حامل نفوذ عنصر غشای RO: یک پیوند اصلی در فناوری اصلی تصفیه آب مدرن

در زمانی که منابع آب به طور فزاینده ای کمیاب می شوند و نیازهای کیفیت آب به طور مداوم در حال افزایش است ، فناوری اسمز معکوس (RO) به یکی از فناوری های اصلی در زمینه تصفیه آب با عملکرد جداسازی کارآمد تبدیل شده است. به عنوان یک مؤلفه اصلی در سیستم اسمز معکوس برای اطمینان از جمع آوری صاف و حمل و نقل آب تولید شده ، عملکرد حامل نفوذ عنصر غشای RO به طور مستقیم بر راندمان عملیاتی تأثیر می گذارد ، کیفیت آب و عمر خدمات کل سیستم را تولید می کند.

1. دانش اساسی از حامل نفوذ عنصر غشای RO

1.1 تعریف و عملکرد

عنصر غشای RO تولید آب حامل آب یک مؤلفه ساختاری در داخل عنصر غشای اسمز معکوس است که برای جمع آوری و انتقال آب خالص (آب تولید شده) استفاده می شود که از غشای RO عبور می کند. عملکرد اصلی آن هدایت آب تولید شده از هم جدا شده توسط غشای RO از قسمت داخلی عنصر غشای با خیال راحت و کارآمد است ، در حالی که از مخلوط کردن آب تولید شده با آب ورودی و آب غلیظ برای اطمینان از خلوص کیفیت آب تولید شده جلوگیری می کند. از منظر میکروسکوپی ، حامل آب مانند "فرمانده آبراه" دقیق است که مسیر جریان منظم مولکول های آب را برنامه ریزی می کند. از دیدگاه ماکروسکوپی ، این یک مانع مهم برای حفظ عملکرد پایدار سیستم اسمز معکوس و اطمینان از کیفیت آب تولید شده است. ​

1.2 وضعیت در سیستم اسمز معکوس
سیستم اسمز معکوس عمدتاً از عناصر غشای RO ، عروق فشار ، سیستم های ورودی آب ، سیستم های کنترل و غیره تشکیل شده است و حامل آب عنصر غشای RO یکی از اجزای اصلی در داخل عنصر غشای است. اگر عنصر غشای RO با "قلب" سیستم اسمز معکوس مقایسه شود ، حامل آب "رگ خونی" است که قلب و سایر اندام ها را به هم وصل می کند. این نه تنها با راندمان جمع آوری آب تولید شده مرتبط است ، بلکه نقش مهمی در عملکرد عنصر غشایی نیز ایفا می کند. حامل های آب با کیفیت بالا می توانند مقاومت جریان آب تولید شده را کاهش داده و فشار عملیاتی سیستم را کاهش دهند و از این طریق عمر خدمات غشای RO را گسترش دهند. در مقابل ، اگر حامل آب به طور منطقی یا با کیفیت پایین طراحی نشده باشد ، ممکن است منجر به جریان ناهموار آب و فشار بیش از حد محلی شود ، آلودگی و آسیب عنصر غشای را تسریع کند و سپس بر ثبات عملیاتی و کارآیی اقتصادی کل سیستم اسمز معکوس تأثیر بگذارد.

ترتیب

2.1 مکانیسم انتقال آب

فرآیند انتقال آب حامل آب عنصر غشای RO بر اساس اصل مکانیک سیالات است. هنگامی که آب خام از غشای RO تحت فشار عبور می کند ، مولکول های آب در منافذ غشایی به داخل کانال آب نفوذ می کنند و ساختار خاص در داخل حامل آب یک مسیر انتقال برای این مولکول های آب را فراهم می کند. حامل های آب مشترک از مش یا سازه های متخلخل استفاده می کنند و این کانال های کوچک می توانند به طور موثری جریان آب را راهنمایی کنند. جریان مولکول های آب در کانال حامل آب تحت تأثیر عواملی مانند اندازه کانال ، زبری و انحنای قرار می گیرد. به عنوان مثال ، اگرچه اندازه کانال کوچکتر می تواند سطح تماس بین آب و حامل را افزایش دهد ، که به جمع آوری آب به طور مساوی کمک می کند ، اما همچنین مقاومت جریان آب را افزایش می دهد. و یک دیواره داخلی کانال بیش از حد خشن باعث ایجاد جریان های گرداب در جریان آب می شود و بر پایداری جریان آب تأثیر می گذارد. برای دستیابی به انتقال کارآمد ، طراحی حامل آب باید از نظر اندازه کانال ، شکل و زبری دیواره داخلی بهینه سازی شود تا اطمینان حاصل شود که آب می تواند به سرعت و یکدست از داخل عنصر غشایی به محل خروجی منتقل شود.
2.2 هم افزایی با عناصر غشای RO
یک رابطه هم افزایی نزدیک بین حامل آب عنصر غشای RO و غشای RO وجود دارد. غشای RO وظیفه رهگیری ناخالصی هایی مانند نمک ، ماده آلی و میکروارگانیسم های موجود در آب خام را بر عهده دارد ، در حالی که حامل آب وظیفه جمع آوری و حمل آب را که به موقع از غشای RO عبور می کند ، وظیفه دارد. این هم افزایی در بسیاری از جنبه ها منعکس شده است: از یک طرف ، طراحی ساختاری حامل آب باید با چیدمان غشای RO مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که آب به طور مساوی جمع می شود. به عنوان مثال ، در یک عنصر غشای RO مارپیچ ، حامل آب معمولاً در اطراف لوله جمع آوری آب مرکزی پیچیده می شود و محکم با غشای متناسب است تا اطمینان حاصل شود که آب تولید شده توسط هر قسمت از غشای می تواند به آرامی وارد کانال آب شود. از طرف دیگر ، انتخاب مواد حامل آب باید سازگاری شیمیایی با غشای RO را در نظر بگیرد تا از آسیب به غشای RO به دلیل واکنشهای شیمیایی بین مواد جلوگیری شود. ویژگی های جریان حامل آب همچنین بر شرایط هیدرولیک روی سطح غشای RO تأثیر می گذارد. انتقال معقول آب می تواند پدیده قطبش غلظت بر روی سطح غشای را کاهش داده و راندمان جداسازی و توانایی ضد آلودگی غشای RO را بهبود بخشد.

3. طراحی ساختاری و انتخاب مواد از حامل نفوذ عنصر RO
3.1 انواع ساختاری مشترک
حامل آب مارپیچی 3.1.1
عناصر غشای RO زخم مارپیچ ، پرکاربردترین انواع عناصر غشایی هستند. حامل های آب آنها معمولاً از یک شبکه راهنما و یک لوله جمع آوری آب مرکزی تشکیل شده است. شبکه راهنما به طور کلی از پلی پروپیلن ساخته شده است که دارای تخلخل و استحکام خاصی است. این می تواند یک کانال جریان برای آب تولید شده فراهم کند و در حمایت از غشای نقش داشته باشد. شکل مش ، اندازه و ترتیب شبکه راهنما تأثیر مهمی در توزیع یکنواخت و مقاومت جریان آب تولید شده دارد. لوله جمع آوری آب مرکزی نقطه جمع آوری نهایی آب تولید شده است. این ماده معمولاً از فولاد ضد زنگ متخلخل یا کلرید پلی وینیل ساخته شده است. سوراخ های کوچک که به طور مساوی بر روی سطح آن توزیع می شوند می توانند به سرعت آب تولید شده جمع آوری شده توسط خالص راهنما را به داخل لوله معرفی کرده و در نهایت آن را به محل خروجی سیستم منتقل کنند. ​
3.1.2 حامل آب فیبر توخالی
ساختار حامل آب عنصر غشای فیبر توخالی با نوع زخم مارپیچی متفاوت است. در عناصر غشای فیبر توخالی ، تعداد زیادی از بسته های غشای فیبر توخالی در یک کشتی فشار یکپارچه شده اند ، و حامل آب عمدتاً مسئول هدایت آب تولید شده توسط غشای فیبر توخالی از حفره داخلی غشای به خروجی عنصر غشای است. معمولاً ، یک انتهای غشای فیبر توخالی مهر و موم شده است و انتهای دیگر به انتهای جمع آوری آب وصل می شود و آب مستقیماً در قسمت جمع آوری آب از طریق حفره داخلی غشای جریان می یابد. به منظور بهبود راندمان جمع آوری آب ، پایان جمع آوری آب غالباً یک طراحی ساختاری ویژه مانند صفحه متخلخل یا حفره جمع آوری آب را اتخاذ می کند تا اطمینان حاصل شود که آب تولید شده توسط هر غشای می تواند به سرعت و به طور مساوی جمع شود. ​
3.2 ویژگی ها و الزامات مواد
انتخاب مواد حامل آب عنصر غشای RO بسیار مهم است که مستقیماً بر عملکرد و عمر سرویس حامل آب تأثیر می گذارد. مواد حامل آب ایده آل باید ویژگی های زیر را داشته باشد:
پایداری شیمیایی: این می تواند در برابر فرسایش عوامل شیمیایی مختلف (مانند آنسالان و باکتری هایی که معمولاً در سیستم های اسمز معکوس استفاده می شوند) مقاومت کنند ، با آب از نظر شیمیایی واکنش نشان نمی دهند و از آلودگی کیفیت آب آب جلوگیری می کند. مواد متداول با ثبات شیمیایی خوب شامل پلی پروپیلن ، پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) و غیره است.
استحکام مکانیکی: از مقاومت و استحکام کافی برای مقاومت در برابر فشار و تأثیر جریان آب در حین عملکرد سیستم اسمز معکوس برخوردار است و تغییر شکل یا آسیب آسان نیست. به عنوان مثال ، در یک سیستم اسمز معکوس با فشار بالا ، حامل آب باید در برابر فشار داخلی بالاتر مقاومت کند ، بنابراین به استحکام مکانیکی مواد نیاز دارد. ​
مقاومت در برابر آلودگی میکروبی: از آنجا که میکروارگانیسم ها در حین کار سیستم اسمز معکوس به راحتی پرورش می یابند ، مواد حامل آب باید توانایی خاصی در مقاومت در برابر اتصال میکروبی و تولید مثل برای کاهش تأثیر آلودگی میکروبی بر کیفیت تولید آب و عملکرد سیستم داشته باشد. برخی از مواد برای بهبود مقاومت آنها در برابر آلودگی میکروبی ، تحت درمان ویژه ای مانند اضافه کردن عوامل ضد باکتریایی یا اصلاح سطح قرار می گیرند. ​
مقاومت دما: می تواند با دامنه های مختلف دمای عامل سیستم اسمز معکوس سازگار شود. به طور کلی ، دمای کار سیستم اسمز معکوس بین 5 تا 45 ℃ است و ماده حامل آب باید عملکرد پایدار را در این محدوده دما بدون تغییر شکل ، نرم شدن یا آغوش حفظ کند.

4. سناریوهای کاربردی حامل نفوذ عنصر RO
4.1 میدان تصفیه آب صنعتی
در تولید صنعتی ، بسیاری از صنایع نیازهای دقیق بر کیفیت آب دارند و از فناوری اسمز معکوس و حامل های آب غشای RO به طور گسترده ای استفاده شده است. ​
صنعت برق: تصفیه آب خوراک دیگ بخار در نیروگاه های حرارتی یکی از سناریوهای مهم کاربرد حامل های آب عنصر RO است. به منظور جلوگیری از مقیاس بندی دیگ بخار و خوردگی ، آب با خلوص بالا به عنوان آب خوراک مورد نیاز است. حامل های آب عنصر غشای RO می توانند به طور مؤثر آب تولید شده پس از درمان اسمز معکوس را جمع آوری و انتقال دهند ، با منابع آب که نیازهای کیفیت آب را برآورده می کند ، به دیگهای بخار ارائه می دهد ، از عملکرد ایمن و پایدار دیگهای بخار اطمینان می دهد و راندمان تولید برق را بهبود می بخشد. ​
صنعت الکترونیکی: الزامات مربوط به کیفیت آب در فرآیند تولید تراشه های الکترونیکی بسیار زیاد است و آب فراوانی مورد نیاز است. به عنوان یک پیوند کلیدی در تهیه آب Ultrapure ، عملکرد حامل آب سیستم اسمز معکوس به طور مستقیم بر کیفیت و پایداری آب تأثیر می گذارد. حامل های آب با کیفیت بالا می توانند از محتوای ناخالصی کم و خلوص زیاد آب تولید شده اطمینان حاصل کنند ، نیازهای دقیق تولید تراشه الکترونیکی را برای کیفیت آب برآورده کرده و از کیفیت و عملکرد محصول اطمینان حاصل کنند.
صنایع شیمیایی: در تولید شیمیایی ، بسیاری از واکنشهای شیمیایی به استفاده از آب خالص به عنوان یک حلال یا واکنش نیاز دارند. در سیستم تصفیه آب صنایع شیمیایی ، حامل آب غشای RO می تواند به طور پایدار آب تولید شده پس از تصفیه اسمز معکوس را به هر پیوند تولیدی منتقل کند ، و ضمانت منبع آب قابل اطمینان را برای تولید شیمیایی فراهم می کند ، ضمن کاهش خرابی تجهیزات و نوسانات کیفیت محصول ناشی از مشکلات کیفیت آب. ​
4.2 زمینه های تصفیه آب مدنی و تجاری
با بهبود استانداردهای زندگی مردم ، توجه به کیفیت آب آشامیدنی همچنان رو به افزایش است و فناوری اسمز معکوس و حامل های آب عنصر غشای RO نیز به طور گسترده ای در تجهیزات تصفیه آب مدنی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. ​
تصفیه آب خانگی: تصفیه کننده های آب اسمز معکوس خانگی مواد مضر در آب را از طریق عناصر غشای RO از بین می برند و حامل آب آب خالص شده را به شیر آب جمع می کند و برای تأمین آب آشامیدنی ایمن و سالم برای خانواده ها منتقل می کند. طراحی حامل آب باید ضمن اطمینان از بهداشت و ایمنی آب ، مینیاتوریزاسیون ، سبکی و سازگاری با ساختار کلی تصفیه آب خانگی را در نظر بگیرد. ​
تجهیزات تصفیه آب تجاری: در اماکن عمومی مانند مدارس ، بیمارستان ها و ساختمان های اداری ، تجهیزات تصفیه آب تجاری برای تعداد زیادی از مردم آب آشامیدنی فراهم می کند. این دستگاه ها معمولاً نیاز به پردازش مقدار زیادی از آب دارند و به جمع آوری آب و قابلیت انتقال بالاتر از حامل آب عنصر غشای RO نیاز دارند. علاوه بر این ، ثبات عملیاتی و راحتی نگهداری تجهیزات تصفیه آب تجاری نیز بسیار مهم است. طراحی ساختاری و انتخاب مواد حامل آب باید این عوامل را به طور کامل در نظر بگیرد تا هزینه نگهداری و خرابی تجهیزات را کاهش دهد. ​
4.3 زمینه آب شیرین کن آب دریا
آب شیرین کن آب دریا یکی از راه های مهم برای حل کمبود منابع آب شیرین است. فن آوری نمک زدایی در آب دریا اسمز معکوس به دلیل کارآیی بالا و صرفه جویی در مصرف انرژی ، به روش اصلی آب شیرین کن آب دریا تبدیل شده است. در سیستم آب شیرین کن آب دریا ، حامل آب عنصر غشای RO با یک محیط کار شدیدتر روبرو است و باید در برابر خوردگی آب دریا با کمبود بالا و فشار ناشی از عملکرد فشار قوی مقاومت کند. بنابراین ، حامل آب مورد استفاده برای آب شیرین کن آب دریا بیشتر به مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالا در انتخاب مواد و طراحی ساختاری توجه می کند. به عنوان مثال ، از مواد آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی خاص برای ساخت لوله جمع آوری آب مرکزی استفاده می شود ، و درمان ضد خوردگی سطح شبکه انحرافی انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که حامل آب می تواند برای مدت طولانی در سیستم آبکاری آب دریا به طور ثانویه کار کند و به طور کارآمد آب شیرین را آب شیرین کند.

5. روند توسعه عنصر غشای RO حامل نفوذ
5.1 بهینه سازی و نوآوری ساختاری
در آینده ، ساختار حامل آب عنصر غشای RO در جهت بهینه تر و ابتکاری تر توسعه می یابد. از طریق فن آوری شبیه سازی دینامیک سیالات رایانه (CFD) ، توزیع جریان آب در داخل حامل آب به طور دقیق مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد ، به طوری که برای طراحی شکل و اندازه کانال معقول تر ، مقاومت جریان تولید آب را بیشتر کاهش داده و یکنواختی تولید آب را بهبود می بخشد. به عنوان مثال ، برای تقلید از ساختارهای انتقال مایعات کارآمد در طبیعت ، مانند رگهای گیاهی یا رگهای خونی حیوانات ، برای دستیابی به انتقال تولید آب کارآمد ، حامل های آب را با ساختارهای بیونیک ایجاد کنید. طراحی حامل آب مدولار و یکپارچه نیز به یک روند تبدیل می شود که برای نصب ، نگهداری و جایگزینی مناسب است و عملکرد کلی و قابلیت اطمینان سیستم اسمز معکوس را بهبود می بخشد. ​
5.2 تحقیق و استفاده از مواد جدید
با توسعه مداوم علوم مواد ، مواد جدید به تدریج در حامل های آب عنصر غشای RO اعمال می شود. انتظار می رود موادی با خصوصیات ویژه مانند نانومواد و مواد هوشمند به گزینه های جدیدی برای حامل های آب تبدیل شود. به عنوان مثال ، نانوکامپوزیت ها از خواص مکانیکی عالی ، پایداری شیمیایی و خصوصیات ضد آلودگی برخوردار هستند ، که می تواند به طور موثری عمر خدمات و توانایی ضد آلودگی حامل های آب را بهبود بخشد. مواد هوشمند می توانند به طور خودکار عملکرد خود را با توجه به تغییر در شرایط محیطی تنظیم کنند. به عنوان مثال ، مواد پاسخگو به دما می توانند خواص سطح را در دماهای مختلف تغییر دهند ، اتصال میکروبی را کاهش داده و خطر آلودگی حامل های آب را کاهش دهند. علاوه بر این ، تحقیق و توسعه مواد قابل تخریب نیز به یک موضوع داغ برای حل مشکلات آلودگی محیط زیست ناشی از ترک حامل های آب سنتی تبدیل می شود. ​
5.3 نظارت هوشمند و خودکار
به منظور اطمینان از عملکرد سیستم اسمز معکوس ، حامل آب عنصر RO MEMBRANE در جهت نظارت هوشمند و خودکار توسعه می یابد. با نصب سنسورها بر روی حامل آب ، نظارت بر زمان واقعی جریان آب ، فشار ، دما و سایر پارامترها می تواند برای تشخیص به موقع شرایط غیر طبیعی حامل آب مانند انسداد و نشت انجام شود. همراه با تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و فناوری هوش مصنوعی ، داده های نظارت عمیقاً استخراج شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند تا تغییرات عملکرد و خطرات خرابی حامل آب را پیش بینی کنند ، به گونه ای که به هشدار زودهنگام و نگهداری فعال دست یابند. حامل آب هوشمند همچنین می تواند با سیستم کنترل سیستم اسمز معکوس در ارتباط باشد تا به طور خودکار پارامترهای عامل سیستم را با توجه به وضعیت تولید آب تنظیم کند ، به منظور بهبود راندمان عملیاتی سیستم و کیفیت آب. $