Почему метод обратного осмоса не может эффективно удалять аммиачный азот из воды?

Пока Технология обратного осмоса (RO) Демонстрирует высокую эффективность удаления ионных загрязняющих веществ из воды, однако ее эффективность в удалении аммиачного азота относительно ограничена. Это явление в основном определяется следующими факторами:

1. Уникальные формы аммиачного азота в воде

Аммиачный азот в воде существует не в виде единой, статичной формы, а в динамическом равновесии между ионами аммония (NH₄⁺) и свободным аммиаком (NH₃) в зависимости от значения pH.

В типичных нейтральных или слабокислых водоемах аммонийный азот существует преимущественно в виде положительно заряженных ионов аммония; однако по мере повышения pH (особенно выше 8) доля свободного аммиака значительно возрастает. Различные физико-химические свойства этих двух форм напрямую влияют на эффективность удержания. Ро Мембрана.

2. Ограничения в механизмах удержания жидкости мембранами обратного осмоса.

Мембраны обратного осмоса разделяют вещества преимущественно за счет двух механизмов: исключения по размеру (просеивания пор) и диффузии в растворе:

В практической эксплуатации поверхностный заряд мембраны может ослабевать из-за загрязнения или колебаний pH. Кроме того, гидратированный радиус иона аммония относительно мал (приблизительно 0,36 нм) — приближается к пороговому размеру пор мембраны — что делает её склонной к протечкам.

Свободный аммиак электрически нейтрален, обладает чрезвычайно малым размером молекул (приблизительно 0,26 нм) и проявляет определенную степень липидной растворимости; следовательно, он легко растворяется в мембранном материале и диффундирует через него, что приводит к значительному снижению скорости его удаления. Экспериментальные данные показывают, что при pH выше 9 общая скорость удаления аммиачного азота может упасть ниже 50%.

3. Критическое влияние условий эксплуатации

Значение pH подаваемой воды напрямую определяет распределение форм аммонийного азота. Например, при pH приблизительно 6 степень удаления аммонийного азота может достигать 80–90%; однако при обработке щелочных промышленных сточных вод этот показатель может резко снизиться.

Органические загрязнения или отложения могут изменять поверхностный заряд мембраны и локальную гидродинамическую среду, потенциально создавая предпочтительные пути проникновения аммиачного азота.

На диффузионный массоперенос свободного аммиака существенно влияет температура; повышенные температуры усиливают его проникновение. И наоборот, изменения рабочего давления оказывают лишь ограниченное влияние на этот диффузионный механизм.

4. Конкурентное взаимодействие с другими загрязняющими веществами

Высокие концентрации катионов, таких как натрий и кальций, в воде конкурируют с ионами аммония за места электростатического отталкивания на поверхности мембраны, тем самым косвенно снижая скорость удержания ионов аммония. Кроме того, аммиачный азот может образовывать нейтральные комплексы с некоторыми органическими веществами, что еще больше увеличивает риск проникновения. В практической водоочистке для преодоления ограничений обратного осмоса (РО) обычно используются комбинированные процессы; например:

Регулирование pH на этапе предварительной обработки (подкисление для преобразования аммонийного азота в ионы аммония); включение процессов биологической нитрификации или продувки воздухом на этапе предварительной обработки; и интеграция на этапе последующей обработки с ионным обменом или хлорированием до точки прорыва.