Polarizzazione per Concentrazione in Osmosi Inversa: Sfide e Soluzioni

A causa dell'aumento della domanda globale di acqua e della sua diminuente offerta, il trattamento delle fonti d'acqua esistenti mediante osmosi inversa sta diventando sempre più popolare. L'osmosi inversa è un'applicazione nell'addolcimento dell'acqua, disinfezione, desalinizzazione e rimozione di inquinanti inorganici. La prestazione della membrana permeabile, durante l'osmosi inversa, è dettata dalla sua capacità di respingere i soluti, altrimenti nota come polarizzazione per concentrazione.

Modelli di Osmosi Inversa

Attualmente esistono tre tipi di modelli di osmosi inversa. Il modello di termodinamica irreversibile assume che la membrana sia vicina all'equilibrio e descrive i flussi mediante relazioni fenomenologiche. Il modello di membrana omogenea assume che la membrana polimerica sia non porosa e il trasporto attraverso la membrana avvenga per diffusione. Nel modello poroso, il trasporto avviene sia per diffusione che per convezione attraverso i pori che si estendono attraverso l'intera membrana.

Polarizzazione per Concentrazione

L'accumulo di soluti che non riescono ad attraversare la superficie della membrana è chiamato polarizzazione per concentrazione. Di conseguenza, un lato della parete della membrana ha una concentrazione di soluti più alta dell'altro lato. La polarizzazione per concentrazione è influenzata sia dalle proprietà della membrana e del soluto, che dai campi di flusso trasversale e assiale. La polarizzazione per concentrazione ha un effetto sostanziale sulla prestazione complessiva del processo di osmosi inversa ed è usata per prevedere la formazione di incrostazioni superficiali.

Difficoltà di Modellazione

La polarizzazione per concentrazione ha un impatto negativo sulla modellazione dell'osmosi inversa in quanto aumenta la difficoltà nel calcolare la concentrazione di soluto alla parete, che è richiesta per il design del modello. Il gradiente di concentrazione aumentato attraverso la membrana aumenta il flusso di soluto attraverso la membrana. La polarizzazione per concentrazione altera anche le proprietà di separazione della membrana.

Altri Svantaggi

Una volta superato il limite di solubilità, la polarizzazione per concentrazione causa la precipitazione del soluto, che porta sia a incrostazioni da particelle che a formazione di incrostazioni superficiali. Inoltre, la pressione osmotica aumentata alla parete della membrana abbassa il flusso d'acqua. Sia l'incrostazione che la riduzione del flusso d'acqua sono potenziate dall'accumulo di materiale nell'alimentazione, bloccando la superficie della membrana.