Керамичке мембране за филтрирање морске воде: Зашто се предтретман морске воде прелази са полимерних на керамичке мембране

Ако се сећате само једне реченице из овог чланка, нека то буде:тежи део филтрације морске воде није „вађење соли“ већ „одржавање јединице за одслађивање низводно живом и стабилном“.Управо то је проблем којикерамичке мембране за филтрирање морске водесу намењени за решавање. Многи пројекти сву своју пажњу усмеравају на реверзну осмозу (РО) и занемарују предтретман који је пред њом-а затим гледају како се РО мембране изнова и изнова кваре, чисте пречесто и губе радни век. Овај чланак има за циљ да доврши једну промену у начину размишљања: у непријатељској храни попут морске воде, керамичке мембране нису „скупља полимерна мембрана“ већ друга класа имовине.

1. „Три успона и једна промена“: зашто је морска вода једна од најтежих намирница

Да бисмо разумели зашто се керамичке мембране преиспитују, прво морамо разумети саму морску воду. За разлику од речне воде, бунара или чак комуналне отпадне воде: морска вода комбинује неколико услова који скраћују век трајања материјала за филтрирање.

1.1 Висок салинитет и корозија: Први праг за било који материјал

Морска вода је природно, снажно електролитичко окружење. Његове високе концентрације хлорида, бромида и сулфата, заједно са аеробним условима, намећу споро{1}}корозивно оптерећење на већину полимерних материјала. После дужег потапања и поновљеног хемијског чишћења, полимерне мембране могу да се пластификују, постану крхке и неповратно изгубе флукс. Ово није ствар непажљивог рада, већ несклад између материјалне природе и животне средине. Неорганска кичма керамичке мембране (о којој се говори у наставку) има предност на овом прагу-у суштини је имуна на соли, киселине, базе и оксидансе.

1.2 Висока замућеност и висока биолошка активност: Главни извори прљања

Морска вода носи високе нивое суспендованих чврстих материја, колоида, алги и бактерија, а они нагло варирају у зависности од сезоне и времена. После олује, замућеност расте; током цветања алги долази до пораста органских и лепљивих материја. Већи проблем јебиообраштање: морски микроорганизми се таложе на површини мембране и затим формирају биофилм, након чега чишћење постаје и теже и скупље. Полимерне површине су релативно хидрофобне и слабо наелектрисане, што их чини склоним задржавању ових органских загађивача.

Слика: Илустрација "три максимума и једна промена" које морска вода намеће материјалима за филтрирање: висок салинитет, висока замућеност/колоиди, висока биолошка активност,

и пролазни{0}}потреси квалитета воде изазвани временским приликама и цветањем алги (илустративно; заменљиво стварним радним кривама).

1.3 Пролазни удари: најтежи тест отпорности система

Речна вода може бити лоша, али се обично мења постепено. Морска вода може да се претвори у року од неколико сати због нафтне мрље, цветања алги или олујног отицања. Систем који „добро ради само на доброј води“ ће се искључити или погоршати у тренутку када се услови промене-а то није отпорност. Керамичке мембране, пошто су робусне и агресивно се чисте, веома су погодне да издрже такве ударе.

1.4 Скалирање и преципитација соли: потцењена хронична болест

Осим што је „прљава“, морска вода такође „кристалише“. Када се локална концентрација, температура или пХ промени, соли калцијума и магнезијума имају тенденцију да се таложе на површини мембране и формирају тврд каменац. За разлику од суспендованих чврстих материја, овај каменац се не испире лако; полако се згушњава, сужава канале и подиже разлике радног притиска. Што је још горе, висок салинитет морске воде оставља уску границу између режима скалирања и режима без-скалирања, тако да мало немаран дизајн може да уђе право у њу. Због тога су кисело чишћење (за неоргански каменац) и алкално/оксидативно чишћење (за органске материје и биофилм) подједнако важни-а керамичке мембране могу да поднесу обе „четке“.

2. Слабе тачке полимерних мембрана у морској води

Ово не значи да су полимерне мембране неупотребљиве-у ствари, оне су и даље уобичајене. Али посебно у претходном третману морске воде, неколико њихових слабих тачака се увећава.

2.1 Границе хемијског чишћења

Полимерне мембране не воле јаке оксиданте као што је натријум хипохлорит (уобичајени оксиданс који се користи у чишћењу) и не воле екстремни пХ. Ипак, предтретман морске воде често захтева управо ове „јаке лекове“ за борбу против биолошког обраштања и органских материја. Резултат је дилема: нежно очистите и побеђујете; чисти агресивно и живот мембране трпи. Керамичке мембране се могу више пута чистити у широком пХ опсегу иу условима јаке оксидације, претварајући „чишћење“-најчешћи задатак у раду-из терета у рутински алат.

2.2 Биообраштање и његов утицај-на радни век

Једном када биообраштање формира филм на полимерној мембрани, често је праћено неповратним оштећењем, а чишћење може вратити само ограничени степен перформанси. Као резултат тога, полимерне мембране у морској води имају тенденцију да се замене чешће него у комуналној канализацији. Честа замена значи застоје, резервне делове и скривене трошкове{2}}које ниска унапред цена има тенденцију да прикрије.

2.3 Плафон опоравка флукса

Један од кључних показатеља да ли мембрана "траје" у морској води јеопоравак флукса-колико свог првобитног флукса поврати након чишћења. Након биообраштања и органске адсорпције, део обрастања на полимерној мембрани постаје „неповратан“; без обзира колико тешко чистите, никада се не враћа на почетну вредност, а флукс се смањује, етапу по фазу. Пошто су керамичке мембране хидрофилне, круте и структурно стабилне, већи удео њиховог запрљања је реверзибилан, њихов плафон опоравка је виши, а њихова дугорочна крива-је равнија. Ово није мистицизам; то је сложени ефекат материјалне природе током дугих радних циклуса.

3. Зашто керамичке мембране држе своје тло: почевши од материјалне природе

Керамичка мембрана није "пластично обложена керамиком"; то је порозно тело синтеровано у потпуности од неорганских материјала. Та јединствена разлика одређује све што следи.

3.1 „Тврде кости“ неорганских материјала: глиница, цирконијум, силицијум карбид

Уобичајени носачи керамичких мембрана су типично направљени од алуминијума (Ал₂О₃), са слојевима за одвајање од цирконијума (ЗрО₂) или материјала допираних титанијумом{0}}. Врхунске-прилике могу да користе силицијум карбид (СиЦ), који је тврђи, отпорнији на хабање-и топлотно проводљивији. Ови материјали се не растварају у саламури, не плаше се киселина или база и не плаше се оксиданата; структурно, то су крута порозна тела са уском, равномерном дистрибуцијом пора-. За морску воду, овај "материјални ДНК" је корен отпорности на корозију, отпорности на загађивање и дугог века трајања.

3.2 Хидрофилне површине и неповратно прљање

Површине керамичких мембрана су природно хидрофилне. Хидрофилност значи да се уља и хидрофобне органске материје не "лепе" лако; то значи да се биофилмови формирају спорије, а чак и када се то дешава, лакше се уклањају испирањем и чишћењем. Претварање „неповратног зарастања“ у „реверзибилно загађивање“ што је више могуће је једно од најважнијих продајних места керамичких мембрана у морској води.

3.3 Изван претходног третмана: Суседни путеви за керамичке мембране

Осим њихове главне улоге као предтретмана, керамичке мембране се протежу у два правца. Први јемембранска дестилација, који користи хидрофобно модификоване керамичке мембране тако да температурна разлика покреће водену пару док се соли и загађивачи одбацују-погодно за даље концентрисање слане воде високог{1}}салинитета. Други јеспрега са процесима оксидације: пошто керамичке мембране толеришу оксиданте, оне могу да раде заједно са напредном оксидацијом и сличним претходним третманима који разграђују непослушне органске материје пре него што буду пресретнути. Ове руте можда нису обавезне за сваки пројекат морске воде, али показују да материјалне предности керамичких мембрана отварају простор шири од „предтретмана“.

3.4 Једна табела да видите разлику

Табела у наставку сравњује сваку димензију у „квалитативне оцене“, без гомилања бројева-што је управо оно на шта инжењерски одабир треба да гледа.

Слика: Квалитативно поређење керамичких и полимерних мембрана у кључним димензијама у служби морске воде

(високо/добро/средње/ниско; релативна илустрација, а не специфичне измерене вредности).

4. Промена у начину размишљања: више од скупље полимерне мембране

Многи купци се инстинктивно мрште на прву понуду керамичке мембране-унапред цена је заиста већа. Али овде постоји когнитивна пристрасност која се више пута оповргава:третирајући „новац потрошен на мембране“ као „трошак коришћења мембрана“.У оштром, веома краткотрајном снабдевању као што је морска вода, оно што заиста изједа буџет је застој, честа замена мембране и губитак{0}}код губитака када се РО повуче надоле. Керамичке мембране тргују са већим почетним трошковима за мање застоја и дуже интервале замене-а на укупној књизи то је често боља понуда.

Што је још важније, то је „својство отпорности“: када морска вода промени карактер, она наставља да тече и може се агресивно очистити до здравља, уместо да се уруши при првом цветању алги. За пројекат који живи од стабилног водоснабдевања-острва, приобалног постројења, пловила-, отпорност је сама по себи новац.

5. Три уобичајене заблуде

У инжењерским круговима три заблуде окерамичке мембране за филтрирање морске водепонављају и заслужују појашњење.

Заблуда 1: "Керамичка мембрана је само скупља, боља полимерна мембрана."Не. То су две различите ствари-неорганско, круто порозно тело у односу на органски полимер. То није „надограђена полимерна мембрана“ већ „други материјални пут“. Само разумевањем овога избећи ћете одабир керамичке мембране са начином размишљања који се користи за полимерне.

Заблуда 2: „Инсталирајте керамичку мембрану и спремни сте-одржавање-.“Такође не. Робустан је, али то не значи да му није потребна брига. Повратно испирање, чишћење ваздухом, ЦИП и опциона инлине коагулација и даље се примењују; једноставно подноси „теже“ одржавање без оштећења. Третирање „робусног“ као „без одржавања-» доводи до проблема са недостатком због слабог управљања.

Заблуда 3: „Керамичка мембрана може заменити реверзну осмозу и директно десалинирати.За десалинизацију морске воде, керамичка мембрана микро-/ултрафилтрациона (МФ/УФ) квалитета углавном служи као предтретман, чистећи воду да би се РО десалинирала; она сама не уклања јоне соли. Само постављањем у праву улогу цео воз може бити правилно пројектован.

6. Није сребрни метак: границе и трошкови

Свака технологија има границе и њихово искрено изношење је убедљивије.

Веће унапред улагање: само по цени набавке опреме, керамичке мембране коштају више од полимерних-ово је њихова највећа „одвраћања“.

Ограничења за веома фине колоиде и растворене загађиваче: Керамичке мембране квалитета микро-/ултрафилтрације (МФ/УФ)-пресрећу честице, колоиде и микроорганизме, али не могу да поднесу растворене соли или неке мале -органске материје-молекула- што је посао РО или других процеса. Очекивати да ће "све урадити у једном кораку" неизбежно ће разочарати.

Захтеви за инсталацију и рад: керамичка мембрана је круто тело; инсталација, цевовод и контрола притиска морају се правилно руковати, јер грубо руковање може изазвати лом. На срећу, под правилним радом је веома тежак.

Не оправдава га сваки пројекат морске воде: где је квалитет воде релативно благ и време застоја јефтино, полимерна мембрана може бити економичнији одговор. Избор зависи од сценарија, а не од тога која технологија звучи напредније.

Стављање ових граница на сто је управо начин на који осигуравамо да се керамичке мембране користе тамо где треба да буду.

7. Назад на нашу методологију

После све ове теорије, извршење се и даље своди на познату секвенцу:прво направите водни биланс, затим класификујте квалитет воде и на крају израчунајте период поврата.

Биланс воде: прво разјасните услове уноса, доступну запремину морске воде и опсег -флуктуације квалитета воде-што одређује обим система и дизајн пролазне{2}}отпорности.

Класификација{0}}квалитета воде: дефинисати колико далеко мора бити пречишћена морска вода да би се заштитио низводни РО (до којег нивоа се морају смањити суспендоване чврсте материје, колоиди и биомаса). Ни под-ни пре{2}}дизајн.

Обрачун отплате: користите укупне трошкове поседовања уместо само унапред, узимајући у обзир време застоја, замену мембране и хемикалије за чишћење.

У претходном третману морске воде, Таихе Енвиронментал Протецтион је дуго служио сложеним сценаријима квалитета воде{0}}са високим салинитетом, високом замућеношћу и високом биолошком активношћу. Његове керамичке мембране за филтрирање морске воде су дизајниране око идеје „робусног материјала + дубинског чишћења + модуларности“, помажући корисницима да добију бројеве директно кроз три корака равнотеже воде,{4}}класификације квалитета воде и поврата. Кључ за припитомљавање ове "звери" морске воде често не лежи у завршној фази РО, већ у овом потцењеном претходном третману керамичке мембране.