چرا اسمز معکوس نمیتواند به طور مؤثر نیتروژن آمونیاکی را از آب حذف کند؟
در حالی که فناوری اسمز معکوس (Ro) اگرچه نرخ حذف بالایی برای آلایندههای یونی در آب نشان میدهد، اما اثربخشی آن در حذف نیتروژن آمونیاکی نسبتاً محدود است. این پدیده در درجه اول توسط عوامل زیر تعیین میشود:
۱. اشکال منحصر به فرد نیتروژن آمونیاکی در آب
نیتروژن آمونیاکی در آب به صورت یک شکل واحد و ایستا وجود ندارد؛ بلکه بسته به مقدار pH، در یک تعادل پویا بین «یونهای آمونیوم (NH₄⁺)» و «آمونیاک آزاد (NH₃)» وجود دارد.
در آبهای خنثی یا کمی اسیدی معمولی، نیتروژن آمونیاکی عمدتاً به صورت یونهای آمونیوم با بار مثبت وجود دارد؛ با این حال، با افزایش pH (به ویژه بالاتر از ۸)، نسبت آمونیاک آزاد به طور قابل توجهی افزایش مییابد. خواص فیزیکوشیمیایی متفاوت این دو شکل مستقیماً بر راندمان نگهداری آمونیاک تأثیر میگذارد. غشای رو.
۲. محدودیتها در مکانیسمهای نگهداری غشاهای RO
غشاهای RO در درجه اول مواد را از طریق دو مکانیسم جدا میکنند: حذف اندازه (غربال کردن منافذ) و انتشار محلول:
در عمل، بار سطحی غشا ممکن است به دلیل گرفتگی یا نوسانات pH کاهش یابد. علاوه بر این، شعاع هیدراته یون آمونیوم نسبتاً کوچک است (تقریباً 0.36 نانومتر) - که به آستانه اندازه منافذ غشا نزدیک میشود - و آن را مستعد نشت میکند.
آمونیاک آزاد از نظر الکتریکی خنثی است، اندازه مولکولی بسیار کوچکی دارد (تقریباً 0.26 نانومتر) و درجه خاصی از حلالیت در چربی را نشان میدهد؛ در نتیجه، به راحتی در ماده غشایی حل شده و از طریق آن پخش میشود و منجر به کاهش قابل توجه در میزان حذف آن میشود. دادههای تجربی نشان میدهد که وقتی pH از 9 بیشتر شود، میزان کلی حذف نیتروژن آمونیاکی ممکن است به زیر 50٪ کاهش یابد.
۳. تأثیر حیاتی شرایط عملیاتی
pH آب ورودی مستقیماً توزیع اشکال نیتروژن آمونیاکی را تعیین میکند. به عنوان مثال، در pH تقریباً 6، میزان حذف نیتروژن آمونیاکی میتواند به 80 تا 90 درصد برسد؛ با این حال، این میزان ممکن است هنگام تصفیه فاضلاب صنعتی قلیایی به شدت کاهش یابد.
رسوب یا رسوبگذاری آلی میتواند بار سطحی غشا و محیط هیدرودینامیکی محلی را تغییر دهد و به طور بالقوه مسیرهای ترجیحی ایجاد کند که از طریق آنها نیتروژن آمونیاک میتواند نفوذ کند.
انتقال جرم انتشاری آمونیاک آزاد به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما قرار دارد؛ دمای بالا نفوذ آن را تشدید میکند. برعکس، تغییرات فشار عملیاتی تنها تأثیر محدودی بر این مکانیسم مبتنی بر انتشار دارد.
۴. تعاملات رقابتی با سایر آلایندهها
غلظت بالای کاتیونها - مانند سدیم و کلسیم - در آب با یونهای آمونیوم برای مکانهای دافعه الکترواستاتیکی روی سطح غشا رقابت میکند و در نتیجه به طور غیرمستقیم میزان احتباس یونهای آمونیوم را کاهش میدهد. علاوه بر این، نیتروژن آمونیاکی ممکن است با برخی مواد آلی کمپلکسهای خنثی تشکیل دهد و خطر نفوذ را بیشتر افزایش دهد. در مهندسی عملی تصفیه آب، معمولاً از فرآیندهای ترکیبی برای رفع محدودیتهای اسمز معکوس (RO) استفاده میشود. به عنوان مثال:
تنظیم pH در بالادست (اسیدیسازی برای تبدیل نیتروژن آمونیاک به یونهای آمونیوم)؛ ادغام فرآیندهای نیتریفیکاسیون بیولوژیکی یا حذف هوا در طول پیشتصفیه؛ و ادغام در پاییندست با تبادل یونی یا کلرزنی نقطه شکست.