Кері осмос жүйесіңізде 0,0001 микрондық мембрана микропластикалық заттардың жойылуын қалай қамтамасыз етеді?

Микропластикалық ластану — 21 ғасырдың ең өткір экологиялық және денсаулықтағы проблемаларының бірі болып табылады, өйткені бұл микроскопиялық бөлшектер дүниежүзінде су қорларына енеді. Өнеркәсіптік кәсіпорындар, коммуналдық су тазарту қондырғылары мен коммерциялық қызмет көрсету орындары тиімді шешімдер іздейтін кезде, микропластикалық ластануды жою үшін жетілдірілген сүзгілеу технологиясының дәл механизмін түсіну өте маңызды болып табылады. Қазіргі заманғы кері осмос жүйелеріне интеграцияланған 0,0001 микрондық мембраналық технология су тазартудағы жаңалық болып табылады және нанометрден бірнеше жүз микрометрге дейінгі микропластикалық бөлшектерді нақты тақырып ретінде қамтитын молекулалық деңгейдегі сүзгілеуді ұсынады.

0,0001 микрондық мембраналардың микропластикаларды алып тастауына әкелетін механизм көлемдік бөлу, беттік зарядтық әсерлесу және гидродинамикалық кедергі негізгі принциптеріне сүйенеді. Тек физикалық сұрыптауға негізделген дәстүрлі сүзгілеу әдістерінен айырмашылығы, бұл ультра-жіңішке мембраналық технология молекулалық деңгейде жартылай өткізгіштік барьер құрады, ол тесік диаметрінен үлкен бөлшектерді жүйелі түрде тоқтатады, ал су молекулалары мен таңдалған иондар өтіп кетуге мүмкіндік береді. Бұл мақала толық сүзгілеу механизмін түсіндіреді, мембрананың құрылымының көптеген реттік жолдарды қалай құратынын қарастырады, микропластикалық сипаттамалар мен алып тастау тиімділігі арасындағы байланысты зерттейді және судың тазалығы шартты емес болатын өнеркәсіптік қолданыстар үшін жүйенің жұмыс істеуін оптималдауға арналған практикалық нұсқауларды ұсынады.

0,0001-микрондық мембраналық сүзгілеудің физикалық механизімі

Мембраналық тесіктердің құрылымын және көлемдік бөлу принциптерін түсіну

Жетілдірілген кері осмос жүйелерінде қолданылатын 0,0001 микрондық мембрана абсолюттік өлшем бойынша бөлу принципіне негізделген дәл есептелген поралық құрылымға ие. Бұл мембрананың сипаттамасы 0,1 нанометрге немесе бір ангстремге тең болып табылады және бұл – бөлшектер мен молекулалардың тиімді тежелу порогын көрсетеді. Мембрананың құрылымы бірнеше қабаттан тұрады: 0,0001 микрондық поралық бағалауы бар жұқа полимидті белсенді қабат, микропоралық полисульфондық қолдау қабаты және механикалық беріктік беретін тоқылмаған полиэфирлі артқы қабат. Әдетте 0,2 микрометр қалыңдықтағы белсенді қабатта сұзгыштың өнімділігін анықтайтын тығыз орналасқан поралар орналасқан.

Микропластика, диаметрі 1 нанометрден 5 миллиметрге дейін болатын, осы мембраналық құрылымға кезігеді. Су қорында өлшенген микропластика бөлшектерінің көпшілігі 1 микрометрден 100 микрометрге дейінгі аралықта болады, сондықтан олар мембрананың пораларының ашылу өлшемінен едәуір үлкен. Лайланған су гидравликалық қысым әсерінен мембрана бетіне жақындасқан кезде микропластика бөлшектері өз физикалық өлшемдері салдарынан микроскопиялық поралар арқылы өте алмайды. Бұл өлшемге негізделген реттеу механизмі химиялық әсер немесе электрлік зарядқа тәуелсіз, сондықтан су химиясының әртүрлі шарттарында тұрақты әсер етуін қамтамасыз етеді.

Бұл сүзгілеу әдісінің тиімділігі мембрананың молекулалық електік әсер туғызу қабілетінен туындайды. Су молекулалары, кинетикалық диаметрі шамамен 0,28 нанометр болғандықтан, диффузиялық жолдар арқылы мембрана құрылымы арқылы өте алады, ал микропластикалық бөлшектер — тіпті 10–100 нанометрлік нанопластикалық масштабтағылар да — жеңіліп алынбайтын кеңістіктік шектеулерге ұшырайды. Бұл обратный осмос системы 150–400 фунт/квадрат инч (psi) арасындағы жұмыс қысымын құрады, су молекулаларын мембрана арқылы итеріп жібереді, ал реттелмеген микропластикалық бөлшектерді кіріс жағында концентрлейді.

Гидродинамикалық ағыс сипаттары мен бөлшек реттелуінің динамикасы

Микропластикалық бөлшектердің алынуының тиімділігіне мембраналық сүзгілеу арқылы құрылатын гидродинамикалық орта тек қарапайым өлшемдік бөлумен шектелмейді. Су көлденең ағыс конфигурациясында мембрана беті бойымен жанасып ағқан кезде микропластикалық бөлшектердің мембрана бетіне шөгуі мен жиналуын болдырмауға бағытталған ығысу күштері пайда болады. Өнеркәсіптік кері осмос жүйелерінде әдетте 0,1–0,5 метр/секунд аралығында сақталатын көлденең ағыс жылдамдығы қабылданған бөлшектердің тұнба қабатын түзбей, концентрат ағысында еркін тұруына әкелетін шекаралық қабатты қалыптастырады.

Микропластикалық бөлшектер мен мембрана бетінің әрекеттесуі күрделі сұйықтық динамикасын қамтиды. Мембранаға жақындайтын бөлшектер permeат ағысының тарту күшіне ұшырайды, бұл күш оларды бетке қарай тартуға тырысады; бірақ осы күшті кросс-ағыс күштері теңестіреді, олар бөлшектерді мембрана бойымен ығытады. Көлемі үлкен микропластикалық бөлшектер бетінің ауданы артуына байланысты кросс-ағыс күшінің әсерін күшейтіп, концентрат ағысында оңай ығытылады. Кішірек бөлшектер, әсіресе нанопластикалық диапазондағылар, Броун қозғалысын көрсетеді, оларды мембрана бетіне жақындатуы мүмкін; бірақ 0,0001 микрондық кеңістік кедергісі өтуді әлі де болдырмайды.

Мембрананың гидравликалық кедергісі қосымша ретенция механизмдерін туғызады. Кері осмос жүйесі жұмыс істеген кезде мембрана арқылы қысым айырымы су молекулаларының мембрананың өткізгіштігіне байланысты жылдамдықпен өтуіне әкелетін конвективті ағыс үлгісін қалыптастырады. Микропластикалық бөлшектер мембрана құрылымына сіңе алмай, уақытша концентрациялық поляризация қабатында жиналады — бұл мембрана бетіне тікелей іргелес орналасқан, еріген заттардың концентрациясы жоғары аймақ. Жүйенің концентратты шығаруы бұл қабатты үздіксіз алып кетеді, ретенцияланған микропластикалық бөлшектерді тасымалдайды және мембрананың жұмыс істеу сапасын сақтайды.

Микропластика сипаттамалары мен мембранамен әрекеттесу механизмдері

Ретенциялық тиімділікке әсер ететін физикалық қасиеттер

Микропластикалық бөлшектердің мембраналық сүзгілеу кезіндегі әрекетін анықтайтын әртүрлі физикалық сипаттамалары бар. Бөлшектердің өлшемінің таралуы — бұл реттелу тиімділігін анықтайтын негізгі фактор, онда ірі бөлшектер толығымен ұсталады, ал кішірек нанопластикалық бөлшектерге қарағанда әрекеттесу динамикасы күрделірек болады. Зерттеулерге сүйенсек, су қорындағы микропластикалық бөлшектердің көпшілігі 5–500 микрометр аралығында болады, ал екіншілік популяциялар 100 нанометрден 1 микрометрге дейінгі диапазонда орналасады. 0,0001 микрондық мембрана сипаттамасы ең кіші анықталған микропластикалық бөлшектер — яғни 50 нанометрге жақын бөлшектер — өз диаметрінен шамамен 500 есе кіші тесік ашылуы арқылы абсолюттік физикалық кедергіге ұшырайтынын қамтамасыз етеді.

Бөлшектердің пішіні сүзгіштік әрекетіне маңызды әсер етеді. Жеке гигиена өнімдері мен өнеркәсіптік абразивтерден келетін сфералық микропластикалық шариктер біркелкі геометриялық профильдерге ие болғандықтан, болжанатын тежелу әрекетін қамтамасыз етеді. Мәтіл көздерінен алынған талшықты микропластикалар диаметрі 10–20 микрометр болса да, ұзындығы бірнеше миллиметрге дейін жетуі мүмкін; олар сүзгіштік қабаттардың бетіне параллель орналасуы мүмкін, нәтижесінде беттік контакт аймағы артуы мүмкін. Пластикалық пакеттер мен қойма материалдарының ыдырауынан пайда болған плёнкалық үлкен бөліктері айнымалы қалыңдық профилі бар ретсіз геометрияға ие болады. Кері осмос жүйесі бұл барлық морфологияларды толық тежейді, себебі осындай бөлшектердің ең жіңішке өлшемі де сүзгіштік қабаттың тесік диаметрінен реттермен асып түреді.

Микропластика тығыздығы мембраналық сүзгілеудің гидродинамикалық ортасында бөлшектердің әрекетіне әсер етеді. Кең таралған пластик полимерлерінің тығыздығы полиэтилен үшін 0,90 грамм/кубикалық сантиметрден полиэтилен терефталаты үшін 1,38 грамм/кубикалық сантиметрге дейін өзгереді. Су тығыздығынан төмен тығыздыққа ие бөлшектер тыныш шарттарда бетке көтерілуге ұмтылады, ал тығызырақ бөлшектер тұнады. Кері осмос жүйесінің қысымды ортасында бұл тығыздық айырымы азаяды, себебі бөлшектердің тасымалдануын гидравликалық күштер анықтайды. Көлденең ағыс жылдамдығы бөлшектердің тығыздығына қарамастан олардың барлығын суспензияда ұстайды, нәтижесінде мембраналық реттеу механизміне тұрақты әсер етеді.

Беттік химия және электростатикалық әсерлер

Микропластика бөлшектері мен кері осмос мембраналарының беттік химиясы микропластикалық бөлшектердің алынуын жақсартатын екіншілік әсерлесу механизмдерін тудырады. Көптеген микропластика бөлшектері табиғи әсерлерден, органикалық заттардың адсорбциялануынан және еріген иондармен әсерлесуінен беттік зарядтарға ие болады. Полиамидты кері осмос мембраналары сумен араласу қолданыстарында кеңінен таралған бейтарап pH мәндерінде әдетте теріс беттік зарядқа ие болады. Бұл электроқозғалыс қасиеті теріс зарядталған микропластика бөлшектері мембранаға жақындап келген кезде репульсивті күштерді туғызады, ол физикалық өлшем бойынша бөлу әсерінен басқа қосымша кедергі құрайды.

Гидрофобтық әсерлер микропластика-мембрана әрекеттесуіне қосымша әсер етеді. Көптеген микропластикалық полимерлер гидрофобтық беттік қасиеттерге ие болады, яғни олар су молекулаларымен емес, бейполюсті заттармен басымдықпен әрекеттеседі. Кері осмос мембраналары, әсіресе заманауи жұқа пленкалы композитті конструкцияларында, су молекулаларын тартатын және гидрофобтық ластандырғыштарды ығысатын салыстырмалы түрде гидрофильді белсенді қабаттар бар. Бұл микропластикалық бөлшектердің мембрана бетіне тұрақты түрде орналасуы үшін энергетикалық тұрғыдан қолайсыз шекара құрады және сүзгіштік қабілетін потенциалды түрде нашарлатуы мүмкін бөлшек шөгуінің ықтималдығын азайтады.

Табиғи органикалық заттар мен суда еріген заттардың болуы бұл беттік әсерлерді өзгертуі мүмкін. Органикалық қосылыстар микропластика бетіне адсорбциялануы мүмкін, олардың тиімді зарядын және гидрофобтылығын өзгертеді. Сол сияқты, органикалық заттардың адсорбциясы арқылы кептіргіштердің беті де шарттауға ұшырайды, олардың әсерлесу сипаттамасын өзгертеді. Жетілдірілген кері осмос жүйелері органикалық қосылыстарды басқару үшін белсендірілген көмір сүзгісі мен антискаланты дозалау сияқты алдын-ала өңдеу сатыларын қамтиды; бұл микропластикалық заттарды тұрақты түрде тежеу үшін кептіргіштердің беттік қасиеттерін оптималды күйде сақтайды және бөлу тиімділігін төмендетуі мүмкін кептіргіштердің ластануын болдырмауға көмектеседі.

Толық жүйе дизайнындағы көпқабатты алып тастау жолдары

Алдын-ала өңдеу сатылары мен бастапқы бөлшек алып тастау

Толық кері осмос жүйесі микропластикалың толық алынуын қамтамасыз ету үшін бір-біріне тізбектелген көптеген тазарту барьерлерін қамтиды. Сүзгілеу тізбегі әдетте 100–500 микрометрлік торлы сүзгілерді пайдаланатын груба сүзгілеумен басталады, олар ірі қиратылған заттарды, су ішіндегі тұнба заттарды және макроскопиялық пластик қиындыларын алып тастайды. Бұл алғашқы сүзгілер микропластикалық ластанудың ең ірі бөлігін алып тастап, кейінгі қондырғыларды қорғайды. Груба сүзгілеуден кейін антрацит, құм және гранат қабаттарын қолданатын көпкомпонентті сүзгілер механикалық сүзгілеу мен беттік адсорбция арқылы 10–20 микрометрлік бөлшектерді ұстайды.

Кері осмос мембраналарының дәл алдында орнатылған картриджтік алдын-ала сүзгілер 5 микрометр немесе 1 микрометрлік дәлдікпен сүзу қамтамасыз етеді. Бұл бір рет қолданылатын немесе тазартылатын картриджтер кері осмосқа дейінгі соңғы механикалық кедергі болып табылады және қоршаған ортаны ластаудың маңызды бөлігін құрайтын 1–20 микрометрлік микропластикалық бөлшектерді алып тастайды. Бұл кезеңдік тәсіл кері осмос жүйесіне түсетін бөлшек жүктемесін азайтады, сондықтан мембрананың қызмет ету мерзімі ұзақаяды және оның қалыпты тосу қабілеті сақталады. Көп деңгейлі кедергілердің дизайны микропластиканың аз ғана пайызы алдын-ала өңдеу кезеңдерінен өтсе де, 0,0001 микрометрлік мембрана абсолюттік ұстап қалу қабілетін қамтамасыз етеді.

Микропластикаға қарсы шараларда алдын-ала өңдеу химиясы қолдаушы рөл атқарады. Коагуляция мен флокуляция процестері қолданылған кезде микропластиканың кішігірім бөлшектерін басқа су ішіндегі тұнба заттарымен бірге топтастырып, тиімді бөлшек өлшемін арттырады және тұндыру мен сүзгілеу сатыларында олардың жоюын жақсартады. Алайда, кері осмос жүйесі микропластиканың токтатылуы үшін осы химиялық процестерге тәуелді емес, сондықтан алдыңғы өңдеу режиміндегі өзгерістерден тәуелсіз тұрақты жұмыс істеу қабілетін қамтамасыз етеді. Мембрананың өлшем бойынша бөлу механизмі химиялық өңдеуге тәуелсіз жұмыс істейді, сондықтан судың кіріс сипаттамалары өзгерген кезде де сенімді жою қамтамасыз етіледі.

Кейінгі өңдеуден кейінгі растау және сапаны қамтамасыз ету

Пермеаттың кері осмос мембранасынан шығып кеткеннен кейін, ол микропластикалық заттардың жойылуын растайтын соңғы өңдеу процесінен өтеді. Активтелген көмірден жасалған тазарту сүзгілері із қалдырған органикалық қосылыстарды жояды және соңғы физикалық кедергі ретінде қызмет етеді. Ультракүлгін (УК) дезинфекциялық жүйелері өңделген суды химиялық қоспалар енгізбей-ақ стерилизациялайды. Бұл соңғы өңдеу қадамдары микропластикалық заттармен әдетте кездеспейді, себебі мембрана оларды толығымен жойған болады, бірақ олар артықшылық қамтамасыз етеді және нақты қолданыстар үшін қажетті басқа су сапасы көрсеткіштерін де қамтиды.

Қазіргі заманғы кері осмос орнатуына интеграцияланған сапа бақылау жүйелері өңдеу нәтижелерін нақты уақытта тексеруге мүмкіндік береді. Пермеаттағы тұнба бөлшектердің концентрациясын өлшейтін тұмандылық өлшегіштер микропластикалық ластанудың алынуын жанама растайды, себебі бұл бөлшектер жалпы тұмандылыққа үлес қосады. Лазерлік жарық шашырату технологиясын қолданатын бөлшек санағыштар өңделген судағы бөлшектерді анықтап, өлшеп, алыну тиімділігін тікелей көрсетеді. Дұрыс жобаланып және пайдаланылған кезде кері осмос жүйелері әрқашан бөлшек саны детекциялау шегінен төмен пермеат өндіреді, бұл 0,0001 микрондық мембрананың микропластикалық ластануды тиімді жоятынын растайды.

Раман спектроскопиясы, Фурье түрлендіруінің инфрақызыл спектроскопиясы немесе пиролиз газдық хроматографиясы-масса-спектрометриясы сияқты жетілдірілген әдістерді қолданып, периодты зертханалық талдау арқылы қоректендіру мен біртектілік ағындарындағы микропластикалық бөлшектерді анықтауға және олардың мөлшерін анықтауға болады. Бұл талдау әдістері 1 микрометрден кіші бөлшектерді анықтай алады және полимерлердің түрлерін сипаттай алады, сонымен қатар кері осмос жүйесі полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиэтилен терефталаты және басқа да жиі кездесетін микропластикалық полимерлерді жоюын растайды. Өнеркәсіптік орнатулардан алынған ұзақ мерзімді бақылау деректері микропластикалық бөлшектердің барлық өлшемдік фракциялары үшін 99,9 пайылдан астам жою тиімділігін тұрақты көрсетеді, бұл 0,0001 микрометрлік мембраналық технологияның тиімділігін растайды.

Микропластикалық бөлшектерді жою көрсеткіштеріне әсер ететін жұмыс параметрлері

Жүйенің қысымы мен қайтарым коэффициентін оптимизациялау

Жұмыс істеу қысымы кері осмос жүйесінің жұмыс істеу сапасында маңызды параметр болып табылады, ол су ағынын (су өткізгіштігін) тікелей әсер етеді, сонымен қатар микропластикалық бөлшектердің сыртқа шығарылу динамикасына әсер етеді. Стандартты өнеркәсіптік жүйелер 150–400 фунт/квадрат дюйм (psi) қысымда жұмыс істейді; нақты қысым мәндері кіріс судың тұздылығына, қажетті су қайтарымының деңгейіне және жарғақшаның сипаттамаларына байланысты анықталады. Жоғары жұмыс істеу қысымы жарғақша арқылы судың ағынын көтереді, бірақ концентрациялық поляризация қабатын қысуды да тудыруы мүмкін, нәтижесінде микропластикалық бөлшектер жарғақша бетіне жақындап келуі мүмкін. Дегенмен, 0,0001 микрондық жарғақшаның абсолюттік өлшемдік бөлу механизмі жұмыс істеу қысымының барлық диапазонында микропластикалық бөлшектерді тұрақты түрде сыртқа шығаруды қамтамасыз етеді.

Қайтарым коэффициенті — бұл енгізілетін су ағынының сорылатын суға айналу пайызы болып табылады; ол концентрат ағынының сипаттамалары мен микропластикалық заттардың концентрациялану дәрежесіне әсер етеді. Өнеркәсіптік кері осмос жүйелері үшін типтік қайтарым коэффициенттері 50–85 пайыз аралығында болады, яғни мембрана арқылы өтпейтін микропластикалық бөлшектер шығыс ағынында 2–6,7 есе концентрацияланады. Жоғары қайтарым коэффициенттері су пайдалануының тиімділігін жақсартады, бірақ концентрат ағынының тұтқырлығын және бөлшектердің тығыздығын арттырады, ол өткел ағысы динамикасына әсер етуі мүмкін. Жүйе жобалаушылары микропластикалық заттардың жоғары және тұрақты алыну тиімділігін қамтамасыз ету үшін қайтарым коэффициентінің мақсатты көрсеткіштерін концентраттың таратылу талаптары мен мембрананың ластану қаупіне қатысты теңестіреді.

Кросс-потоктың жылдамдығы микропластикалық заттардың тұрақты тежелуі үшін қажетті гидродинамикалық шарттарды қамтамасыз етеді. 0,1 метр/секундтан төменгі жылдамдықтар мембрана бетіне бөлшектердің артық шөгуіне әкелуі мүмкін, ол нәтижесінде тиімді мембраналық аумақ азаяды және ұзақ мерзімді жұмыс істеу сапасы нашарлайды. 0,5 метр/секундтан жоғары жылдамдықтар сорғылауға кететін энергия шығынын көтереді, бірақ пропорционалды пайда бермейді. Кері осмос жүйесі оптималды кросс-потокты қамтамасыз ету үшін қоректендіру каналындағы аралық элементтердің геометриясын, қысымдық ыдыстың конфигурациясын және барлық мембраналық элементтер бойынша біркелкі шарттарды қамтамасыз ететін ағыс тарату коллекторларын қамтитын дәл гидравликалық жобалауды қолданады.

Температураның әсері және мембраналық қасиеттердегі өзгерістер

Су қорының температурасы су тұтқырлығы мен кері осмос мембранасының өткізгіштігіне әсер ету арқылы оның жұмыс істеу сапасына әсер етеді. Жоғары температурада су тұтқырлығы төмендейді, сондықтан тұрақты қысымда мембрана арқылы су ағыны артады. Температура сонымен қатар мембрана матрицасындағы полимер тізбегінің қозғалыс белсенділігіне де әсер етеді, бұл тиімді көлемдегі тесіктердің өлшемін шамалы өзгертеді. Дегенмен, бұл температураға байланысты өзгерістер микропластикалық бөлшектердің өлшемдерінен әлдеқайда кіші масштабта жүреді, сондықтан өнеркәсіптік қолданыста кездесетін 5–35 градус Цельсий аралығындағы типтік жұмыс температурасы кезінде бөлу тиімділігі өзгеріссіз қалады.

Мембрананың уақыт өте келе старениеге ұшырауы және химиялық заттарға әсер етуі ұзақ мерзімді жұмыс істеу кезінде тазарту сипаттамаларын өзгертуі мүмкін. Полиамидті мембраналар су құрамындағы көптеген заттарға қарсы өте жоғары химиялық төзімділік көрсетеді, бірақ тұрақты гидравликалық қысым әсерінен біртіндеп тығыздалуы немесе хлор сияқты тотықтырғыш заттарға ұшырағанда бұзылуы мүмкін. Су өткізу сапасының параметрлерін — мысалы, электр өткізгіштігін, тұмандылығын және бөлшек санын ретті түрде бақылау мембрананың бүтіндігіндегі өзгерістерді ерте анықтауға мүмкіндік береді. Химиялық тазарту протоколдары мен тотықтырғыш заттарды бейтараптандыру сияқты алдын-ала сақтану шаралары мембрананың 0,0001 микрондық көлемдегі поралы құрылымын оның белгіленген пайдалану мерзімі бойына (дұрыс жұмыс істейтін жүйелерде әдетте 3–7 жыл) сақтап қалуға көмектеседі.

Жүйені іске қосу мен тоқтату кезінде микропластикаларды тұрақты түрде жою үшін ұқыпты басқаруды қажет ететін өтпелі жағдайлар пайда болады. Іске қосу кезінде кері осмос жүйесі арқылы мембраналар ылғалданғанда, еріген газдар бөлінгенде және гидравликалық жағдайлар тұрақтанғанда қысқа теңестіру кезеңі өтеді. Қазіргі заманғы басқару жүйелері осы өтпелі кезеңдер кезінде сорылатын судың сапасындағы ауытқуларды азайту үшін басқарылатын қысымды бірте-бірте көтеру мен автоматтандырылған жуу ретін қолданады. Сол сияқты, тоқтату процедуралары концентратты мембраналық элементтерден шығару үшін төмен қысымда жуу кезеңін қамтиды, бұл тыныш кезеңде бөлшектердің шөгуін болдырмақшы болады. Бұл операциялық протоколдар микропластикаларды жою тиімділігін жүйенің барлық жұмыс кезеңдерінде тұрақты жоғары деңгейде ұстайды.

Өнеркәсіп салаларында қолданылуы және өнімділікті растау

Өнеркәсіптік су тазарту талаптары және микропластикаларға байланысты мәселелер

Өнеркәсіптік құрылыстар микропластикалық ластану процестерде жұмыс істеу немесе өнім сапасына қатер төндіретін су сапасы талаптарына барынша қатаң талаптар қояды. Фармацевтикалық өндіріс операциялары тазартылған су мен инъекцияға арналған судың Американың фармакопеялық стандарттарын қанағаттандыруын талап етеді; бұл талаптар микропластикалық қоспаларды толығымен жоюды жасырын түрде қажет етеді. Жартылай өткізгіштер мен интегралдық схемалар өндіретін электроникалық өндіріс құрылыстарына триллиондаған бөлікте есептелетін бөлшек концентрациясы бар ультратаза су қажет, сондықтан микропластикалық қоспаларды жою міндетті шарт болып табылады. Тамақ пен сусын өндірушілер компонент ретінде пайдаланылатын судың өнімнің қауіпсіздігі мен сапасын бұзуы мүмкін кез келген ластанушы заттарды (соның ішінде соңғы өнімдерде шоғырлануы мүмкін микропластикалық бөлшектерді) қамтымауын қамтамасыз етуі керек.

Кері осмос жүйелері арқылы микропластикалық заттардың толық кетуі электр энергиясын өндіру мен өнеркәсіптік бу жүйелеріндегі бу қазандарына су беру қолданыстарына пайдалы. Дәстүрлі түрде минералдық шаң тұзы мен коррозияға назар аударылса, микропластикалық бөлшектер жылу алмастырғыштар мен бу өндіретін жабдықтарда қосымша ластану қаупін туғызады. 0,0001 микрондық мембрана осы бөлшектерді еріген минералдармен қатар кетіреді, сондықтан қымбат бағалы жабдықтарды қорғайтын және жылулық тиімділікті сақтайтын дезминерализацияланған су алынады. Зиянды заттарсыз судың осындай талаптары бар химиялық өңдеу операцияларында кері осмос әдісі басты тазарту әдісі ретінде барынша көп көрсетілуде.

Тұрғындарға арналған су құбырын қамтамасыз ететін коммуналдық кәсіпорындар тұрғындарға арналған суды өндіру үшін жоғары деңгейдегі тазарту технологияларын зерттеп отыр, олар микропластикалық заттарды алып тастауды жаңадан пайда болған басты бағыт ретінде қарастырады. Ресми нормативтік стандарттар әзірге ішуге жарамды су үшін микропластикалық заттарға нақты шектеулер орнатпағанымен, кері осмос жүйелерін теңіз суын тұздықсыздандыру, жанама тұрғындарға арналған су қайта қолдану немесе жоғары деңгейдегі тазарту мақсатында қолданатын коммуналдық кәсіпорындар мембраналық кедергі арқылы микропластикалық заттарды толық алып тастайды. Бұл қабілет келешекте қабылданатын нормативтік талаптарға сай келетін, сондай-ақ патогендік микроорганизмдерді жою, дәрілік және жеке гигиена құралдарының қалдықтарын азайту, еріген қиратушы заттарды жойғанда су сапасына бірнеше пайдасын әкелетін тазарту технологиясын қамтамасыз етеді.

Салауатты жұмыс істеу көрсеткіштері мен алып тастауды растау бойынша зерттеулер

Кері осмос жүйелерінің жұмыс істеуі бойынша жүргізілген эмпирикалық зерттеулер бұл талдауда сипатталған теориялық микропластикалық заттардың алыну механизмдерін растайды. Теңіз суы мен тұзды су өңдейтін толық масштабты коммуналды кері осмос қондырғыларын зерттеген зерттеулер қоректендіру суында анықталған барлық өлшемдегі микропластикалық бөлшектердің 99,9 пайызынан астамын алып тастағанын тұрақты көрсетеді. Микроскопия, спектроскопия және хроматография әдістері арқылы пермеат үлгілерін талдаған кезде микропластикалық заттардың концентрациясы әдетте аналитикалық анықтау шегінен төмен болады, ол 0,0001 микрондық мембрананың бұл ластандырғыштарға абсолюттік кедергі болатынын растайды.

Микропластика концентрациясы әртүрлі беткі су және жер асты су көздерін тазартатын өнеркәсіптік орнатулар ұқсас нәтижелерге ие болады. Бір зерттеу өзен суын өңдейтін күнделікті өткізу қабілеті 500 кубикалық метр болатын кері осмос жүйесін зерттегенде, судың алғашқы концентрациясы литріне 12–47 микропластикалық бөлшек құрады, ал өткізгіш судағы концентрация әрқашан литріне 0,1 бөлшектен төмен болды — бұл қолданылған аналитикалық әдістің анықтау шегі. Басқа бір зерттеу әртүрлі су көздерін өңдейтін бірнеше өнеркәсіптік жүйелерді зерттегенде, полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол және полиэтилен терефталат сияқты әртүрлі полимерлер үшін 99,5 пайыздан астам алып тастау тиімділігі расталды.

Кері осмос жүйесінің жұмысын бірнеше жыл бойы бақылайтын ұзақ мерзімді бақылау бағдарламалары микропластиктің тазартылуының тұрақты тиімділігін көрсетеді. Үш пен бес жыл ішінде пайдаланылғаннан кейін қызметтен шығарылған мембраналардың аутопсиялық зерттеулері микропластик бөлшектерінің мембрана бетінде және алдын-ала сүзгіш картридждерінің ішінде ұсталғанын, бірақ бөлшектердің мембрана матрицасы арқылы өтуіне дәлел болатын ешқандай дерек жоғын көрсетеді. Бұл экспертизалық зерттеулер мембрананың қызмет ету өмірі бойынша өлшемдік бөлу механизмінің тиімді қалып отыратынын растайды, ол өнеркәсіптік және коммерциялық қолданыстағы тазартылған су қорын микропластикпен ластанудан сенімді қорғайды.

Жиі қойылатын сұрақтар

0,0001 микрондық кері осмос мембранасы қандай өлшемдегі микропластик бөлшектерін алып тастай алады?

0,0001 микрондық мембраналық сипаттамасы бар кері осмос жүйесі су қорларындағы микропластикалық бөлшектердің толық өлшемдік спектрін – 50–100 нанометрден бастап, бірнеше жүз микрометрге дейінгі фрагменттерге дейін – тиімді түрде алып тастайды. 0,0001 микрондық мембрана көлемі (яғни 0,1 нанометр) кез келген полимер түрі мен морфологиясына қарамай, микропластикалық бөлшектердің өтуіне толық физикалық кедергі тудырады. Себебі табиғи ортадағы сынамаларда анықталған ең кіші микропластикалық бөлшектер мембрана көлемінен шамамен 500 есе үлкен болғандықтан, бұл алып тастау механизмі барлық маңызды өлшемдік фракциялар бойынша толық сенімділікпен жұмыс істейді және өрісте қолданыста алып тастау тиімділігі тұрақты түрде 99,9 пайыздан асады.

Кері осмос мембранасы микропластикалық бөлшектерді алып тастау тиімділігін қалай сақтайды, егер ол уақыт өте келе өзгерсе?

Кері осмос жүйесіндегі микропластикалық заттарды алып тастау механизмі уақыт өте келе тозуы мүмкін беттік қасиеттерге немесе химиялық әсер етуге негізделмейді, олар мембрананың көптеген тесіктерінің құрылымымен анықталатын физикалық өлшемдік бөлу принципіне негізделген. Жүйе жобаланған параметрлер бойынша жұмыс істеп, сондай-ақ қажетті химиялық тазарту жүргізілген кезде полимерамидті белсенді қабат 3–7 жылға созылатын ресми қызмет көрсету мерзімі бойынша өзінің құрылымдық бүтіндігін сақтайды. Пермеаттың электр өткізгіштігін, тұмандылығын және бөлшек санын ретті түрде бақылау мембрананың бүтіндігіндегі өзгерістерді ерте анықтауға мүмкіндік береді, ал оксидтік заттардың деңгейін бақылау, шаң тұнбаға қарсы қорғау және периодты тазарту сияқты алдын алу шаралары 0,0001 микрондық тесік құрылымын сақтайды. Мембраналардың патологоанатомиялық зерттеулерінен алынған өндірістік деректер мембраналар дұрыс қызмет көрсетілген кезде олардың жұмыс істеу өмірі бойынша микропластикалық заттарды тұрақты түрде алып тастауды жалғастыратынын растайды; алып тастау тиімділігі ағыс қарқынының төмендеуі немесе басқа да жұмыс көрсету факторларына байланысты мембрананы ауыстыру қажет болғанға дейін 99,9 пайыздан жоғары деңгейде қалады.

Микропластика бөлшектері 0,0001 микроннан кіші болса, олар мембранадан өте ала ма?

0,0001 микроннан кіші бөлшектер — бұл 0,1 нанометрге тең, яғни молекулалық өлшемдер, ал микропластикалық бөлшектер емес. Микропластика немесе нанопластика ретінде жіктелетін ең кіші объектілер шамамен 50–100 нанометр болады, бұл мембрананың көзінің сипаттамасынан 500–1000 есе үлкен. 0,1 нанометр шамасына жақын өлшемдерде заттар жеке молекулалар немесе кіші молекулалық топтар түрінде болады, ал пластикалық полимерлер үшін мыңдаған немесе миллиондаған мономерлік бірліктерден тұратын тізбектер қажет. Сондықтан, пластикалық материалдардың химиялық құрылымы мен физикалық қасиеттерін сақтай отырып, ешқандай микропластикалық бөлшек 0,0001 микрондық мембрана көзінен кіші болуы мүмкін емес. Кері осмос мембранасы микропластикалық ластанудың барлығына абсолюттік кедергі болып табылады, ал су молекулалары (кинетикалық диаметрі шамамен 0,28 нанометр) мембрана матрицасындағы диффузиялық жолдар арқылы өтеді.

Суға қосылған микропластика концентрациясы оның алынуының тиімділігіне әсер ете ме?

Микропластикалық заттарды кері осмос жүйесі арқылы жою тиімділігі қоректендіру суының концентрациясына қарамастан тұрақты жоғары деңгейде қалады, себебі бұл механизм адсорбция немесе басқа сыйымдылығы шектеулі процестер арқылы емес, абсолюттік өлшем бойынша болатын тосқауылдау арқылы жұмыс істейді. Қоректендіру суында литріне 10 немесе литріне 1000 бөлшек болса да, 0,0001 микрондық мембрана осы бөлшектерді бірдей тиімді түрде тосады, себебі олар физикалық тұрғыдан өз өлшемдерінен бірнеше рет кішірек тесіктер арқылы өте алмайды. Алайда, микропластикалық заттардың жоғары концентрациясы алдын-ала сүзгілерді ауыстыру жиілігі, мембрананы тазарту аралығы және концентратты жою көлемі сияқты практикалық жұмыс көрсеткіштеріне әсер етеді. Көптеген ластанған су көздерін тазартатын жүйелер грубалық сүзгілеу мен картридждік сүзгілерді қоса алғандағы жақсартылған алдын-ала дайындықтан пайда нәтиже алады; бұл кері осмос мембраналарына түсетін бөлшек жүктемесін азайтады, тазарту циклдарын ұзартады және оптималды ағыс жылдамдығын сақтайды, ал мембрана кіріс суының концентрациясы қандай болса да микропластикалық заттарды толық жоя береді.