Reverzna osmoza (RO) je danes ena najpomembnejših tehnologij za čiščenje vode. Z natančnostjo filtracije na ravni 0,0001 μm se pogosto uporablja pri razsoljevanju morske vode, ponovni uporabi industrijske odpadne vode in proizvodnji visoko{2}}čiste vode. Vendar pa so RO membrane zelo dovzetne za obraščanje med delovanjem, zlasti zaradi anorganskih lusk (npr. CaCO₃ in CaSO₄), ki zmanjšajo pretok vode, povečajo transmembranski tlak (TMP) in pospešijo staranje membrane. Običajne strategije ublažitve se opirajo na sredstva proti nabiranju kamna in kislinsko/bazično čiščenje. Čeprav so te metode učinkovite, povečujejo stroške kemikalij, ustvarjajo tveganje za sekundarno onesnaženje in lahko pustijo, da se obraščanje le delno odstrani, medtem ko povzročijo poškodbe membrane. Posledično so postali nekamični, nizkoenergijski-pristopi za nadzor umazanije in čiščenje prednostna naloga industrije.
Zračni mikromehurčki (MB) s premeri v območju mikrometrov prinašajo nove možnosti za RO sisteme. Njihove površine so naelektrene, njihovo zlom pa spremljajo mikro-curki in lokalizirana turbulenca. Te edinstvene lastnosti omogočajo MB-jem, da igrajo okrepitveno vlogo pri zaviranju obraščanja in čiščenju membrane.
Kar zadeva inhibicijo obraščanja, MB zagotavljajo več učinkov:
- Elektrostatični učinek– Površine MB nosijo negativne naboje, ki privlačijo pozitivno nabite ione in molekule v raztopini, s čimer preprečujejo, da bi se odlagali neposredno na površino membrane.
- Interferenca nukleacije– MB delujejo kot alternativna mesta nukleacije, ki spodbujajo rast kristalov soli v raztopini v razsutem stanju namesto na površini membrane, kar učinkovito preusmeri skaliranje stran od vmesnika.
- Turbulentna motnja– Gibanje in sesedanje MB zmoti koncentracijsko polarizacijsko plast, kar zmanjša kopičenje topljenca v bližini membrane.
Eksperimentalni dokazi so jasni: v pogojih s CaCO₃ in CaSO4 je neprekinjeno štiridnevno vbrizgavanje MB povečalo zadrževanje toka s 55–63 % na 83–86 %. Presenetljivo je, da učinkovitost ni le presegla kontrolno skupino, ampak tudi presegla učinkovitost komercialnih sredstev proti vodnemu kamnu, kar je pokazalo, da lahko MB delujejo kot zelena metoda nadzora skaliranja brez -kemije.
Za čiščenje imajo MB-ji enako velik potencial.Za razliko od tradicionalnega kemičnega čiščenja se MB zanašajo na fizične motnje:
- Brownovo gibanje– MB se naključno premikajo v raztopini, motijo koncentracijsko polarizacijsko plast in povečujejo transport topljenca.
- Površinska adsorpcija– S svojo veliko specifično površino MB adsorbirajo površinsko aktivne snovi in druge aktivne molekule, spreminjajo omočljivost membrane in površinsko napetost, zaradi česar se sloji obraščanja lažje ločijo.
- Medfazni kolaps– Sesedanje mehurčkov sprošča lokalne izbruhe energije, ki fizično odstranjujejo umazanije.
Poskusi čiščenja in situ so pokazali, da lahko MB obnovijo pretok membrane RO na 100 %, hkrati pa povečajo zavrnitev topljenca za 0,8 %. V primerjavi s kislim ali alkalnim čiščenjem je čiščenje s pomočjo MB-blažje, zmanjša kemično korozijo membrane in zmanjša kemični izpust.
Pogoji delovanja so kritični za delovanje MB.Pri nižjih temperaturah in tlakih MB preživijo dlje in delujejo učinkoviteje; ustrezne stopnje pretoka zraka pomagajo povečati gostoto mehurčkov na mejni plasti membrane, kar poveča turbulenco. Nasprotno pa se pri višjih temperaturah in tlakih mehurčki sesedejo hitreje, kar zmanjša njihovo učinkovitost. Zato optimalna industrijska uporaba MB-jev zahteva integracijo z optimizacijo procesnih parametrov.
Če pogledamo naprej, se pojavlja več trendov.Ker se industrija čiščenja vode usmerja k okolju prijaznejšim in-postopkom z manjšo porabo kemikalij, se bodo MB verjetno uporabljali v kombinaciji z običajnimi sredstvi proti vodnemu kamnu ali inteligentnimi nadzornimi sistemi. Z nizkim-odmerjanjem kemičnih odmerkov in MB bi lahko dosegli učinkovit nadzor obraščanja z nižjimi stroški, medtem ko bi-spremljanje pretoka in TMP v realnem času lahko omogočilo prilagodljive strategije vbrizgavanja MB za natančno preprečevanje. Dolgoročne -raziskave so potrebne tudi za oceno, ali lahko prosti radikali, ki nastanejo med sesedanjem mehurčkov, vplivajo na stabilnost materiala membrane.
Če povzamemo, MB-ji izboljšajo RO zmogljivost z zaviranjem obraščanja z elektrostatično adsorpcijo, nukleacijskimi motnjami in turbulenco, hkrati pa krepijo čiščenje z Brownovim gibanjem, adsorpcijo in sesedanjem površine. Ne le stabilizirajo tok in TMP, ampak tudi zmanjšajo odvisnost od kemičnih sredstev, s čimer ponujajo bolj okolju prijazno in stroškovno{1}}učinkovitejšo možnost za RO obratovanje. Z nadaljnjimi raziskavami in dozorevanjem opreme bodo MB-ji pripravljeni postati ključna tehnologija za zaviranje umazanije in čiščenje v RO membranah, s čimer bodo pospešili industrijo čiščenja vode k višji učinkovitosti, manjši porabi energije in večji trajnosti.
