Mengapa Osmosis Songsang Tidak Dapat Menyingkirkan Nitrogen Ammonia daripada Air Secara Berkesan?
Sementara itu Osmosis Songsang Teknologi (RO) menunjukkan kadar penyingkiran bahan cemar ionik yang tinggi dalam air, keberkesanannya dalam penyingkiran nitrogen ammonia agak terhad. Fenomena ini ditentukan terutamanya oleh faktor-faktor berikut:
1. Bentuk Unik Nitrogen Ammonia dalam Air
Nitrogen ammonia tidak wujud dalam air sebagai entiti statik tunggal; sebaliknya, ia mengekalkan keseimbangan dinamik antara "ion ammonium (NH₄⁺)" dan "ammonia bebas (NH₃)," bergantung pada nilai pH.
Dalam badan air neutral atau sedikit berasid yang biasa, nitrogen ammonia wujud terutamanya dalam bentuk ion ammonium bercas positif; walau bagaimanapun, apabila pH meningkat (terutamanya melebihi 8), perkadaran ammonia bebas meningkat dengan ketara. Sifat fizikokimia yang berbeza bagi kedua-dua bentuk ini secara langsung mempengaruhi kecekapan pengekalan Membran Ro.
2. Had dalam Mekanisme Pengekalan Membran RO
Membran RO terutamanya mengasingkan bahan melalui dua mekanisme: pengecualian saiz (penyaringan) dan resapan larutan:
Dalam operasi praktikal, cas permukaan membran mungkin dilemahkan disebabkan oleh pengotoran atau turun naik pH. Tambahan pula, jejari terhidrat ion ammonium adalah agak kecil (kira-kira 0.36 nm)—menghampiri ambang saiz liang membran—menjadikannya mudah bocor.
Ammonia bebas adalah neutral elektrik dan mempunyai saiz molekul yang sangat kecil (kira-kira 0.26 nm). Ia juga mempamerkan tahap lipofilisiti tertentu, membolehkannya mudah larut dan meresap melalui bahan membran, mengakibatkan penurunan ketara dalam kadar penyingkirannya. Data eksperimen menunjukkan bahawa apabila pH melebihi 9, kadar penyingkiran keseluruhan untuk nitrogen ammonia mungkin menurun di bawah 50%.
3. Pengaruh Kritikal Keadaan Operasi
pH air suapan secara langsung menentukan taburan bentuk nitrogen ammonia. Contohnya, pada pH kira-kira 6, kadar penyingkiran nitrogen ammonia boleh mencapai 80–90%; walau bagaimanapun, kadar ini mungkin menurun apabila merawat air sisa industri beralkali.
Pengotoran atau penskalaan organik boleh mengubah cas permukaan membran dan persekitaran hidrodinamik tempatan, yang berpotensi mewujudkan laluan keutamaan di mana nitrogen ammonia boleh meresap.
Pemindahan jisim difusi ammonia bebas dipengaruhi dengan ketara oleh suhu; suhu yang tinggi cenderung memburukkan lagi penembusan membran. Sebaliknya, variasi tekanan operasi hanya mempunyai kesan yang terhad terhadap mekanisme penyingkiran berasaskan difusi.
4. Interaksi Kompetitif dengan Bahan Pencemar Lain
Kepekatan kation yang tinggi—seperti natrium dan kalsium—yang terdapat di dalam air boleh bersaing dengan ion ammonium untuk tapak tolakan elektrostatik pada permukaan membran, sekali gus secara tidak langsung mengurangkan kadar pengekalan ion ammonium. Selain itu, nitrogen ammonia boleh membentuk kompleks neutral dengan bahan organik tertentu, seterusnya meningkatkan risiko penembusan membran. Secara praktikalnya Rawatan Air Dalam kejuruteraan, proses gabungan biasanya digunakan untuk menangani batasan sistem RO. Contohnya termasuk:
Pelarasan pH huluan (pengasidan untuk menukar nitrogen ammonia kepada ion ammonium); penggabungan proses nitrifikasi biologi atau pelucutan udara semasa prarawatan; dan penyepaduan hiliran dengan pertukaran ion atau pengklorinan titik putus.