V sistemih industrijske reverzne osmoze (RO) membranski elementi ne delujejo ločeno. Za vzdrževanje stabilne kakovosti napajalne vode, zmanjšanje tveganja umazanije in nastajanja vodnega kamna na membrani ter podaljšanje življenjske dobe membrane se RO sistemi pogosto zanašajo na vrsto kemikalij za obdelavo, vključno s koagulanti, biocidi, reducenti, sredstvi proti vodnemu kamnu in kemičnimi čistilnimi sredstvi.
Vsaka kemikalija služi določenemu namenu. Zahtevane kemikalije, njihove točke vbrizgavanja in odmerki so odvisni od kakovosti surove vode, postopka predobdelave in zasnove sistema RO. Kako torej določite, katere kemikalije potrebuje RO sistem?
Prvi korak je razumevanje glavnih vrst kemikalij za obdelavo RO in težav, za katere so namenjene reševanju:
| Vrsta kemikalije | Primarna funkcija | Tipična točka vbrizgavanja |
|---|---|---|
| Koagulanti | Odstranite koloide, suspendirane trdne snovi in nekaj organskih snovi | Pred filtracijo s peskom, ultrafiltracijo ali drugimi postopki ločevanja trdnega in tekočega |
| Sredstva za kosmiče | Izboljšajte tvorbo kosmičev, moč in zmogljivost usedanja | V fazi koagulacije in flokulacije |
| Biocidi | Nadzorujte bakterije, alge in druge mikroorganizme | Zajem surove vode ali stopnja predobdelave |
| Reducenti | Odstranite ostanke klora in drugih oksidativnih snovi | Pred RO membrano, običajno pred kartušnim filtrom |
| Antiskalanti | Zavira nastajanje mineralnega kamna na površinah RO membran | RO napajalna voda |
| Kisline in alkalije | Prilagodite pH in optimizirajte pogoje delovanja | RO napajalna voda ali druge določene stopnje obdelave |
| Kemikalije za čiščenje | Odstranite nečistoče in usedline s površin membrane | Med kemičnim čiščenjem |
1. Koagulanti in flokulanti
Industrijska napajalna voda pogosto vsebuje koloide in drobne suspendirane delce, ki ostanejo stabilni v vodi in jih ni mogoče učinkovito odstraniti samo z navadno sedimentacijo. Če ti onesnaževalci vstopijo v RO sistem, se lahko postopoma kopičijo na membranskih površinah, kar poveča padec tlaka na strani dovoda, zmanjša pretok permeata in pospeši obraščanje membrane.
Koagulanti destabilizirajo koloidne delce tako, da nevtralizirajo ali kako drugače spremenijo njihove površinske naboje, kar omogoči delcem, da se lažje združujejo. Ta začetni proces je znan kot koagulacija. Destabilizirani delci nato trčijo in se združijo v večje, bolj vidne agregate, imenovane kosmiči. Razvoj in rast teh kosmičev sta znana kot flokulacija. Ker se koagulacija in flokulacija med čiščenjem vode pogosto pojavljata skupaj, se celoten proces običajno imenuje koagulacija.
Običajni anorganski koagulanti, ki se uporabljajo pri čiščenju industrijske vode, vključujejo polialuminijev klorid (PAC), poliferi sulfat, železov sulfat, aluminijev sulfat in železov klorid.
Pred odmerjanjem se koagulant običajno razredči ali raztopi v vodi, da se pripravi kemična raztopina. Dozirna črpalka nato vbrizga raztopino v napajalni vod, pogosto pred statičnim mešalnikom. V nekaterih sistemih se lahko kemikalija vbrizga pred črpalko napajalne vode, kar omogoča, da rotor črpalke zagotavlja mešanje.
Običajni odmerek koagulanta je lahko v območju 3–5 mg/l, čeprav je dejanska zahteva odvisna od značilnosti napajalne vode in jo je treba določiti s testiranjem v kozarcu ali drugimi ustreznimi ocenami.
Kadar sam koagulant ne more proizvesti kosmičev z zadostno velikostjo, trdnostjo ali značilnostmi posedanja, bo morda potreben tudi flokulant. Sredstva za kosmičenje pomagajo izboljšati nastajanje in ločevanje kosmičev, zaradi česar je sedimentacija ali filtracija navzdol učinkovitejša.
Koagulantov in flokulantov se običajno ne sme vbrizgavati neposredno v RO membransko tlačno posodo. Na splošno se dodajajo pred ustrezno opremo za ločevanje trdnih in tekočih snovi, kot so peščeni filtri ali ultrafiltracijske enote. Ustrezno mešanje in nadaljnje ločevanje sta bistvenega pomena, ker lahko ostanki kemikalij in nepopolno odstranjeni kosmi sami prispevajo k umazaniji membrane.
2. Biocidi in reducenti
Industrijska krožna voda, površinska voda in nekateri drugi viri surove vode lahko vsebujejo bakterije, alge in druge mikroorganizme. Brez učinkovitega nadzora mikrobov se lahko ti organizmi razmnožujejo v opremi za predobdelavo in cevovodih ter sčasoma tvorijo biofilme na površinah RO membran.
Nekateri proizvajalci membran so razvili izdelke, odporne na obraščanje, ki pomagajo zmanjšati pritrditev mikrobov in nastanek biofilma. npr.YIME ponuja serijo membran FRzasnovan za izboljšanje odpornosti proti umazaniji membrane. Vendar pa membrane, odporne proti obraščanju, ne odpravijo potrebe po ustrezni predobdelavi, dezinfekciji in rednem vzdrževanju.
Oksidativni biocidi, kot je natrijev hipoklorit, se pogosto uporabljajo med predobdelavo za zmanjšanje mikrobne obremenitve v napajalni vodi. V nekaterih aplikacijah se lahko uporablja odmerek približno 3–5 mg/L, vendar je treba dejanski odmerek in čas stika določiti glede na kakovost vode in zahteve glede dezinfekcije.
Pri uporabi oksidativnih biocidov je pomembno upoštevati: veliko poliamidnih RO membran je občutljivih na prosti klor in druge močne oksidante. Tudi po dezinfekciji lahko ostanek prostega klora ostane v vodi.
Če klorirana voda vstopi v poliamidno RO membrano brez ustreznega dekloriranja, lahko dolgotrajna izpostavljenost oksidira material membrane in zmanjša njeno učinkovitost zavračanja soli. V hujših primerih je lahko škoda nepopravljiva.
Iz tega razloga RO sistemi, ki uporabljajo dezinfekcijo na osnovi klora, običajno zahtevajo korak dekloriranja, preden voda doseže membrano. Natrijev bisulfit ali natrijev metabisulfit se običajno uporablja kot redukcijsko sredstvo za nevtralizacijo preostalega klora.
Reducirno sredstvo je treba vbrizgati na ustrezno točko pred RO membrano z zadostnim časom mešanja in stika. Pogosto se dozira pred kartušnim filtrom, čeprav je natančna razporeditev odvisna od zasnove sistema. Preostali klor je treba spremljati, da se preveri, ali je dekloriranje učinkovito.
Ključno načelo je, da se oksidativne biocide lahko uporablja za nadzor mikrobov med predobdelavo, vendar je treba ostanke oksidantov odstraniti, preden dosežejo na klor občutljive RO membrane.
3. Antiskalanti
Sredstva proti vodnemu kamnu so med najpomembnejšimi kemikalijami v mnogih industrijskih RO sistemih, vendar je njihova vloga včasih napačno razumljena.
Ker RO membrane zavračajo velik delež raztopljenih soli, se morda zdi, da bi morale preprečiti nastajanje vodnega kamna. V praksi se lahko zgodi nasprotno: zavržene soli se kopičijo v toku koncentrata, ko voda prehaja skozi membrano.
Upoštevajte kalcij, bikarbonat, sulfat, barij, stroncij in silicijev dioksid v napajalni vodi. Te snovi lahko ostanejo raztopljene v prvotnih pogojih napajalne vode. Ker pa sistem povratne oskrbe pridobi več vode, postane preostali koncentrat vedno bolj koncentriran.
Ko koncentracija raztopljene snovi preseže ustrezno mejo topnosti ali če raztopina postane dovolj prenasičena, se lahko na površini membrane tvorijo mineralne usedline. Pogosti primeri vključujejo kalcijev karbonat, kalcijev sulfat, barijev sulfat in usedline na osnovi silicijevega dioksida.
Dva pogosta pristopa k nadzoru anorganskega kamna sta mehčanje z ionsko izmenjavo in doziranje proti skalantu.
Mehčanje z ionsko izmenjavo odstrani ione trdote, zlasti kalcij in magnezij, in je lahko učinkovito pri nadzoru s trdoto povezanih lusk. Vendar pa ne odstrani vseh morebitnih snovi, ki tvorijo vodni kamen, kot sta sulfat ali silicijev dioksid. Mehčanje zahteva tudi sol za regeneracijo in proizvaja tok odpadkov regeneracije. Pogosto se uporablja v majhnih in srednje velikih sistemih ali kjer je posebej potrebna odstranitev trdote.
Sredstva proti vodnemu kamnu se pogosto uporabljajo v večjih RO sistemih, ker lahko nadzirajo več vrst mineralnih oblog, ne da bi zahtevali popolno odstranitev ionov, ki tvorijo vodni kamen. Njihova primernost je odvisna od kemije napajalne vode in ciljne stopnje izkoristka.
Antiskalanti delujejo tako, da motijo nukleacijo kristalov, rast kristalov in odlaganje mineralnih soli. Nekatere formulacije zagotavljajo tudi razpršilni učinek, ki pomaga zadržati določene delce v vodi in zmanjša njihovo nagnjenost k kopičenju na površinah membrane.
S pravilno izbranim sredstvom proti nabiranju vodnega kamna in ustrezno strategijo odmerjanja lahko RO sistem deluje z višjo stopnjo okrevanja v okviru projektnih meja, hkrati pa zmanjša tveganje anorganskega nastajanja vodnega kamna.
Odmerki sredstva proti nabiranju kamnov so na splošno v območju mg/l, vendar se zahtevana koncentracija spreminja glede na sestavo napajalne vode, konfiguracijo membrane, delovni tlak, temperaturo in stopnjo obnovitve. Za določitev ustrezne kemikalije in odmerka je treba uporabiti analizo vode in projekcijo skaliranja.
Več antiskalanta ne pomeni nujno boljšega nadzora vodnega kamna. Nezadostno odmerjanje morda ne bo uspelo nadzorovati padavin, medtem ko lahko prekomerno odmerjanje poveča obratovalne stroške in, odvisno od formulacije in kemije vode, prispeva k organskemu obraščanju ali drugim težavam združljivosti.
Ravnanje s kemikalijami ima tudi okoljsko razsežnost. Sredstva proti vodnemu kamnu, kisline, alkalije, površinsko aktivne snovi in druga čistilna sredstva lahko vplivajo na kakovost odpadne vode, če se izpustijo brez ustrezne obdelave. Natančno odmerjanje, redni pregledi učinkovitosti in pravilno upravljanje tokov čiščenja in koncentrata lahko pomagajo zmanjšati porabo kemikalij in vpliv na okolje.
4. Kisline in alkalije za uravnavanje pH
Prilagoditev pH je še en pomemben ukrep kemičnega nadzora v nekaterih RO sistemih. Odvisno od kemije napajalne vode in ciljev čiščenja se lahko uporabijo kisline ali alkalije za optimizacijo delovnih pogojev in nadzor posebnih težav s kakovostjo vode.
V nekaterih enoprehodnih RO sistemih je dodana kislina za znižanje pH napajalne vode. To spremeni karbonatno ravnovesje v vodi, premakne bikarbonat proti raztopljenemu ogljikovemu dioksidu in zmanjša koncentracijo karbonata, ki je na voljo za tvorbo kalcijevega karbonatnega kamna. Posledično se lahko zmanjša tveganje za nastanek vodnega kamna kalcijevega karbonata.
Vendar odmerjanje kisline ne odpravi vseh vrst tveganja za nastanek vodnega kamna. Sulfatne soli in kremen na primer zahtevajo ločeno oceno. Končni odmerek kisline je zato treba določiti iz celotne analize napajalne vode in projekcije skaliranja.
Alkalije, kot je natrijev hidroksid, se lahko uporabijo, kadar je potrebno zvišanje pH. Ena od ustreznih aplikacij je napajalna voda, ki vstopa v sistem RO drugega prehoda.
RO membrane učinkovito zavračajo raztopljene ione, vendar mnoge RO membrane slabo zavračajo raztopljeni ogljikov dioksid, ker obstaja predvsem kot nevtralna, nenabita molekula v tipičnih pogojih napajalne vode. Posledično lahko ogljikov dioksid preide v permeat iz prvega prehoda RO in prispeva k povečani prevodnosti v napajalni vodi drugega prehoda in proizvodni vodi.
Zvišanje pH lahko pretvori raztopljeni ogljikov dioksid v bikarbonatne in karbonatne ione, ki jih membrana lažje zavrne. V pravilno zasnovanem sistemu lahko doziranje alkalij pred RO enoto drugega prehoda izboljša odstranjevanje z ogljikovim dioksidom povezanih vrst in pomaga zmanjšati vodno prevodnost končnega izdelka.
Učinkovitost tega pristopa je odvisna od kemije vode, ciljnega pH, značilnosti membrane in konfiguracije sistema. Kjer je potrebna zelo nizka prevodnost, se lahko razmisli tudi o dodatni obdelavi, kot je razplinjevanje ali polirnik z mešano plastjo ionske izmenjave.
