역삼 투의 농도 분극에 대해 알아야 할 모든 것

동안역삼 투 막분리 과정은 물이 막 표면을 통해 흐르면 물 분자가 역삼 투 막을 통과하는 반면 용질 (예 : 소금, 유기물 등)은 유지됩니다. 이러한 보유 된 용질은 막 표면 근처에 점차적으로 축적되어 고고가 경계 층을 형성하여 막 표면의 용질 농도가 벌크 용액의 농도보다 현저히 높아진 현상을 초래할 것이다. 이 현상을 농도 분극이라고합니다.

직관적 인 상상력 : RO 막을 통해 소금 용액 컵이 걸러지고, 소금이 막 표면에 "축적"되어 고심 영역의 층을 형성한다고 상상해보십시오. 교통 체증이있을 때와 마찬가지로 차량은 교차로에 모입니다.

용질 거부 메커니즘

막 영구성의 본질 : RO 막은 조밀 한 폴리 아미드 층의 분자 체 효과를 통해 선택적 분리를 달성한다. 물 분자 (약 {{{0}}. 28 nm)의 직경은 막 기공을 통과 할 수있는 반면, 대부분의 이온 (예 : 직경 0. 19 nm이지만 수화 후 0.72 nm)은 고정됩니다. 이 "반복성"은 용질이 막 표면에 계속 축적되도록합니다.

Industry pain points: Although high-density membranes (>99%) 수질을 향상시키고, 분극을 악화시키고 성능의 균형을 맞추기 위해 "플럭스-재생 속도 최적화 설계"가 필요합니다.

유체 역학적 경계층

- 속도 분포 특성 : 막 표면 근처에서 유체 속도는 주요 유속 (예 : 0. 3 m/s)에서 거의 0으로 급격히 떨어집니다 (일반적으로 50-200 μm 두께). 이 층의 용질은 분자 확산에만 의존하여 주 용액으로 돌아갑니다. 확산 속도는 대류 마이그레이션보다 3-5 크기가 낮습니다.

- 난기류 및 층류의 영향 :

• 층류 상태 (레이놀즈 번호 Re<2000): The boundary layer is stable, and the solute is seriously accumulated
• Turbulent state (Re>4000) : 와상 교란은 경계층을 파괴하고 편광 속도는 40-70% 만 감소합니다.

- 엔지니어링 사례 : 해수 담수화 프로젝트의 막 쉘에 나선형 난류 흐름 장치를 설치 한 후, 편광 계수 ()는 1.25에서 1.08로 떨어졌고 시스템 복구 속도는 12%증가했습니다.

삼투압 구배

막 표면에서 고고염 용액의 삼투압이 증가하여 작동 압력에 대항하고 효과적인 구동력을 감소시킨다.

농도 편광은 역 삼투 (RO) 막 성능에 크게 영향을 미쳐 효율성과 장수 모두에 몇 가지 부작용을 초래합니다. 주요 효과는 다음과 같습니다.

1. 감소 된 물 플럭스 : 농도 분극은 막 표면에 용질의 축적을 초래하여 삼투 구동력에 반대하는 농도 구배를 만듭니다. 막 표면에서의 유효 물 농도의 감소는 물 플럭스를 감소시켜 시간이 지남에 따라 덜 식수가 생성됩니다.
2. 증가 된 작동 압력 : 농도 분극이 발생함에 따라 막을 가로 지르는 효과적인 삼투압 차동이 증가한다. 원하는 물 플럭스를 유지하기 위해, 운영자는 공급 압력을 늘려 에너지 소비와 운영 비용을 높이야 할 수도 있습니다.
3. 막 오염 : 농도 분극으로부터 막 표면에서 용질의 축적은 오염을 유발할 수있다. 농도가 증가함에 따라, 더 많은 용질이 막 표면에 부착 될 수 있으며, 이는 유사성 층을 형성하여 투과성을 추가로 감소시키고 흐름에 대한 저항을 증가시킨다.
4. 손상된 막 선택성 : 표면의 농도 변화는 용질의 확산 거동을 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 더 높은 농도의 특이 적 이온은 수송 특성에 영향을 줄 수 있으며, 잠재적으로 원하는 이온에 대한 막의 선택성을 감소시키고 더 원치 않는 종들이 침투 할 수 있습니다.
5. 온도 및 압력 증가 : 농도 분극은 막 표면 근처에서 용질 농도를 높이기 때문에 삼투 가열로 인한 온도의 증가를 초래할 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 막 재료의 안정성과 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
6. 막의 화학적 안정성 : 농도 분극으로 인한 특정 용질의 높은 농도는 국소화 된 화학 반응 또는 막 물질의 분해를 초래할 수있다. 이로 인해 막 수명이 줄어들고 유지 보수 요구가 증가 할 수 있습니다.
7. 회복 속도 감소 : 농도 분극이 물 플럭스 및 효율에 영향을 미치기 때문에 RO 시스템의 회수율을 감소시킬 수 있습니다. 이는 더 적은 비율의 급수수가 침투로 전환되어 소금물의 부피를 증가시키고 잠재적으로 복잡한 폐기물 관리를 의미합니다.
8. 변경된 운영 조건 : 농도 분극의 영향을 완화하기 위해 시스템 운영자는 유량, 압력 및 기타 작동 조건을 조정하여 신중하게 수행하지 않으면 차선책을 초래할 수 있습니다.

1. 막 표면에 용질의 축적을 줄이기 위해 교반 및 난류를 증가시킨다.
2. 합리적으로 막 설계 및 작동 매개 변수를 선택하여 과도하게 높은 막 플럭스와 너무 낮은 작동 압력을 피하고 농도 층의 형성 속도를 늦추고;
3. 정기적으로 화학적 및 물리적 청소를 수행합니다.
4. 미세 여과, 중공 섬유 여과 등과 같은 막 분리 시스템에 들어가기 전에 적절한 전처리를 수행하여 막 시스템으로 유입되는 현탁 된 물질 및 미립자 물질을 줄이고 농도 분극의 정도를 줄일 수 있습니다.