Zasada działania dozowania na każdym etapie działania odwróconej osmozy
Podczas procesu odwróconej osmozy, gdy nierozpuszczalna sól przekroczy granicę nasycenia, wytrąci się ze stężonej wody, utworzy kamień na powierzchni membrany, zmniejszy strumień membrany RO, zwiększy ciśnienie robocze i spadek ciśnienia, powodując, że produkt jakość wody ulegnie pogorszeniu. Zjawisko tworzenia się warstwy osadu na powierzchni membrany nazywane jest zarastaniem membrany, a skutkiem zanieczyszczania membrany jest pogorszenie wydajności systemu.
Niezbędne jest wstępne uzdatnienie wody surowej przed jej wejściem do systemu membran odwróconej osmozy w celu usunięcia zawieszonych ciał stałych, rozpuszczalnych substancji organicznych i nadmiaru nierozpuszczalnych składników soli, które mogą powodować zanieczyszczenie membrany odwróconej osmozy i zmniejszyć tendencję do zanieczyszczania membrany. Celem wstępnego uzdatniania wody dopływającej jest poprawa jakości wody dopływającej i zapewnienie niezawodnego działania membrany RO.
Efekt wstępnego uzdatniania wody surowej znajduje odzwierciedlenie w bezwzględnym obniżeniu wartości wskaźników jakości wody, takich jak TSS, TOC, ChZT, BZT, LSI oraz substancji zanieczyszczających, takich jak żelazo, mangan, aluminium, krzem, bar i stront.
Kolejnym ważnym wskaźnikiem jakości wody charakteryzującym tendencję do zanieczyszczania membran jest SDI. Oprócz ograniczenia powyższych wskaźników do zakresu wymaganego przez system membranowej odwróconej osmozy na wlocie wody poprzez obróbkę wstępną, ważne jest również maksymalne ograniczenie SDI. Idealna wartość SDI (15 minut) powinna być mniejsza niż 3.
W celu poprawy wydajności pracy systemu odwróconej osmozy, do wody wlotowej można dodać następujące środki: kwas, zasada, środek bakteriobójczy, inhibitor kamienia i środek dyspergujący.
Aby obniżyć pH, do wody wlotowej można dodać kwas solny i siarkowy. Kwas siarkowy jest tani, nie dymi i nie powoduje korozji otaczających elementów metalowych, a membrana ma większą szybkość usuwania jonów siarczanowych niż jonów chlorkowych, dlatego kwas siarkowy jest częściej stosowany niż kwas chlorowodorowy.
Do odwróconej osmozy nadaje się przemysłowy kwas siarkowy bez innych dodatków. Handlowy kwas siarkowy ma dwie specyfikacje stężeń: 20% i 93%. 93% kwas siarkowy jest również nazywany kwasem siarkowym 66 stopni Baume. Należy zachować ostrożność podczas rozcieńczania 93% kwasu siarkowego. Po rozcieńczeniu do 66% ciepło może podnieść temperaturę roztworu do 138 stopni. Kwas należy dodawać do wody powoli, mieszając, aby zapobiec miejscowemu ogrzaniu i wrzeniu wodnego roztworu.
Kwas solny stosuje się głównie wtedy, gdy prawdopodobne jest powstawanie kamienia na bazie siarczanu wapnia lub siarczanu strontu. Zastosowanie kwasu siarkowego zwiększa stężenie jonów siarczanowych w wodzie zasilającej RO, co bezpośrednio prowadzi do zwiększonej tendencji do tworzenia kamienia kotłowego siarczanu wapnia. Kwas solny klasy przemysłowej (bez dodatków) jest bardzo łatwy do zakupu, a dostępny w handlu kwas solny zazwyczaj zawiera 30-37%.
Podstawowym celem obniżania pH jest zmniejszenie tendencji do osadzania się węglanu wapnia w koncentracie RO, czyli zmniejszenie wskaźnika Langeliera (LSI). LSI to nasycenie węglanu wapnia słonawą wodą o niskim zasoleniu, wskazujące na możliwość tworzenia się kamienia lub korozji węglanu wapnia.
W przypadku chemii wody poddanej odwróconej osmozie, LSI jest ważnym wskaźnikiem pozwalającym określić, czy nastąpi osadzanie się węglanu wapnia. Gdy wartość LSI jest ujemna, woda powoduje korozję metalowych rur, ale nie tworzy się kamień z węglanu wapnia.
Jeśli wartość LSI jest dodatnia, woda nie jest żrąca, ale nastąpi osadzanie się węglanu wapnia. LSI to pH nasycenia węglanem wapnia minus rzeczywiste pH wody.
Rozpuszczalność węglanu wapnia maleje wraz ze wzrostem temperatury (tak powstaje kamień w czajnikach) oraz wraz ze wzrostem pH i stężenia jonów wapnia, czyli zasadowości.
Wartość LSI można obniżyć poprzez wstrzyknięcie kwasu (zwykle kwasu siarkowego lub kwasu solnego) do wody zasilającej RO, czyli obniżenie pH. Zalecana wartość LSI dla koncentratu RO wynosi {{0}},2 (co wskazuje na stężenie o 0,2 jednostki pH poniżej stężenia nasycenia węglanu wapnia). Polimerowe antyskalanty można również zastosować, aby zapobiec wytrącaniu się węglanu wapnia, a niektórzy dostawcy antyskalantów twierdzą, że ich produkty mogą osiągnąć LSI do +2,5 dla koncentratu RO (bardziej konserwatywny projekt to LSI wynoszący {{6} }.8).
W pierwotnej RO rzadko stosuje się alkalia, a alkalia są wtryskiwane do wody zasilającej RO w celu zwiększenia pH. Jedynym powszechnie stosowanym środkiem alkalicznym jest wodorotlenek sodu, który jest łatwo dostępny i łatwo rozpuszczalny w wodzie. Wodorotlenek sodu klasy przemysłowej bez innych dodatków może ogólnie zaspokoić potrzeby.
Komercyjny wodorotlenek sodu jest dostępny w postaci 100% płatków, 20% i 50% płynów. Dodając zasady w celu podniesienia pH, należy pamiętać, że wzrost pH zwiększy LSI i zmniejszy rozpuszczalność węglanu wapnia, żelaza i manganu.
Najpopularniejszym zastosowaniem dodawania alkaliów jest dwustopniowy system RO. W dwustopniowym systemie odwróconej osmozy woda z pierwotnej RO jest dostarczana do wtórnej RO jako woda surowa. Wtórna odwrócona osmoza „poleruje” wodę pochodzącą z pierwotnej odwróconej osmozy, a jakość wody z wtórnej odwróconej osmozy może osiągnąć 4 megaomy.
Istnieją cztery powody dodawania alkaliów do wtórnej wody zasilającej RO:
A. Powyżej pH 8,2 cały dwutlenek węgla przekształca się w jony węglanowe, które można usunąć poprzez odwróconą osmozę. Sam dwutlenek węgla jest gazem i będzie swobodnie przedostawał się do wody po RO wraz z permeatem, powodując nadmierne obciążenie późniejszej obróbki polerującej w złożu jonowymiennym.
B. Niektóre składniki TOC można łatwiej usunąć przy wysokim pH.
C. Rozpuszczalność i szybkość usuwania krzemionki są wyższe przy wysokim pH (szczególnie powyżej 9).
D. Szybkość usuwania boru jest również wyższa przy wysokim pH (szczególnie powyżej 9). Istnieje szczególny przypadek zastosowania alkaliów, zwykle nazywany procesem HERO (High Efficiency Reverse Osmosis System), który reguluje pH wody wlotowej do 9 lub 10. Podstawową odwróconą osmozę stosuje się do uzdatniania wody słonawej, która ma problemy z zanieczyszczeniami (takimi jak twardość , zasadowość, żelazo, mangan itp.) przy wysokim pH. Do obróbki wstępnej zwykle wykorzystuje się układ słabokwasowej żywicy kationowej i urządzenie odgazowujące w celu usunięcia tych zanieczyszczeń.
Aby spełnić wymagania dotyczące membran kompozytowych z poliamidu, zawartość wolnego chloru w wodzie wlotowej RO i NF musi zostać obniżona do wartości poniżej 0,05 ppm. Istnieją dwie metody obróbki wstępnej polegające na usuwaniu chloru: adsorpcja granulowanego węgla aktywnego i zastosowanie środków redukujących, takich jak siarczyn sodu.
W małych systemach (50-100gpm) zazwyczaj stosuje się filtry z węglem aktywnym, a koszt inwestycji jest bardziej rozsądny. Zaleca się stosowanie wysokiej jakości węgla aktywnego, który został wypłukany kwasem w celu usunięcia twardości i jonów metali, a zawartość drobnych cząstek powinna być bardzo niska, w przeciwnym razie spowoduje to zanieczyszczenie membrany.
Nowo zainstalowane wkłady filtra węglowego muszą zostać całkowicie przepłukane, aż do całkowitego usunięcia cząstek węgla, co zwykle zajmuje kilka godzin lub nawet dni. Nie można polegać na filtrach zabezpieczających o średnicy 5 μm, które chronią membranę odwróconej osmozy przed zanieczyszczeniem pyłem węglowym.
Wodorosiarczyn sodu (SBS) jest typowym środkiem redukującym wybieranym do większych jednostek RO. Stały pirosiarczyn sodu rozpuszcza się w wodzie w celu przygotowania roztworu. Czystość handlowego pirosiarczynu sodu wynosi 97,5-99%, a okres przechowywania w suchym miejscu wynosi 6 miesięcy.
Roztwór SBS jest niestabilny w powietrzu i będzie reagował z tlenem, dlatego zalecany okres użytkowania 2% roztworu to 3-7 dni, a żywotność mniej niż 10% roztworu to {{3} } dni. Teoretycznie 1,47 ppm SBS (lub 0,70 ppm pirosiarczynu sodu) może zredukować 1,0 ppm chloru.
Podczas projektowania brany jest pod uwagę współczynnik bezpieczeństwa przemysłowej instalacji wody słonawej, a ilość dodanego SBS wynosi 1,8-3.0ppm na każde 1,0ppm chloru. Króciec wtryskiwania SBS powinien znajdować się przed elementem membranowym, a odległość powinna być tak dobrana, aby czas reakcji przed wejściem do elementu membranowego wynosił 29 sekund. Zaleca się stosowanie odpowiedniego urządzenia mieszającego in-line (miksera statycznego).
Większość inhibitorów kamienia to specjalne organiczne polimery syntetyczne (takie jak kwas poliakrylowy, kwas karboksylowy, kwas polimaleinowy, fosforany metaloorganiczne, polifosfoniany, fosfoniany, polimery anionowe itp.), A masa cząsteczkowa tych polimerów mieści się w zakresie od 2000 do 10000 daltonów.
Należy zachować szczególną ostrożność stosując inhibitory kamienia poliakrylowego. Wysoka zawartość żelaza może powodować zanieczyszczenie membrany. Zanieczyszczenia te zwiększają ciśnienie robocze membrany. Aby skutecznie usunąć tego typu zanieczyszczenia, konieczne jest mycie kwasem.
Jeżeli w obróbce wstępnej stosowane są kationowe koagulanty lub pomoce filtracyjne, należy zwrócić szczególną uwagę na stosowanie anionowych inhibitorów kamienia. Wytworzy się lepka i lepka substancja zanieczyszczająca, która zwiększy ciśnienie robocze i będzie bardzo trudna do czyszczenia.
Heksametafosforan sodu (SHMP) jest powszechnym inhibitorem kamienia stosowanym na początku w odwróconej osmozie, ale wraz z pojawieniem się specjalnych inhibitorów kamienia dawkowanie zostało znacznie zmniejszone i istnieją pewne ograniczenia w stosowaniu SHMP. Roztwór należy przygotowywać co 2-3 dni, ponieważ pod wpływem powietrza ulegnie hydrolizie. Hydroliza nie tylko zmniejszy działanie zapobiegające osadzaniu się kamienia, ale także spowoduje możliwość powstawania kamienia fosforanowego.
Stosowanie SHMP może zmniejszyć osadzanie się węglanu wapnia, a LSI może osiągnąć {{0}},0. Antyskalanty utrudniają wzrost kryształów soli w wodzie zasilającej RO i koncentracie, umożliwiając w ten sposób trudno rozpuszczalnym solom przekroczenie rozpuszczalności nasyconej w koncentracie. Zamiast dodatku kwasu lub w połączeniu z dodatkiem kwasu można stosować antyskalanty. Istnieje wiele czynników wpływających na powstawanie kamienia mineralnego. Niższa temperatura zmniejszy rozpuszczalność minerałów tworzących kamień (z wyjątkiem węglanu wapnia, który w przeciwieństwie do większości substancji maleje wraz ze wzrostem temperatury), a wyższa TDS zwiększy rozpuszczalność soli trudno rozpuszczalnych (wynika to z tego, że wysoka siła jonowa zakłóca powstawanie kryształy zaszczepiające).
