0102030405
ระบบรีเวิร์สออสโมซิสระดับอุตสาหกรรม
บทนำโครงการ
หลักการทำงานของระบบรีเวิร์สออสโมซิส
ที่อุณหภูมิระดับหนึ่ง เยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้จะถูกใช้เพื่อแยกน้ำจืดออกจากน้ำเค็ม น้ำจืดจะเคลื่อนที่ไปยังน้ำเค็มผ่านเยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้ เมื่อระดับของเหลวทางด้านน้ำเค็มของห้องหัวใจด้านขวาเพิ่มสูงขึ้น จะเกิดแรงดันขึ้นระดับหนึ่งเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำจืดจากห้องหัวใจด้านซ้ายเคลื่อนที่ไปยังด้านน้ำเค็ม และในที่สุดก็จะถึงสภาวะสมดุล แรงดันสมดุลในเวลานี้เรียกว่าแรงดันออสโมติกของสารละลาย และปรากฏการณ์นี้เรียกว่าออสโมซิส หากมีแรงดันภายนอกที่เกินกว่าแรงดันออสโมติกกระทำต่อด้านน้ำเค็มของห้องหัวใจด้านขวา น้ำในสารละลายเกลือของห้องหัวใจด้านขวาจะเคลื่อนที่ไปยังน้ำจืดของห้องหัวใจด้านซ้ายผ่านเยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้ ทำให้น้ำจืดแยกออกจากน้ำเค็มได้ ปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับปรากฏการณ์การซึมผ่าน เรียกว่าปรากฏการณ์การซึมผ่านย้อนกลับ
ดังนั้น หลักการพื้นฐานของระบบการกลั่นน้ำทะเลด้วยกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสคือ
(1) การซึมผ่านแบบเลือกของเยื่อกึ่งซึมผ่านได้ กล่าวคือ ยอมให้น้ำผ่านได้แต่ไม่ยอมให้เกลือผ่าน
(2) แรงดันภายนอกของห้องน้ำเกลือมีค่ามากกว่าแรงดันออสโมติกของห้องน้ำเกลือและห้องน้ำจืด ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้น้ำเคลื่อนที่จากห้องน้ำเกลือไปยังห้องน้ำจืด แรงดันออสโมติกทั่วไปของสารละลายบางชนิดแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง
เยื่อกึ่งซึมผ่านได้ที่ใช้แยกน้ำจืดออกจากน้ำเค็มดังที่กล่าวมาข้างต้นเรียกว่าเยื่อรีเวิร์สออสโมซิส เยื่อรีเวิร์สออสโมซิสส่วนใหญ่ทำจากวัสดุพอลิเมอร์ ปัจจุบันเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนส่วนใหญ่ทำจากวัสดุคอมโพสิตโพลีอะไมด์อะโรมาติก
เทคโนโลยีรีเวิร์สออสโมซิส (RO) เป็นเทคโนโลยีการแยกและการกรองด้วยเยื่อเมมเบรนที่ขับเคลื่อนด้วยความแตกต่างของความดัน ขนาดรูพรุนเล็กมากระดับนาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10⁻⁹ เมตร) ภายใต้ความดันที่กำหนด โมเลกุลของน้ำ (H₂O) สามารถผ่านเยื่อ RO ได้ แต่เกลืออนินทรีย์ ไอออนโลหะหนัก สารอินทรีย์ คอลลอยด์ แบคทีเรีย ไวรัส และสิ่งเจือปนอื่นๆ ในน้ำดิบไม่สามารถผ่านเยื่อ RO ได้ ดังนั้นจึงสามารถแยกน้ำบริสุทธิ์ที่สามารถผ่านได้และน้ำเข้มข้นที่ไม่สามารถผ่านได้อย่างชัดเจน
ในงานอุตสาหกรรม โรงงานระบบรีเวิร์สออสโมซิสใช้อุปกรณ์เฉพาะทางเพื่ออำนวยความสะดวกในกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิส ระบบรีเวิร์สออสโมซิสระดับอุตสาหกรรมได้รับการออกแบบมาเพื่อบำบัดน้ำปริมาณมาก และใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงเกษตรกรรม เภสัชกรรม และการผลิต อุปกรณ์ที่ใช้ในระบบเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลในการผลิตน้ำจืดจากแหล่งน้ำเค็ม
กระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสเป็นเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ซึ่งสามารถจัดหาน้ำจืดให้กับพื้นที่ที่ขาดแคลนน้ำหรือแหล่งน้ำแบบดั้งเดิมปนเปื้อนได้ เนื่องจากอุปกรณ์และเทคโนโลยีรีเวิร์สออสโมซิสมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง กระบวนการนี้ยังคงเป็นทางออกสำคัญสำหรับปัญหาการขาดแคลนน้ำและคุณภาพน้ำทั่วโลก
คุณลักษณะหลักของเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิส:
ลักษณะทิศทางและการแยกของกระบวนการแยกด้วยเยื่อเมมเบรน
เยื่อรีเวิร์สออสโมซิสที่ใช้งานได้จริงเป็นเยื่อแบบไม่สมมาตร มีชั้นผิวและชั้นรองรับ มีทิศทางและการเลือกสรรที่ชัดเจน ทิศทางดังกล่าวหมายถึง การวางผิวเยื่อในน้ำเกลือแรงดันสูงเพื่อแยกเกลือออกจากน้ำ แรงดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การซึมผ่านของน้ำในเยื่อเพิ่มขึ้น อัตราการแยกเกลือออกจากน้ำก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ในทางกลับกัน เมื่อวางชั้นรองรับของเยื่อในน้ำเกลือแรงดันสูง อัตราการแยกเกลือออกจากน้ำจะเกือบเป็นศูนย์เมื่อแรงดันเพิ่มขึ้น แต่การซึมผ่านของน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากทิศทางดังกล่าว จึงไม่สามารถใช้งานในทิศทางตรงกันข้ามได้
ลักษณะการแยกสารด้วยระบบรีเวิร์สออสโมซิสสำหรับไอออนและสารอินทรีย์ในน้ำนั้นไม่เหมือนกัน ซึ่งสามารถสรุปได้ดังนี้
(1) สารอินทรีย์แยกได้ง่ายกว่าสารอนินทรีย์
(2) อิเล็กโทรไลต์แยกได้ง่ายกว่าสารที่ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์ที่มีประจุสูงจะแยกได้ง่ายกว่า และอัตราการแยกโดยทั่วไปจะเรียงลำดับดังนี้ Fe3+> Ca2+> Na+ PO43-> S042-> C | - สำหรับอิเล็กโทรไลต์ ยิ่งโมเลกุลใหญ่ ยิ่งแยกได้ง่าย
(3) อัตราการกำจัดไอออนอนินทรีย์มีความสัมพันธ์กับไฮเดรตและรัศมีของไอออนไฮเดรตในสถานะไฮเดรตของไอออน ยิ่งรัศมีของไอออนไฮเดรตมีขนาดใหญ่เท่าใด การกำจัดก็จะยิ่งง่ายขึ้นเท่านั้น ลำดับของอัตราการกำจัดเป็นดังนี้:
Mg2+, Ca2+> Li+ > Na+ > K+; F-> C|-> Br-> NO3-
(4) กฎการแยกสารอินทรีย์ขั้ว:
อัลดีไฮด์ > แอลกอฮอล์ > เอมีน > กรดเอมีนตติยภูมิ > เอมีนทุติยภูมิ > เอมีนปฐมภูมิ (กรดซิตริก) > กรดทาร์ทาริก > กรดมาลิก > กรดแลคติก > กรดอะซิติก
ความก้าวหน้าล่าสุดในการบำบัดก๊าซเสียแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม ขณะเดียวกันก็เปิดโอกาสให้ธุรกิจเติบโตอย่างยั่งยืนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม นวัตกรรมนี้จะส่งผลดีต่อการบำบัดก๊าซเสียและการรักษาสิ่งแวดล้อมอย่างแน่นอน ด้วยประสิทธิภาพสูง ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ และปราศจากมลพิษทุติยภูมิ
(5) ไอโซเมอร์คู่: tert- > ต่างกัน (iso-)> Zhong (sec-)> ดั้งเดิม (pri-)
(6) ประสิทธิภาพการแยกเกลือโซเดียมของสารอินทรีย์นั้นดี ในขณะที่ฟีนอลและจุลินทรีย์กลุ่มฟีนอลแสดงการแยกที่ไม่ดี เมื่อสารละลายในน้ำของสารละลายอินทรีย์ที่มีขั้วหรือไม่มีขั้ว ที่แตกตัวหรือไม่แตกตัวถูกแยกออกจากกันด้วยเยื่อเมมเบรน แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารละลาย ตัวทำละลาย และเยื่อเมมเบรนจะเป็นตัวกำหนดการซึมผ่านแบบเลือกของเยื่อเมมเบรน ผลกระทบเหล่านี้รวมถึงแรงไฟฟ้าสถิต แรงยึดเหนี่ยวของพันธะไฮโดรเจน ความไม่ชอบน้ำ และการถ่ายโอนอิเล็กตรอน
(7) โดยทั่วไป สารละลายมีอิทธิพลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกายภาพหรือคุณสมบัติการถ่ายโอนของเมมเบรน มีเพียงฟีนอลหรือสารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำบางชนิดเท่านั้นที่จะทำให้เซลลูโลสอะซิเตตขยายตัวในสารละลายในน้ำ การมีอยู่ของส่วนประกอบเหล่านี้โดยทั่วไปจะทำให้การไหลของน้ำผ่านเมมเบรนลดลง บางครั้งอาจลดลงมาก
(8) ประสิทธิภาพในการกำจัดไนเตรต เพอร์คลอเรต ไซยาไนด์ และไทโอไซยาเนตไม่ดีเท่าคลอไรด์ และประสิทธิภาพในการกำจัดเกลือแอมโมเนียมไม่ดีเท่าเกลือโซเดียม
(9) ส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์มากกว่า 150 ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กโทรไลต์หรือไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์ ก็สามารถกำจัดออกได้ดี
นอกจากนี้ ลำดับการแยกสารไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก ไซโคลอัลเคน อัลเคน และโซเดียมคลอไรด์ด้วยเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสก็แตกต่างกันด้วย
(2) ปั๊มแรงดันสูง
ในการทำงานของเยื่อกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส จำเป็นต้องส่งน้ำไปยังความดันที่กำหนดโดยใช้ปั๊มแรงดันสูงเพื่อให้กระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำเสร็จสมบูรณ์ ปัจจุบัน ปั๊มแรงดันสูงที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมีหลายรูปแบบ เช่น ปั๊มแรงเหวี่ยง ปั๊มลูกสูบ ปั๊มสกรู และรูปแบบอื่นๆ ซึ่งในจำนวนนี้ ปั๊มแรงเหวี่ยงแบบหลายขั้นตอนเป็นที่นิยมใช้มากที่สุด ปั๊มชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูง สามารถกรองได้มากกว่า 90% และประหยัดพลังงาน
(3) ออนโทโลยีการออสโมซิสย้อนกลับ
ระบบรีเวิร์สออสโมซิสเป็นหน่วยบำบัดน้ำแบบผสมผสานที่รวมและเชื่อมต่อส่วนประกอบเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสเข้ากับท่อในรูปแบบที่กำหนด เมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสแต่ละแผ่นเรียกว่าองค์ประกอบเมมเบรน ส่วนประกอบเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสจำนวนหนึ่งจะถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมตามข้อกำหนดทางเทคนิคบางประการ และประกอบเข้ากับเปลือกเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสเดี่ยวเพื่อสร้างเป็นองค์ประกอบเมมเบรน
1. องค์ประกอบเยื่อหุ้มเซลล์
ไส้กรองเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิส คือหน่วยพื้นฐานที่ทำจากเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสและวัสดุรองรับ มีฟังก์ชันการใช้งานในอุตสาหกรรม ปัจจุบัน ไส้กรองเมมเบรนแบบขดลวดส่วนใหญ่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน
ในปัจจุบัน ผู้ผลิตเมมเบรนหลายรายผลิตชิ้นส่วนเมมเบรนหลากหลายชนิดสำหรับผู้ใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ ชิ้นส่วนเมมเบรนที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสามารถแบ่งออกได้คร่าวๆ ดังนี้: ชิ้นส่วนเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลแรงดันสูง; ชิ้นส่วนเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำกร่อยแรงดันต่ำและแรงดันต่ำมาก; และชิ้นส่วนเมมเบรนป้องกันการอุดตัน
ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับองค์ประกอบของเมมเบรนมีดังนี้:
ก. ความหนาแน่นของการบรรจุฟิล์มให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
B. การเกิดโพลาไรเซชันความเข้มข้นไม่ใช่เรื่องง่าย
ค. ความสามารถในการต้านทานมลพิษสูง
D. การทำความสะอาดและเปลี่ยนเมมเบรนทำได้สะดวก
E. ราคาถูก
2. เปลือกเมมเบรน
ถังแรงดันที่ใช้บรรจุแผ่นเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสในเครื่องกรองน้ำแบบรีเวิร์สออสโมซิสเรียกว่า "เปลือกเมมเบรน" หรือ "ถังแรงดัน" ซึ่งผลิตโดยบริษัท Haide Energy โดยแต่ละถังแรงดันมีความยาวประมาณ 7 เมตร
โดยทั่วไปแล้วเปลือกของภาชนะรับแรงดันแบบฟิล์มจะทำจากผ้าพลาสติกเสริมใยแก้วอีพ็อกซี และเคลือบภายนอกด้วยสีอีพ็อกซี นอกจากนี้ยังมีผู้ผลิตบางรายที่ผลิตผลิตภัณฑ์จากสแตนเลสด้วย เนื่องจาก FRP มีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง โรงไฟฟ้าพลังความร้อนส่วนใหญ่จึงเลือกใช้เปลือกฟิล์ม FRP วัสดุของภาชนะรับแรงดันคือ FRP
ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบบำบัดน้ำด้วยระบบรีเวิร์สออสโมซิส:
ภายใต้สภาวะของระบบที่เฉพาะเจาะจง อัตราการไหลของน้ำและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำเป็นคุณลักษณะของเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิส และมีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการไหลของน้ำและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำของตัวรีเวิร์สออสโมซิส โดยหลักๆ ได้แก่ ความดัน อุณหภูมิ อัตราการฟื้นตัว ความเค็มของน้ำขาเข้า และค่า pH
(1) ผลกระทบจากแรงดัน
ความดันขาเข้าของเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสส่งผลโดยตรงต่ออัตราการไหลผ่านของเยื่อและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำของเยื่อรีเวิร์สออสโมซิส อัตราการไหลผ่านของเยื่อมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับความดันขาเข้าของเยื่อรีเวิร์สออสโมซิส ส่วนอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับความดันขาเข้า แต่เมื่อความดันถึงค่าหนึ่งแล้ว เส้นกราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำจะเริ่มคงที่และอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำจะไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป
(2) ผลกระทบของอุณหภูมิ
อัตราการกำจัดเกลือจะลดลงเมื่ออุณหภูมิขาเข้าของระบบรีเวิร์สออสโมซิสเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม อัตราการไหลของน้ำที่ได้จะเพิ่มขึ้นเกือบเป็นเส้นตรง สาเหตุหลักคือ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนืดของโมเลกุลน้ำจะลดลงและความสามารถในการแพร่กระจายจะสูงขึ้น ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำจึงเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการไหลผ่านของเกลือผ่านเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสจะเร็วขึ้น ดังนั้นอัตราการกำจัดเกลือจึงลดลง อุณหภูมิของน้ำดิบเป็นดัชนีอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการออกแบบระบบรีเวิร์สออสโมซิส ตัวอย่างเช่น เมื่อโรงไฟฟ้ากำลังดำเนินการปรับปรุงทางเทคนิคด้านวิศวกรรมรีเวิร์สออสโมซิส อุณหภูมิของน้ำดิบในการออกแบบจะคำนวณตาม 25℃ และความดันขาเข้าที่คำนวณได้คือ 1.6MPa อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิของน้ำในการใช้งานจริงของระบบอยู่ที่เพียง 8℃ และความดันขาเข้าจะต้องเพิ่มขึ้นเป็น 2.0MPa เพื่อให้แน่ใจว่าอัตราการไหลของน้ำจืดเป็นไปตามที่ออกแบบไว้ ผลที่ตามมาคือ การใช้พลังงานในการทำงานของระบบเพิ่มขึ้น อายุการใช้งานของแหวนซีลภายในของส่วนประกอบเมมเบรนในอุปกรณ์รีเวิร์สออสโมซิสสั้นลง และค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์เพิ่มขึ้น
(3) ผลกระทบของปริมาณเกลือ
ความเข้มข้นของเกลือในน้ำเป็นดัชนีสำคัญที่มีผลต่อแรงดันออสโมติกของเยื่อกรอง และแรงดันออสโมติกของเยื่อกรองจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณเกลือที่เพิ่มขึ้น ภายใต้เงื่อนไขที่แรงดันขาเข้าของระบบรีเวิร์สออสโมซิสยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อปริมาณเกลือในน้ำขาเข้าเพิ่มขึ้น เนื่องจากแรงดันออสโมติกที่เพิ่มขึ้นจะหักล้างกับแรงดันขาเข้าบางส่วน ทำให้ฟลักซ์ลดลงและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำก็ลดลงด้วย
(4) อิทธิพลของอัตราการฟื้นตัว
การเพิ่มอัตราการฟื้นตัวของระบบรีเวิร์สออสโมซิสจะทำให้ปริมาณเกลือในน้ำขาเข้าของเยื่อกรองเพิ่มขึ้นตามทิศทางการไหล ส่งผลให้ความดันออสโมติกเพิ่มขึ้น ซึ่งจะหักล้างผลกระทบจากการขับเคลื่อนของความดันน้ำขาเข้าของระบบรีเวิร์สออสโมซิส ทำให้ปริมาณน้ำที่ได้ลดลง การเพิ่มขึ้นของปริมาณเกลือในน้ำขาเข้าของเยื่อกรองจะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของปริมาณเกลือในน้ำจืด ทำให้ลดอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำ ในการออกแบบระบบ อัตราการฟื้นตัวสูงสุดของระบบรีเวิร์สออสโมซิสไม่ได้ขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของความดันออสโมติก แต่ส่วนใหญ่มักขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและปริมาณเกลือในน้ำดิบ เพราะเมื่ออัตราการฟื้นตัวดีขึ้น เกลือที่ละลายได้ในปริมาณน้อย เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต แคลเซียมซัลเฟต และซิลิคอน จะตกตะกอนในกระบวนการทำให้เข้มข้น
(5) อิทธิพลของค่า pH
ช่วงค่า pH ที่ใช้ได้กับเมมเบรนชนิดต่างๆ นั้นแตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น อัตราการไหลของน้ำและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำของเมมเบรนอะซิเตทมักจะคงที่ในช่วงค่า pH 4-8 และจะได้รับผลกระทบอย่างมากในช่วงค่า pH ต่ำกว่า 4 หรือสูงกว่า 8 ในปัจจุบัน วัสดุเมมเบรนส่วนใหญ่ที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียในอุตสาหกรรมเป็นวัสดุผสม ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับช่วงค่า pH ที่กว้าง (สามารถควบคุมค่า pH ได้ในช่วง 3-10 ในการทำงานอย่างต่อเนื่อง และอัตราการไหลของเมมเบรนและอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำในช่วงนี้ค่อนข้างคงที่)
วิธีการเตรียมเยื่อกรองก่อนการกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส:
การกรองด้วยเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสแตกต่างจากการกรองด้วยไส้กรองแบบเตียงกรอง ไส้กรองแบบเตียงกรองเป็นการกรองแบบเต็มรูปแบบ กล่าวคือ น้ำดิบทั้งหมดไหลผ่านชั้นกรอง แต่การกรองด้วยเยื่อรีเวิร์สออสโมซิสเป็นวิธีการกรองแบบไหลข้าม กล่าวคือ น้ำดิบส่วนหนึ่งไหลผ่านเยื่อในแนวตั้งฉากกับเยื่อ ในขณะนี้ เกลือและสารปนเปื้อนต่างๆ จะถูกดักจับโดยเยื่อ และถูกชะล้างออกไปโดยน้ำดิบส่วนที่เหลือที่ไหลขนานกับพื้นผิวเยื่อ แต่สารปนเปื้อนไม่สามารถถูกกำจัดออกไปได้ทั้งหมด เมื่อเวลาผ่านไป สารปนเปื้อนที่ตกค้างจะทำให้เยื่อกรองเสื่อมสภาพรุนแรงขึ้น และยิ่งสารปนเปื้อนในน้ำดิบและอัตราการกรองสูงเท่าไร การเสื่อมสภาพของเยื่อก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น
1. การควบคุมมาตราส่วน
เมื่อเกลือที่ไม่ละลายน้ำในน้ำดิบมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในเยื่อกรองและเกินขีดจำกัดการละลาย เกลือเหล่านั้นจะตกตะกอนบนพื้นผิวของเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิส ซึ่งเรียกว่า "การเกิดตะกรัน" เมื่อแหล่งน้ำถูกกำหนดแล้ว ความเสี่ยงของการเกิดตะกรันก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วยเมื่ออัตราการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ของระบบรีเวิร์สออสโมซิสเพิ่มขึ้น ปัจจุบันเป็นเรื่องปกติที่จะเพิ่มอัตราการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่เนื่องจากปัญหาการขาดแคลนน้ำหรือผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการปล่อยน้ำเสีย ในกรณีนี้ มาตรการควบคุมการเกิดตะกรันอย่างรอบคอบจึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ในระบบรีเวิร์สออสโมซิส เกลือที่ก่อให้เกิดตะกรันทั่วไป ได้แก่ CaCO3, CaSO4 และ SiO2 และสารประกอบอื่นๆ ที่สามารถก่อให้เกิดตะกรันได้ ได้แก่ CaF2, BaSO4, SrS04 และ Ca3(PO4)2 วิธีการทั่วไปในการยับยั้งการเกิดตะกรันคือการเติมสารยับยั้งการเกิดตะกรัน สารยับยั้งการเกิดตะกรันที่ใช้ในห้องปฏิบัติการของผมคือ Nalco PC191 และ Europe and America NP200
2. การควบคุมการปนเปื้อนของอนุภาคคอลลอยด์และอนุภาคของแข็ง
การสะสมของคอลลอยด์และอนุภาคสามารถส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิส เช่น ทำให้ปริมาณน้ำจืดที่ได้ลดลงอย่างมาก และบางครั้งอาจทำให้ลดอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำด้วย อาการเริ่มต้นของการสะสมคอลลอยด์และอนุภาคคือ ความแตกต่างของแรงดันระหว่างทางเข้าและทางออกของส่วนประกอบเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิสเพิ่มขึ้น
วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการประเมินปริมาณคอลลอยด์และอนุภาคในน้ำที่อยู่ในเยื่อกรองรีเวิร์สออสโมซิส คือการวัดค่า SDI ของน้ำ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าค่า F (ดัชนีมลพิษ) ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญในการตรวจสอบการทำงานของระบบบำบัดน้ำเบื้องต้นแบบรีเวิร์สออสโมซิส
ดัชนีความหนาแน่นของตะกอน (SDI) คือการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในการกรองน้ำต่อหน่วยเวลา ซึ่งบ่งชี้ถึงมลภาวะของคุณภาพน้ำ ปริมาณของคอลลอยด์และอนุภาคในน้ำจะส่งผลต่อค่า SDI ค่า SDI สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือ SDI
3. การควบคุมการปนเปื้อนของจุลินทรีย์บนเยื่อกรอง
จุลินทรีย์ในน้ำดิบส่วนใหญ่ประกอบด้วยแบคทีเรีย สาหร่าย เชื้อรา ไวรัส และสิ่งมีชีวิตชั้นสูงอื่นๆ ในกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิส จุลินทรีย์และสารอาหารที่ละลายอยู่ในน้ำจะถูกทำให้เข้มข้นและสะสมมากขึ้นอย่างต่อเนื่องในส่วนประกอบของเมมเบรน ซึ่งกลายเป็นสภาพแวดล้อมและกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการก่อตัวของไบโอฟิล์ม การปนเปื้อนทางชีวภาพของส่วนประกอบเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสจะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของระบบรีเวิร์สออสโมซิส ความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออกของส่วนประกอบรีเวิร์สออสโมซิสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ปริมาณน้ำที่ได้จากส่วนประกอบเมมเบรนลดลง บางครั้ง การปนเปื้อนทางชีวภาพอาจเกิดขึ้นที่ด้านการผลิตน้ำ ส่งผลให้คุณภาพน้ำที่ได้ปนเปื้อน ตัวอย่างเช่น ในการบำรุงรักษาอุปกรณ์รีเวิร์สออสโมซิสในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนบางแห่ง พบตะไคร่น้ำสีเขียวบนส่วนประกอบเมมเบรนและท่อน้ำจืด ซึ่งเป็นการปนเปื้อนของจุลินทรีย์ทั่วไป
เมื่อเมมเบรนปนเปื้อนด้วยจุลินทรีย์และเกิดไบโอฟิล์ม การทำความสะอาดเมมเบรนจะทำได้ยากมาก นอกจากนี้ ไบโอฟิล์มที่ไม่ถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์จะทำให้จุลินทรีย์เจริญเติบโตอย่างรวดเร็วอีกครั้ง ดังนั้น การควบคุมจุลินทรีย์จึงเป็นหนึ่งในภารกิจที่สำคัญที่สุดของการบำบัดเบื้องต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบบำบัดเบื้องต้นแบบรีเวิร์สออสโมซิสที่ใช้น้ำทะเล น้ำผิวดิน และน้ำเสียเป็นแหล่งน้ำ
วิธีการหลักในการป้องกันจุลินทรีย์บนเยื่อกรอง ได้แก่ การใช้คลอรีน การกรองแบบไมโครฟิลเทรชันหรืออัลตราฟิลเทรชัน การออกซิเดชันด้วยโอโซน การฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต และการเติมโซเดียมไบซัลไฟต์ วิธีการที่ใช้กันทั่วไปในระบบบำบัดน้ำของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน คือ การฆ่าเชื้อด้วยคลอรีนและการกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันก่อนการกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส
คลอรีนเป็นสารฆ่าเชื้อที่สามารถยับยั้งจุลินทรีย์ก่อโรคหลายชนิดได้อย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพของคลอรีนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของคลอรีน ค่า pH ของน้ำ และระยะเวลาในการสัมผัส ในการใช้งานทางวิศวกรรม โดยทั่วไปจะควบคุมปริมาณคลอรีนที่เหลืออยู่ในน้ำให้มากกว่า 0.5-1.0 มิลลิกรัม และควบคุมระยะเวลาในการทำปฏิกิริยาไว้ที่ 20-30 นาที ปริมาณคลอรีนที่ใช้จำเป็นต้องกำหนดโดยการทดสอบหาค่าที่เหมาะสม เนื่องจากสารอินทรีย์ในน้ำจะใช้คลอรีนด้วย คลอรีนใช้สำหรับการฆ่าเชื้อ และค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดในทางปฏิบัติคือ 4-6
การใช้คลอรีนในระบบน้ำทะเลแตกต่างจากการใช้ในน้ำกร่อย โดยปกติน้ำทะเลจะมีโบรมีนประมาณ 65 มิลลิกรัม เมื่อน้ำทะเลได้รับการบำบัดทางเคมีด้วยไฮโดรเจน โบรมีนจะทำปฏิกิริยากับกรดไฮโปคลอรัสก่อนเพื่อสร้างกรดไฮโปโบรมัส ดังนั้นฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียจึงเป็นกรดไฮโปโบรมัสมากกว่ากรดไฮโปคลอรัส และกรดไฮโปโบรมัสจะไม่สลายตัวที่ค่า pH สูง ดังนั้นผลของการใช้คลอรีนจึงดีกว่าในน้ำกร่อย
เนื่องจากองค์ประกอบเมมเบรนของวัสดุคอมโพสิตมีข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับคลอรีนตกค้างในน้ำ จึงจำเป็นต้องดำเนินการบำบัดลดปริมาณคลอรีนหลังจากการฆ่าเชื้อด้วยคลอรีน
4. การควบคุมมลพิษอินทรีย์
การดูดซับสารอินทรีย์บนพื้นผิวของเมมเบรนจะทำให้ฟลักซ์ของเมมเบรนลดลง และในกรณีที่รุนแรง จะทำให้ฟลักซ์ของเมมเบรนลดลงอย่างถาวรและส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของเมมเบรน
สำหรับน้ำผิวดิน ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ การบำบัดโดยการผสมผสานกระบวนการตกตะกอน การกรองแบบ DC และการกรองด้วยถ่านกัมมันต์ สามารถลดปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำได้อย่างมาก เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของน้ำระบบรีเวิร์สออสโมซิส
5. การควบคุมการกระจายความเข้มข้นของสารละลาย
ในกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิส บางครั้งอาจเกิดความแตกต่างของความเข้มข้นสูงระหว่างน้ำเข้มข้นบนผิวเมมเบรนกับน้ำที่ไหลเข้า ซึ่งเรียกว่า การเกิดความเข้มข้นเฉพาะจุด (concentration polarization) เมื่อเกิดปรากฏการณ์นี้ ชั้นที่มีความเข้มข้นสูงและค่อนข้างคงที่ที่เรียกว่า "ชั้นวิกฤต" จะก่อตัวขึ้นบนผิวเมมเบรน ซึ่งขัดขวางการทำงานของกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากความเข้มข้นเฉพาะจุดจะเพิ่มแรงดันการซึมผ่านของสารละลายบนผิวเมมเบรน และแรงขับเคลื่อนของกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสจะลดลง ส่งผลให้ปริมาณน้ำที่ได้และอัตราการแยกเกลือออกจากน้ำลดลง เมื่อความเข้มข้นเฉพาะจุดรุนแรง เกลือที่ละลายอยู่เล็กน้อยบางส่วนจะตกตะกอนและเกิดคราบตะกรันบนผิวเมมเบรน วิธีที่มีประสิทธิภาพในการหลีกเลี่ยงความเข้มข้นเฉพาะจุดคือการทำให้การไหลของน้ำเข้มข้นอยู่ในสภาวะปั่นป่วนอยู่เสมอ กล่าวคือ โดยการเพิ่มอัตราการไหลเข้าเพื่อเพิ่มอัตราการไหลของน้ำเข้มข้น เพื่อลดความเข้มข้นของเกลือที่ละลายอยู่เล็กน้อยบนผิวเมมเบรนให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ หลังจากปิดเครื่องกรองน้ำระบบรีเวอร์สออสโมซิสแล้ว ควรล้างน้ำเข้มข้นที่อยู่ด้านข้างของน้ำเข้มข้นที่เปลี่ยนใหม่ให้ทันเวลา
คำอธิบาย2