पानी दबाव में झिल्ली से बहता है, लेकिन लवण और कार्बनिक पदार्थ उसमें से नहीं गुजर पाते और झिल्ली की सतह पर फंस जाते हैं। झिल्ली की सतह पर विलेय "संचय" में थोक जल प्रवाह की तुलना में बहुत अधिक सांद्रता होती है; यह एकाग्रता ध्रुवीकरण है। इस सीमा परत के बनने से तंत्र पर व्यापक प्रभाव पड़ता है।
रिवर्स ऑस्मोसिस प्रणालियों में, झिल्ली की सतह पर विलेय सांद्रता और थोक जल प्रवाह में सांद्रता के अनुपात को सांद्रता ध्रुवीकरण कारक के रूप में परिभाषित किया गया है। इंजीनियरिंग अभ्यास में, आमतौर पर 1.2 से नीचे नियंत्रित किया जाता है। हालाँकि, एक बार जब फ़ीड चैनल अवरुद्ध हो जाता है या प्रवाह दर कम हो जाती है, तो यह आसानी से 1.4 या 1.5 तक बढ़ सकता है। इसका मतलब यह है कि झिल्ली की सतह पर नमक की सघनता हमारे द्वारा मापे गए सांद्रण की नमक सांद्रता से 40%-50% अधिक है।
उदाहरण के लिए, सामान्य खारे पानी में, जब थोक सांद्रित नमक सांद्रता 5000 मिलीग्राम/लीटर होती है, तो झिल्ली सतह पर स्थानीय सांद्रता 7000-7500 मिलीग्राम/लीटर तक पहुंच सकती है। आसमाटिक दबाव सीधे लवणता के समानुपाती होता है - लवणता में प्रत्येक 1000 मिलीग्राम/लीटर की वृद्धि के लिए, आसमाटिक दबाव लगभग 0.07 एमपीए (0.7 बार) बढ़ जाता है।
सतह की सांद्रता में 2500 मिलीग्राम/लीटर की वृद्धि के परिणामस्वरूप आसमाटिक दबाव में लगभग 0.18 एमपीए (1.8 बार) अतिरिक्त होता है। 1.0-1.2 एमपीए पर काम करने वाली खारे पानी की झिल्ली प्रणालियों के लिए, इसका मतलब है कि शुद्ध ड्राइविंग दबाव का 15% -18% एकाग्रता ध्रुवीकरण द्वारा अवशोषित होता है।
पर्मिट प्रवाह दर और अलवणीकरण दर की मात्रा:
झिल्ली निर्माता तकनीकी मैनुअल (उदाहरण के रूप में ड्यूपॉन्ट फिल्मटेक श्रृंखला का उपयोग करके) के अनुसार, फ़ीड प्रवाह दर में 15% की कमी और 1.2 से 1.4 तक की वृद्धि के साथ, निरंतर दबाव मोड में सिस्टम पर्मिट प्रवाह दर में 12% -18% की कमी आएगी। यह झिल्ली के खराब होने के कारण नहीं है, बल्कि प्रभावी प्रेरक शक्ति के ऑफसेट होने के कारण है।
अलवणीकरण दर के संबंध में, प्रत्येक 0.1 वृद्धि के लिए, NaCl पारगम्यता लगभग 20% -30% बढ़ जाती है। जब सामान्य खारे पानी की झिल्ली की विलवणीकरण दर 99.5% होती है, तो पारगम्य चालकता लगभग 10-15 µS/सेमी होती है।
जब सांद्रण ध्रुवीकरण गंभीर होता है, तो पारगम्य चालकता 30{2}}50 µS/सेमी तक बढ़ सकती है। मिश्रित बिस्तर के साथ एकल-चरण रिवर्स ऑस्मोसिस प्रणाली के लिए, इसका मतलब यह हो सकता है कि मिश्रित बिस्तर पुनर्जनन चक्र 72 घंटे से 24 घंटे से भी कम हो जाता है, जिससे एसिड और क्षार की खपत दोगुनी हो जाती है।
स्केल जोखिम:
कैल्शियम कार्बोनेट का लैंगरिल संतृप्ति सूचकांक (एलएसआई) आमतौर पर 1.8 (स्केल अवरोधकों के साथ) से नीचे डिज़ाइन किया गया है। सांद्रण ध्रुवीकरण से झिल्ली की सतह पर सांद्रण बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वास्तविक एलएसआई मान थोक जल प्रवाह से 0.5-1.0 अधिक हो जाता है।
अपशिष्ट जल के पुन: उपयोग परियोजना में, थोक सांद्रण एलएसआई 1.6 था। डिज़ाइन के अनुसार स्केल इनहिबिटर जोड़ना सुरक्षित होना चाहिए था, लेकिन ऑपरेशन के दौरान, टर्मिनल झिल्ली तत्व पर दबाव अंतर तीन महीने के भीतर 10 पीएसआई से 25 पीएसआई तक बढ़ गया। विच्छेदन से झिल्ली की सतह पर कैल्शियम कार्बोनेट क्रिस्टल का पता चला, जिसकी मापी गई सतह एलएसआई 2.4-2.7 तक थी, जो सीमा परत सांद्रता निर्माण का प्रत्यक्ष परिणाम है।
सल्फ़ेट स्केल और भी अधिक संवेदनशील है. कैल्शियम सल्फेट का घुलनशीलता उत्पाद (Ksp) लगभग 2.4 × 10⁻⁵ (25 डिग्री) है। जब सांद्रता ध्रुवीकरण कारक 1.4 होता है, तो सतह आयन उत्पाद आसानी से केएसपी से 1.2-1.5 गुना अधिक हो सकता है, जिससे क्रिस्टल का निर्माण होता है। एक बार जब क्रिस्टल अवक्षेपित हो जाते हैं, तो रासायनिक सफाई के लिए अक्सर 6-8 घंटे या उससे अधिक समय तक परिसंचरण की आवश्यकता होती है, और एक ही सफाई स्थायी रूप से अलवणीकरण दर को 0.5% -1% तक कम कर सकती है।
परिचालन मापदंडों के लिए नियंत्रण मानक:
झिल्ली तत्व डिज़ाइन दिशानिर्देशों में, अंतिम संकेंद्रित प्रवाह दर मुख्य नियंत्रण संकेतक है। 8-इंच झिल्ली तत्वों के लिए, प्रति इकाई सांद्रण प्रवाह दर आमतौर पर 3.6 m³/h से कम नहीं होती है।
जब प्रवाह दर 3.0 m³/h से कम हो जाती है, तो झिल्ली सतह कतरनी बल लगभग 250-300 s⁻¹ से घटकर लगभग 150 s⁻¹ हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सीमा परत की मोटाई में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
वास्तविक माप डेटा से पता चलता है कि इस बिंदु पर, मान सामान्य 1.15-1.2 से बढ़कर 1.35 से अधिक हो सकता है, और सिस्टम अलवणीकरण दर 1-2 सप्ताह के भीतर एक उल्लेखनीय कमी दिखाएगी।
पुनर्प्राप्ति दर और एकाग्रता ध्रुवीकरण:
एकल चरण रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम के लिए, पुनर्प्राप्ति दर को 50% से बढ़ाकर 75% करने से अंतिम झिल्ली तत्व का मूल्य लगभग 0.1-0.15 बढ़ जाता है। यही कारण है कि सिस्टम आमतौर पर दो या तीन चरणों के साथ डिज़ाइन किए जाते हैं, प्रत्येक चरण की पुनर्प्राप्ति दर 40% -50% पर नियंत्रित होती है। किसी एक चरण की पुनर्प्राप्ति दर को कम करने के बजाय अधिक चरणों को जोड़ने से समग्र पुनर्प्राप्ति दर में वृद्धि होती है।
कई परिचालन दुर्घटनाएँ होती हैं, क्योंकि "अधिक पानी का उत्पादन" के विचार के तहत, पुनर्प्राप्ति दर 75% से बढ़ाकर 80% कर दी जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अंतिम मूल्य 1.5 से अधिक हो जाता है, जिससे एक महीने के भीतर स्केलिंग अलार्म हो जाता है।