逆浸透システムのファウリングとスケーリングを防ぐ方法は？濃度偏光の影響を理解する

濃度偏光（CP）

濃度偏光とは、膜表面への溶質の連続的な蓄積によって引き起こされる副作用を指し、膜の性能を損ないます。水が膜を通って浸透すると、飼料溶液（水と溶質を含む）が膜表面に輸送されます。精製された水が膜を通過すると、溶液が膜表面の近くに蓄積します。膜ろ過中に、粒子は膜に接触し、フィルターケーキ層を形成します。 reverse逆浸透（RO）の明確な除去メカニズムにより、溶液中の溶質は膜表面に高濃度の境界層を形成します。これにより、濃度偏光が発生し、膜表面の溶質濃度がフィードチャネル内のバルク溶液よりも高くなります。

ROパフォーマンスに対する濃度分極の悪影響
膜表面での高い溶質濃度により、浸透圧勾配が増加し、水流が減少します。
conster濃度勾配の上昇と水磁束の減少は、膜を横切る溶質物質移動を促進し、拒絶率を下げます。
solute溶質の溶解度制限を超えて、降水とスケーリングにつながる場合があります。

逆浸透のファウリングとスケーリング

ナノフィルトレーション（NF）およびRO膜は、さまざまなメカニズムを介してファウルを吸収しやすくなっています。ファウリングとスケーリングの主要な供給源には、粒子状物質、不溶性無機塩の沈殿、可溶性金属の酸化、および生物学的物質が含まれます。

1.ファウリングの粒子

RO操作サイクルには、蓄積された粒子状物質を除去するための逆洗を含むことはありません（実際、逆洗って、薄膜複合膜のサポート層から活性層の剥離を引き起こす可能性があります）。粒子状のファウリングは、ROシステムにおける大きな懸念事項です。ほぼすべてのROシステムは、残留粒子が洗浄効率を損なうため、粒子状のファウリングを最小限に抑えるために前処理を必要とします。

微生物成分や生物学的破片を含む無機および有機物質は、粒子状のファウリングを引き起こし、閉塞とフィルターケーキの形成を引き起こす可能性があります。フィード溶液中の大きな粒子が飼料チャネルと配管に閉じ込められている場合、詰まりが発生します。事前ろ過を使用した飼料溶液の前処理は、閉塞を減らすことができます。 RO膜メーカーは、膜モジュールを保護するために、最小の前処理ステップとして5μmカートリッジフィルターを使用することをお勧めします。

粒子状物質は、膜表面にフィルターケーキ層を形成し、油圧抵抗を増加させ、システムのパフォーマンスに影響を与えます。粒子状のファウリングに耐える飼料水には、微粒子濃度を許容レベルに減らすために高度な前処理が必要です。凝固、ろ過（砂、炭素、またはその他の培地を使用）、時には微小ろ過（MF）または限外ろ過（UF）が前処理方法として採用されています。

2.無機塩の沈着とスケーリング
無機スケーリングは、溶液中の塩が溶解度の制限を超えて沈殿すると発生します。降水量は、これらの塩を構成するイオンが、特に膜表面近くの高濃度領域で溶解性産物を超えて濃縮され、濃度偏光を悪化させると発生します。膜表面の無機スケーリングは、水透過性を低下させるか、不可逆的な膜損傷を引き起こします。

前処理がない場合、濃度の偏光を最小限に抑え、塩の拒絶速度を制限する、または回復速度を制限することにより、降水を避ける必要があります。濃度偏光は、飼料チャネルの乱流を強化し、機器メーカーによって指定された最小流量速度を維持することで減少させることができます。塩の拒絶率の制限は、矛盾するエンジニアリングの目標のために非現実的ですが、降水を防ぐために回復率を制限することがしばしば必要です。塩沈殿前の最大許容回収率は、許容回収速度として定義され、塩は「臨界塩」と呼ばれる塩を開始します。水処理用途の一般的なスケールには、炭酸カルシウム（Caco₃）と硫酸カルシウム（Caso₄）が含まれます。

前処理は、すべての実用的なROシステムにとって、スケーリングが控えめに溶けやすい塩を防ぐために不可欠です。炭酸カルシウム沈殿が一般的であるため、ほとんどのシステムにはこの化合物の前処理が必要です。 pHを調整するための飼料溶液の酸性化は、炭酸イオンを重炭酸塩と二酸化炭素に変換し、CACOの沈殿を防ぎます。硫酸と塩酸は一般的に使用されますが、硫酸は硫酸塩濃度を増加させ、硫酸塩スケーリングにつながる可能性があります。ほとんどのRO供給溶液はpH 5.5〜6.0に調整され、ほとんどの炭酸塩がCO₂として存在し、膜を介して浸透します。

通常、他の重要な塩のスケーリングは、スケール阻害剤を使用して防止されます。これらの阻害剤は、結晶の形成と成長を防ぎ、過飽和条件下でも降水を抑制します。許容される程度の過飽和は、阻害剤の特性に依存し、多くの場合、機器の構成に固有の固有です。適切な阻害剤の選択は、部位固有の飼料水分析と回収率の設計により、機器および阻害剤メーカーの推奨に従う必要があります。

酸性化および阻害剤を超えて、最新の設置には、濃縮廃水量を減らし、水の回収を強化するための手段が組み込まれ、スケーリングがさらに緩和されます。

3。金属酸化物ファウリング
一般的なRO/NFフィード源である地下水は、しばしば嫌気性です。溶存鉄とマンガンの化合物は、酸化剤が飼料溶液に入ると膜を汚すと酸化し、沈殿します。鉄のファウリングはより頻繁に行われ、空気侵入時に急速に発生します。酸化鉄/マンガンの酸化または除去は、ファウリングを防ぐことができます。鉄濃度が低い場合、エアイングレスを十分に防ぎます。スケール阻害剤には、多くの場合、低濃度の鉄ファウリングを緩和するための添加物が含まれます。鉄の前処理には、酸素または塩素による酸化、続いて粒状媒体または膜フィルターの混合、適切な油圧保持時間、酸化燃焼が含まれます。酸化剤を使用する場合、膜との接触、特にポリアミドまたは酸化に敏感な材料が避けられます。商用クリーナーとクリーニングプロトコルは、RO膜から鉄堆積物を除去できます。

嫌気性地下水のもう1つの成分は、硫化水素（H₂S）です。エアイングレスは、膜をコロイド硫黄に酸化し、膜を汚します。鉄の酸化と同様に、硫黄のファウリングを避けるために、エアイングレスを防ぐことが重要です。膜上の硫黄堆積物はしばしば不可逆的です。

4。生物学的ファウリング
生物学的ファウリングとは、膜表面または飼料チャネル内の微生物または細胞外可溶性物質の付着または成長を指します。 ROシステムで一般的に、フラックスを減らし、拒絶率を下げ、モジュール間の圧力低下、透過性の汚染、膜材料の分解、膜寿命の短縮によりパフォーマンスを低下させます。

生物学的なファウリングは、最適な動作条件を維持し、生物学を塗布し、定期的にアイドル膜モジュールを洗い流すことで防ぐことができます。多くのRO/NF飼料ソリューション（通常は地下水）は微生物負荷が低いです。適切な動作により、飼料チャネルのせん断力は、過度の細菌の蓄積を防ぎます。ただし、微生物はアイドル期間中に急速に増殖します。これを緩和するには、閉鎖中に浸透または生物細胞の追加で周期的な洗浄が必要です。推奨制限内の塩素溶液は、酢酸セルロース膜のビオシドとして機能しますが、塩素分解に耐えられるポリアミド膜は、重硫酸ナトリウムのような代替品を要求します。

セルロース酢酸膜の場合、制御された濃度での連続塩素化が可能になります。ポリアミド膜の場合、紫外線照射、塩素化、または塩素化後の脱塩素化が採用される場合があります。

結論
前処理は、スケーリングとファウリングを防ぐために重要です。一般的な方法には、塩化物質の沈殿とろ過を防ぐための酸性化とスケール阻害剤が含まれます。きれいな飼料水源（地下水など）は、膜単位の前にカートリッジろ過を必要とするだけで、表面水摂取には凝固、凝集、堆積、粒状または膜ろ過などの高度なろ過方法が必要です。膜の性能は前処理の有効性に依存するため、前処理列車の適切な選択と設計が不可欠です。