Kerámia membránok tengervíz szűréséhez: Miért vált át a tengervíz előkezelés polimerről kerámia membránra

Ha csak egy mondatra emlékszik ebből a cikkből, legyen ez:A tengervíz-szűrés kemény része nem a só eltávolítása, hanem a sótalanító egység életben tartása és stabilan tartása.Pontosan ez a problémakerámia membránok tengervíz szűréséremegoldani hivatottak. Sok projekt minden figyelmét a fordított ozmózisra (RO) fordítja, és figyelmen kívül hagyja az előtte álló előkezelést-, majd azt nézi, hogy az RO membránok újra és újra elszennyeződnek, túl gyakran tisztítják, és elvesztik az élettartamukat. Ennek a cikknek az a célja, hogy a gondolkodásmódban egy váltást hajtson végre: az olyan ellenséges táplálékban, mint a tengervíz, a kerámia membránok nem „drágább polimer membrán”, hanem egy másik eszközosztály.

1. A "Három csúcs és egy változás": Miért a tengervíz az egyik legkeményebb táplálék

Ahhoz, hogy megértsük, miért gondolják újra a kerámia membránokat, először magát a tengervizet kell megértenünk. Ellentétben a folyóvízzel, a kútvízzel vagy akár a kommunális szennyvízzel: a tengervíz több olyan körülményt egyesít, amelyek lerövidítik a szűrőanyagok élettartamát.

1.1 Magas sótartalom és korrózió: az első küszöb minden anyag számára

A tengervíz természetes, erősen elektrolitikus környezet. Magas klorid-, bromid- és szulfátkoncentrációja az aerob körülményekkel együtt lassú -korróziós terhelést jelent a legtöbb polimer anyagon. Hosszabb merítés és ismételt vegyszeres tisztítás után a polimer membránok lágyulhatnak, rideggé válhatnak, és visszafordíthatatlanul elveszíthetik folyásukat. Itt nem gondatlan működésről van szó, hanem az anyagi természet és a környezet közötti össze nem illésről. A kerámia membrán szervetlen gerince (ezt alább tárgyaljuk) eleve előnyös ennél a küszöbértéknél,{5}}lényegében immunis a sókra, savakra, bázisokra és oxidálószerekre.

1.2 Magas zavarosság és magas biológiai aktivitás: a szennyeződés fő forrásai

A tengervíz nagy mennyiségű lebegőanyagot, kolloidokat, algákat és baktériumokat hordoz, amelyek az évszaktól és az időjárástól függően élesen ingadoznak. Vihar után a zavarosság megugrik; algavirágzás során a szerves és ragacsos anyagok megnövekednek. A nagyobb probléma azbioszennyeződés: a tengeri mikroorganizmusok megtelepednek a membrán felületén, majd biofilmeket képeznek, ami után a tisztítás nehezebbé és költségesebbé válik. A polimer felületek viszonylag hidrofóbok és gyengén töltettek, ami miatt hajlamosak megtapadni ezeken a szerves szennyeződéseken.

Kép: A tengervíz által a szűrőanyagokra gyakorolt ​​„három csúcs és egy változás” illusztrációja: magas sótartalom, magas zavarosság/kolloidok, magas biológiai aktivitás,

valamint az időjárás és az algavirágzás okozta átmeneti vízminőségi{0}}sokkok (szemléltető; valós működési görbékkel helyettesíthető).

1.3 Átmeneti sokkok: A rendszer ellenálló képességének legkeményebb próbája

A folyó vize szegényes lehet, de általában fokozatosan változik. A tengervíz órákon belül megfordulhat olajfolt, algavirágzás vagy vihar miatt. Az a rendszer, amely "csak jó vízen működik jól", leáll vagy leromlik abban a pillanatban, amikor a feltételek megváltoznak,{2}}és ez nem a rugalmasság. A kerámia membránok, mivel robusztusak és agresszíven tisztíthatók, jól ellenállnak az ilyen ütéseknek.

1.4 Vízkő és sócsapadék: Az alulértékelt krónikus betegség

Amellett, hogy "piszkos", a tengervíz is "kristályosodik". Amikor a helyi koncentráció, hőmérséklet vagy pH eltolódik, a kalcium- és magnéziumsók hajlamosak kicsapódni a membrán felületére, és kemény vízkővé alakulnak. A lebegő szilárd anyagokkal ellentétben ez a vízkő nem öblíthető le könnyen; lassan sűrűsödik, szűkíti a csatornákat és megemeli az üzemi nyomáskülönbségeket. Ami még rosszabb, a tengervíz magas sótartalma szűk határt hagy a skálázó és a nem-vízköves üzemmódok között, így egy kissé gondatlan tervezés is belefér. Ez az oka annak, hogy a savas tisztítás (szervetlen vízkő esetén) és a lúgos/oxidatív tisztítás (a szerves anyagok és a biofilmek esetében) egyformán fontos,{5}}és a kerámia membránok mindkét „kefét” kezelik.

2. A polimer membránok gyenge pontjai a tengervízben

Ez nem jelenti azt, hogy a polimer membránok használhatatlanok lennének,{0}}sőt, továbbra is a fő áramlat. De konkrétan a tengervíz előkezelésénél több gyenge pontjuk felnagyobbodik.

2.1 A vegyi tisztítás határai

A polimer membránok nem szeretik az erős oxidálószereket, mint például a nátrium-hipokloritot (a tisztítás során szokásos oxidálószer), és nem szeretik az extrém pH-értéket. A tengervíz előkezeléséhez azonban gyakran pontosan ezekre az „erős gyógyszerekre” van szükség a bioszennyeződés és a szerves anyagok leküzdésére. Az eredmény egy dilemma: gyengéden tisztít, és a szennyeződés győz; agresszíven tisztít, és a membrán élete szenved. A kerámia membránok többször is tisztíthatók széles pH-tartományban és erősen oxidáló körülmények között, így a „tisztítás” -a leggyakrabban előforduló művelet- teherből rutinszerszámmá válik.

2.2 A biológiai szennyeződés és annak hatása{1}}a élettartamra

Miután a bioszennyeződés filmréteget képez a polimer membránon, gyakran visszafordíthatatlan károsodással jár, és a tisztítás csak korlátozott mértékben tudja helyreállítani a teljesítményt. Ennek eredményeként a tengervízben lévő polimer membránokat gyakrabban kell cserélni, mint a települési szennyvízszolgáltatásban. A gyakori csere leállást, pótalkatrészeket és munkaerő--rejtett költségeket jelent, amelyeket az alacsony előzetes ár általában elfed.

2.3 A fluxus-visszanyerés plafonja

Az egyik kulcsfontosságú mutatója annak, hogy egy membrán „kitart-e” a tengervízbenfluxus helyreállítása-mennyit nyer vissza eredeti folyásából tisztítás után. Bioszennyeződés és szerves adszorpció után a polimer membránon lévő szennyeződés egy része "visszafordíthatatlanná" válik; nem számít, milyen keményen tisztít, soha nem tér vissza a kezdeti értékre, és a fluxus fokozatosan csökken. Mivel a kerámia membránok hidrofilek, merevek és szerkezetileg stabilak, szennyeződésük nagyobb része visszafordítható, visszanyerési plafonjuk magasabb, hosszú távú görbéjük pedig laposabb. Ez nem miszticizmus; ez az anyagi természet összetett hatása hosszú működési ciklusokon keresztül.

3. Miért tartják a helyüket a kerámia membránok: az anyagi természetből kiindulva

A kerámia membrán nem "kerámiával bevont műanyag"; ez egy teljesen szervetlen anyagokból szinterezett porózus test. Ez az egyetlen megkülönböztetés határoz meg mindent, ami ezután következik.

3.1 Szervetlen anyagok „kemény csontjai”: alumínium-oxid, cirkónium-oxid, szilícium-karbid

A közönséges kerámia membrántartók jellemzően alumínium-oxidból (Al2O3) készülnek, és cirkónium-oxidból (ZrO₂) vagy titán-{0}}adalékolt anyagokból álló elválasztórétegekkel. A csúcskategóriás alkalmazásoknál szilícium-karbidot (SiC) használhatnak, amely keményebb, kopásállóbb- és hővezetőbb. Ezek az anyagok nem oldódnak sós lében, nem félnek savaktól vagy lúgoktól, és nem félnek az oxidálószerektől; szerkezetileg merev, porózus testek, keskeny, egyenletes pórusméret-eloszlással. A tengervíz esetében ez az "anyag-DNS" a korrózióállóság, a szennyeződésállóság és a hosszú élettartam gyökere.

3.2 Hidrofil felületek és visszafordíthatatlan szennyeződés

A kerámia membránfelületek természetesen hidrofilek. A hidrofilitás azt jelenti, hogy az olajok és a hidrofób szerves anyagok nem „ragadnak” könnyen; ez azt jelenti, hogy a biofilmek lassabban képződnek, és még ha igen is, könnyebben eltávolíthatók visszamosással és tisztítással. A „visszafordíthatatlan szennyeződés” lehetőség szerinti „visszafordítható szennyeződéssé” történő átalakítása a kerámia membránok egyik legfontosabb értékesítési pontja a tengervízben.

3.3 Az előkezelésen túl: Kerámia membránok szomszédos útvonalai

Az előkezelő szerepükön túl a kerámia membránok két irányban terjednek ki. Az első azmembrán desztilláció, amely hidrofób módon módosított kerámia membránokat használ, így a hőmérséklet-különbség átvezeti a vízgőzt, miközben a sókat és a szennyezőanyagokat visszautasítják, -jól alkalmas a magas sótartalmú sóoldat további koncentrálására. A második azoxidációs folyamatokkal való kapcsolódás: mivel a kerámia membránok tolerálják az oxidálószereket, fejlett oxidációval és hasonló előkezelésekkel együtt dolgozhatnak, amelyek lebontják a visszamaradt szerves anyagokat, mielőtt elfognák őket. Lehet, hogy ezek az útvonalak nem kötelezőek minden tengervíz-projektnél, de azt mutatják, hogy a kerámia membránok anyagi előnyei az "előkezelésnél" szélesebb teret nyitnak meg.

3.4 Egy táblázat a különbség megtekintéséhez

Az alábbi táblázat minden dimenziót "minőségi értékelésekké" bont, anélkül, hogy számokat halmozna fel-a mérnöki válogatásnak pontosan ezt kell figyelembe vennie.

Kép: A kerámia és a polimer membránok minőségi összehasonlítása a legfontosabb méretek között a tengervíz szolgáltatásban

(Magas/Jó/Közepes/Alacsony; relatív illusztráció, nem konkrét mért értékek).

4. Változás a gondolkodásmódban: több, mint egy drágább polimer membrán

Sok vásárló ösztönösen összeráncolja a szemöldökét az első kerámiamembrán-ajánlat hallatán,{0}}az előzetes költség valóban magasabb. De van itt egy kognitív torzítás, amelyet többször is cáfolnak:"a membránokra költött pénzt" a "membránok használatának költségeként" kezeli.Az olyan durva, rendkívül átmeneti táplálékban, mint a tengervíz, az az állásidő, a gyakori membráncsere és a veszteségek{0}}kiütése, amikor az RO lehúzódik. A kerámia membránok magasabb előzetes költséget jelentenek a kevesebb állásidőért és a hosszabb csereintervallumokért,-és a főkönyvben gyakran ez a jobb ajánlat.

Ennél is fontosabb, hogy ez egy „rugalmassági eszköz”: amikor a tengervíz jellege megváltozik, tovább folyik, és agresszíven vissza lehet állítani az egészségre, nem pedig az első algavirágzáskor. Egy olyan projektnél, amely stabil vízellátáson-egy szigeten, egy tengerparti üzemben, egy hajóban,-az ellenálló képesség önmagában pénz.

5. Három gyakori tévhit

Mérnöki körökben három tévhit arrólkerámia membránok tengervíz szűréséremegismétlődik, és megérdemli a pontosítást.

1. tévhit: "A kerámia membrán csak egy drágább, jobb polimer membrán."Nem. Ez két különböző dolog,-egy szervetlen, merev porózus test, szemben a szerves polimerrel. Ez nem „egy továbbfejlesztett polimer membrán”, hanem „egy másik anyagút”. Csak ennek megértésével elkerülheti a kerámia membrán kiválasztását a polimerekhez használt gondolkodásmóddal.

2. tévhit: "Helyezzen be egy kerámia membránt, és már nem kell-karbantartania-."Szintén nem. Robusztus, de ez nem jelenti azt, hogy nem igényel gondozást. A visszamosás, a levegős súrolás, a CIP és az opcionális beépített koaguláció továbbra is érvényes; egyszerűen elviseli a "nehezebb" karbantartást sérülés nélkül. A „robusztus” „karbantartás--mentesként” való kezelése a laza irányítás révén elszennyeződési problémákat okoz.

3. tévhit: "A kerámia membrán helyettesítheti a fordított ozmózist és közvetlenül sótalaníthatja."A tengervíz sótalanításához egy mikro{0}}/ultraszűrő (MF/UF) minőségű kerámia membrán főként előkezelésként szolgál, megtisztítva a vizet az RO sótalanításához; maga nem távolítja el a sóionokat. Csak a megfelelő szerepbe helyezésével lehet az egész vonatot helyesen megtervezni.

6. Nem ezüstgolyó: határok és költségek

Minden technológiának megvannak a határai, és ezek őszinte kinyilvánítása meggyőzőbb.

Magasabb előzetes befektetés: a berendezés beszerzési árát tekintve a kerámia membránok többe kerülnek, mint a polimerek-ez a legnagyobb „elrettentő erejük”.

Nagyon finom kolloidok és oldott szennyező anyagok határértékei: mikro-/ultraszűrés (MF/UF)-minőségű kerámia membránok elfogják a részecskéket, kolloidokat és mikroorganizmusokat, de nem képesek kezelni az oldott sókat vagy néhány kis -molekulájú szerves anyagot-, ami az RO vagy más folyamatok feladata. Ha azt várjuk tőle, hogy "mindent egy lépésben csináljon meg", az elkerülhetetlenül csalódást okoz.

Telepítési és üzemeltetési követelmények: a kerámia membrán merev test; a telepítést, a csöveket és a nyomásszabályozást megfelelően kell kezelni, mert a durva kezelés törést okozhat. Szerencsére megfelelő működés mellett nagyon kemény.

Nem minden tengervíz projekt indokolja: ahol viszonylag enyhe a vízminőség és olcsó az állásidő, ott a polimer membrán lehet a gazdaságosabb megoldás. A kiválasztás a forgatókönyvtől függ, nem pedig attól, hogy melyik technológia hangzik fejlettebbnek.

E határok lefektetése pontosan az, ahogyan biztosítjuk, hogy a kerámia membránokat ott használják, ahol kell.

7. Vissza a módszertanunkhoz

Mindezek az elméletek után a végrehajtás még mindig az ismerős sorrendhez vezet:először végezzen vízmérleget, majd osztályozza a vízminőséget, végül számítsa ki a megtérülési időt.

Víz egyensúly: először tisztázza a beszívási feltételeket, a rendelkezésre álló tengervíz mennyiségét és a víz-minőség-ingadozásának tartományát,-ez határozza meg a rendszer méretét és a tranziens-rugalmassági tervezést.

A víz-minőségi osztályozása: határozza meg, milyen mértékben kell kezelni a tengervizet az alsó RO védelme érdekében (mely szintre kell csökkenteni a lebegő szilárd anyagokat, kolloidokat és a biomasszát). Sem -design alatt, sem túl-design.

Megtérülési számítás: használja a teljes birtoklási költséget az előzetes költség helyett, figyelembe véve az állásidőt, a membráncserét és a tisztító vegyszereket.

A tengervíz előkezelése során a Taihe Environmental Protection régóta szolgált összetett vízminőségi forgatókönyveket{0}} magas sótartalommal, nagy zavarossággal és magas biológiai aktivitással. A tengervíz szűrésére szolgáló kerámia membránjait a "masszív anyag + mélyen tisztíthatóság + modularitás" gondolatkör köré tervezték, így segítik a felhasználókat a vízmérleg, a víz-minőségi osztályozás és a megtérülés három lépcsőfokának pontos meghatározásában. Ennek a tengervízi "vadállatnak" a megszelídítésének kulcsa gyakran nem a végső RO szakaszban rejlik, hanem ebben az alulértékelt kerámia membrán előkezelésben.