizuojasi“. Kai vietinė koncentracija, temperatūra ar pH pasislenka, kalcio ir magnio druskos linkusios nusodinti ant membranos paviršiaus ir sudaryti kietas apnašas. Skirtingai nuo suspenduotų kietųjų medžiagų, šios apnašos lengvai nenusiplauna; jis lėtai storėja, siaurina kanalus ir didina darbinio slėgio skirtumus. Dar blogiau, kad didelis jūros vandens druskingumas palieka siaurą ribą tarp mastelio ir ne Štai kodėl rūgštinis valymas (neorganinėms nuosėdoms) ir šarminis / oksidacinis valymas (organinėms medžiagoms ir bioplėvelėms) yra vienodai svarbūs-, o keraminės membranos gali apdoroti abu „šepetėlius“.

2. Silpnos polimerinių membranų vietos jūros vandenyje

Tai nereiškia, kad polimerinės membranos yra netinkamos naudoti{0}}iš tikrųjų jos išlieka pagrindinės. Tačiau specialiai apdorojant jūros vandenį, kai kurios jų silpnosios vietos yra padidintos.

2.1 Cheminio valymo ribos

Polimerinės membranos nemėgsta stiprių oksidantų, tokių kaip natrio hipochloritas (dažnas oksidantas, naudojamas valymui), ir nemėgsta ekstremalaus pH. Tačiau jūros vandens paruošimui dažnai reikia būtent šių „stiprių vaistų“, kad būtų galima kovoti su biologiniu užteršimu ir organinėmis medžiagomis. Rezultatas yra dilema: valykite švelniai ir užsiteršę laimi; valyti agresyviai ir kenčia membranos gyvybė. Keramines membranas galima pakartotinai valyti plačiame pH diapazone ir stipriai oksiduojančiomis sąlygomis, todėl „valymas“ -dažniausiai atliekama užduotis- iš naštos tampa įprastu įrankiu.

2.2 Biologinis užsiteršimas ir jo poveikis{1}}tarnavimo trukmei

Kai dėl biologinio užsiteršimo ant polimerinės membranos susidaro plėvelė, dažnai atsiranda negrįžtama žala, o valymas gali atkurti tik ribotą veikimą. Dėl to polimerinės membranos jūros vandenyje dažniausiai keičiamos dažniau nei komunalinių nuotekų tarnyboje. Dažnas keitimas reiškia prastovą, atsargines dalis ir darbo-paslėptas išlaidas, kurias maža išankstinė kaina paprastai slepia.

2.3 Srauto atkūrimo lubos

Vienas iš pagrindinių rodiklių, rodančių, ar membrana „tveria“ jūros vandenyjesrauto atkūrimas-kiek pradinio srauto jis atgauna po valymo. Po biologinio užsiteršimo ir organinės adsorbcijos dalis užsiteršimo ant polimerinės membranos tampa „negrįžtama“; kad ir kaip sunkiai valytumėte, jis niekada negrįžta į pradinę vertę, o srautas palaipsniui mažėja. Kadangi keraminės membranos yra hidrofilinės, standžios ir struktūriškai stabilios, didesnė jų užteršimo dalis yra grįžtama, jų atsigavimo riba yra aukštesnė, o ilgalaikė kreivė yra plokštesnė. Tai ne mistika; tai sudėtinis materialios gamtos poveikis per ilgus veikimo ciklus.

3. Kodėl keraminės membranos laikosi savo pagrindo: pradedant nuo materialios prigimties

Keraminė membrana nėra "plastikas, padengtas keramika"; tai akytas kūnas, visiškai sukepintas iš neorganinių medžiagų. Tas vienintelis skirtumas lemia viską, kas seka.

3.1 Neorganinių medžiagų „kietieji kaulai“: aliuminio oksidas, cirkonis, silicio karbidas

Įprastos keraminės membranos atramos paprastai gaminamos iš aliuminio oksido (Al2O3), o skiriamieji sluoksniai yra iš cirkonio oksido (ZrO₂) arba su titano - legiruotomis medžiagomis. Aukščiausios-pagalbos programose gali būti naudojamas silicio karbidas (SiC), kuris yra kietesnis, atsparesnis-dėvėjimuisi ir laidesnis šilumai. Šios medžiagos netirpsta sūryme, nebijo rūgščių ar bazių ir nebijo oksidantų; struktūriškai jie yra standūs akyti kūnai, kurių porų dydis yra siauras, vienodas. Jūros vandeniui ši „medžiagos DNR“ yra atsparumo korozijai, atsparumo užteršimui ir ilgo tarnavimo laiko šaknis.

3.2 Hidrofiliniai paviršiai ir negrįžtamas užsiteršimas

Keraminės membranos paviršiai yra natūraliai hidrofiliniai. Hidrofiliškumas reiškia, kad aliejai ir hidrofobinės organinės medžiagos lengvai „prilimpa“; tai reiškia, kad bioplėvelės formuojasi lėčiau ir net tada, kai susidaro, yra lengviau pašalinamos plaunant ir išvalant. „Negrįžtamo užsiteršimo“ pavertimas „grįžtamu užsiteršimu“ yra vienas iš svarbiausių jūros vandenyje esančių keraminių membranų pardavimo taškų.

3.3 Be išankstinio apdorojimo: gretimi keraminių membranų keliai

Keraminės membranos ne tik atlieka pagrindinį pirminio apdorojimo vaidmenį, bet ir tęsiasi dviem kryptimis. Pirmasis yramembraninis distiliavimas, kurioje naudojamos hidrofobiškai modifikuotos keraminės membranos, kad temperatūros skirtumas nukreiptų vandens garus, o druskos ir teršalai būtų atmesti-, puikiai tinka toliau koncentruoti didelio-druskumo sūrymą. Antrasis yrajungtis su oksidacijos procesais: kadangi keraminės membranos toleruoja oksidatorius, jos gali veikti kartu su pažangia oksidacija ir panašiu išankstiniu apdorojimu, kuris suardo nepalankias organines medžiagas prieš jas sulaikant. Šie maršrutai gali būti neprivalomi kiekvienam jūros vandens projektui, tačiau jie rodo, kad keraminių membranų materialiniai pranašumai atveria erdvę, kuri yra platesnė nei „išankstinis apdorojimas“.

3.4 Viena lentelė skirtumui pamatyti

Toliau pateiktoje lentelėje kiekvienas aspektas išskaidytas į „kokybinius įvertinimus“, nesukeliant skaičių,{0}}būtent į tai reikėtų atsižvelgti pasirinkus inžineriją.

Paveikslėlis: Kokybinis keraminių ir polimerinių membranų palyginimas pagal pagrindinius jūros vandens paslaugų matmenis

(Aukšta / Gera / Vidutinė / Žema; santykinė iliustracija, ne konkrečios išmatuotos vertės).

4. Mąstymo pokytis: daugiau nei tik brangesnė polimerinė membrana

Daugelis pirkėjų instinktyviai susiraukia pirmą kartą siūlydami keraminę membraną{0}}išankstinė kaina išties didesnė. Tačiau čia yra kognityvinis šališkumas, kuris ne kartą paneigiamas:„membranoms išleistus pinigus“ traktuojant kaip „membranų naudojimo išlaidas“.Esant atšiauriam, labai trumpalaikiam tiekimui, pavyzdžiui, jūros vandeniui, biudžetą iš tikrųjų sunaudoja prastovos, dažnas membranos keitimas ir nuostoliai{0}}, kai RO nusileidžia. Keraminės membranos už didesnę išankstinę kainą už mažiau prastovų ir ilgesnius keitimo intervalus-, o bendrojoje knygoje tai dažnai yra geresnis pasiūlymas.

Dar svarbiau, kad tai yra „atsparumo turtas“: kai jūros vanduo pakeičia charakterį, jis teka ir gali būti agresyviai išvalytas, o ne sugriūva per pirmąjį dumblių žydėjimą. Projektui, kuriame yra stabilus vandens tiekimas-sala, pakrantės gamykla, laivas,-atsparumas pats savaime yra pinigai.

5. Trys paplitusios klaidingos nuomonės

Inžinerijos sluoksniuose trys klaidingi supratimai apiekeraminės membranos jūros vandens filtravimuipasikartoja ir nusipelno paaiškinimo.

1 klaidinga nuomonė: „Keraminė membrana yra tik brangesnė, geresnė polimerinė membrana“.Ne. Tai du skirtingi dalykai-neorganinis, standus akytas kūnas ir organinis polimeras. Tai ne „patobulinta polimerinė membrana“, o „kitas medžiagos kelias“. Tik tai suprasdami išvengsite keraminės membranos pasirinkimo, mąstydami apie polimerines.

2 klaidinga nuomonė: „Įdiekite keraminę membraną ir jums nereikės -priežiūros-.“Taip pat ne. Jis yra tvirtas, tačiau tai nereiškia, kad jam nereikia priežiūros. Vis dar galioja atgalinis plovimas, oro šveitimas, CIP ir pasirenkama vidinė koaguliacija; jis tiesiog atlaiko „sunkesnę“ priežiūrą be žalos. „Tvirtas“ traktavimas kaip „nereikalaujantis priežiūros“{3}}atsižvelgia į užteršimo problemas dėl atsainaus valdymo.

3 klaidinga nuomonė: „Keraminė membrana gali pakeisti atvirkštinį osmosą ir tiesiogiai gėlinti“.Jūros vandens gėlinimui mikro{0}}/ultrafiltravimo (MF/UF) klasės keraminė membrana daugiausia naudojama kaip išankstinis apdorojimas, išvalantis vandenį, kad RO būtų gėlinamas; ji pati nepašalina druskos jonų. Tik sudėjus jį į tinkamą vaidmenį, visas traukinys gali būti tinkamai suprojektuotas.

6. Ne sidabrinė kulka: ribos ir išlaidos

Kiekviena technologija turi ribas, o sąžiningai jas nurodant įtikinamiau.

Didesnės išankstinės investicijos: vien dėl įrangos pirkimo kainos keraminės membranos kainuoja daugiau nei polimerinės-tai yra didžiausias jų „atgrasymo veiksnys“.

Labai smulkių koloidų ir ištirpusių teršalų ribos: mikro-/ultrafiltravimas (MF/UF)-klasės keraminės membranos sulaiko daleles, koloidus ir mikroorganizmus, tačiau jos negali susidoroti su ištirpusiomis druskomis ar kai kuriomis mažomis -molekulinėmis organinėmis medžiagomis-, kurios yra RO ar kitų procesų užduotis. Tikėtis, kad „viską padarys vienu žingsniu“, neišvengiamai nusivils.

Montavimo ir eksploatavimo reikalavimai: keraminė membrana yra standus korpusas; montavimas, vamzdynai ir slėgio valdymas turi būti tinkamai tvarkomi, nes grubiai elgiantis gali sulūžti. Laimei, tinkamai veikiant jis yra labai sunkus.

Ne kiekvienas jūros vandens projektas tai pateisina: kur vandens kokybė yra gana žema, o prastovos pigios, polimerinė membrana gali būti ekonomiškesnis sprendimas. Pasirinkimas priklauso nuo scenarijaus, o ne nuo to, kuri technologija atrodo pažangesnė.

Nubrėždami šias ribas, užtikriname, kad keraminės membranos būtų naudojamos ten, kur jos turėtų būti.

7. Atgal į mūsų metodiką

Po visos šios teorijos vykdymas vis tiek priklauso nuo tos pažįstamos sekos:pirmiausia atlikite vandens balansą, tada klasifikuokite vandens kokybę ir galiausiai apskaičiuokite atsipirkimo laikotarpį.

Vandens balansas: pirmiausia išsiaiškinkite įsiurbimo sąlygas, turimą jūros vandens tūrį ir vandens -kokybės svyravimo- diapazoną, tai lemia sistemos mastą ir trumpalaikį-atsparumo dizainą.

Vandens-kokybės klasifikacija: apibrėžkite, kiek jūros vanduo turi būti valomas, kad būtų apsaugotas pasroviui esantis RO (iki kokio lygio turi būti sumažintas skendinčių kietųjų dalelių, koloidų ir biomasės kiekis). Nei per-dizainas, nei per-dizainas.

Atsipirkimo skaičiavimas: naudokite visas nuosavybės išlaidas, o ne vien tik išankstines išlaidas, įvertindami prastovos laiką, membranos keitimą ir valymo chemikalus.

Išankstinio jūros vandens apdorojimo srityje Taihe Environmental Protection jau seniai taiko sudėtingus vandens{0}kokybės scenarijus su dideliu druskingumu, dideliu drumstumu ir dideliu biologiniu aktyvumu. Jo keraminės membranos, skirtos jūros vandeniui filtruoti, sukurtos atsižvelgiant į „tvarią medžiagą + gilų valymą + moduliškumą“, padedančios naudotojams tiksliai suprasti tris vandens balanso, vandens-kokybės klasifikavimo ir atsipirkimo etapus. Raktas norint sutramdyti šį jūros vandens „žvėrį“ dažnai slypi ne paskutiniame RO etape, o šiame nepakankamai įvertintame keraminės membranos paruošime.