Mengapa Osmosis Songsang Tidak Dapat Menyingkirkan Nitrogen Ammonia daripada Air Secara Berkesan?

Sementara itu Teknologi Osmosis Songsang (Ro) menunjukkan kadar penyingkiran yang tinggi untuk bahan cemar ionik 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 bentuk statik tunggal; sebaliknya, ia wujud dalam 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 terutamanya wujud sebagai 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 memberi kesan kepada kecekapan pengekalan Membran Ro.

2. Had dalam Mekanisme Pengekalan Membran RO

Membran RO terutamanya mengasingkan bahan melalui dua mekanisme: pengecualian saiz (penyaringan liang) 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, mempunyai saiz molekul yang sangat kecil (kira-kira 0.26 nm), dan mempamerkan tahap keterlarutan lipid tertentu; akibatnya, ia mudah larut dan meresap melalui bahan membran, yang membawa kepada pengurangan 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 memburukkan lagi permeasinya. Sebaliknya, variasi tekanan operasi hanya mempunyai kesan yang terhad terhadap mekanisme berasaskan difusi ini.

4. Interaksi Kompetitif dengan Bahan Pencemar Lain

Kepekatan kation yang tinggi—seperti natrium dan kalsium—dalam air 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 resapan. Dalam kejuruteraan rawatan air praktikal, proses gabungan biasanya digunakan untuk menangani batasan Osmosis Songsang (RO); contohnya:

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.