Pracovní princip dávkování v každé fázi provozu reverzní osmózy
Během procesu reverzní osmózy, kdy nerozpustná sůl překročí svůj limit nasycení, se vysráží z koncentrované vody, vytvoří vodní kámen na povrchu membrány, sníží tok RO membrány, zvýší provozní tlak a pokles tlaku a způsobí, že produkt kvalita vody se zhorší. Tento jev tvorby sedimentové vrstvy na povrchu membrány se nazývá zanášení membrány a výsledkem zanášení membrány je zhoršení výkonu systému.
Surovou vodu je nutné před vstupem do membránového systému reverzní osmózy předupravit, aby se odstranily nerozpuštěné pevné látky, rozpustné organické látky a přebytečné nerozpustné složky solí, které mohou způsobit znečištění membrány reverzní osmózy a snížit sklon k zanášení membrány. Účelem předúpravy přitékající vody je zlepšit kvalitu přitékající vody a zajistit spolehlivý provoz RO membrány.
Efekt předúpravy surové vody se projevuje v absolutním snížení hodnot ukazatelů kvality vody jako TSS, TOC, CHSK, BSK, LSI a znečišťujících látek jako je železo, mangan, hliník, křemík, baryum a stroncium.
Dalším důležitým ukazatelem kvality vody, který charakterizuje tendenci k zanášení membrány, je SDI. Kromě snížení výše uvedených ukazatelů na rozsah, který vyžaduje membránový systém s reverzní osmózou na vstupu vody prostřednictvím předúpravy, je také důležité co nejvíce snížit SDI. Ideální hodnota SDI (15 minut) by měla být menší než 3.
Pro zlepšení provozního výkonu systému reverzní osmózy lze do vstupní vody přidávat následující činidla: kyselina, alkálie, baktericid, inhibitor vodního kamene a dispergační činidlo.
Ke snížení pH lze do vstupní vody přidat kyselinu chlorovodíkovou a kyselinu sírovou. Kyselina sírová je levná, nekouří a nekoroduje okolní kovové součásti a membrána má vyšší rychlost odstraňování síranových iontů než chloridových iontů, takže kyselina sírová se používá častěji než kyselina chlorovodíková.
Průmyslová kyselina sírová bez dalších přísad je vhodná pro reverzní osmózu. Komerční kyselina sírová má dvě specifikace koncentrace 20 % a 93 %. 93% kyselina sírová se také nazývá 66 stupňů Baume kyselina sírová. Buďte opatrní při ředění 93% kyseliny sírové. Po zředění na 66% může teplo zvýšit teplotu roztoku na 138 stupňů. Kyselina se musí přidávat do vody pomalu za míchání, aby se zabránilo místnímu zahřívání a varu vodného roztoku.
Kyselina chlorovodíková se používá především tehdy, když je pravděpodobné usazování síranu vápenatého nebo síranu strontnatého. Použití kyseliny sírové zvyšuje koncentraci síranových iontů v napájecí vodě RO, což přímo vede ke zvýšené tendenci k usazování síranu vápenatého. Průmyslová kyselina chlorovodíková (bez přísad) se dá velmi snadno koupit a komerční kyselina chlorovodíková obecně obsahuje 30-37 %.
Primárním účelem snížení pH je snížit tendenci k usazování uhličitanu vápenatého v RO koncentrátu, to znamená snížit Langelierův index (LSI). LSI je nasycení uhličitanu vápenatého v brakické vodě s nízkou slaností, což ukazuje na potenciál pro tvorbu kotelního kamene nebo korozi uhličitanu vápenatého.
V chemii vody s reverzní osmózou je LSI důležitým ukazatelem pro určení, zda dojde k usazování uhličitanu vápenatého. Když je LSI negativní, voda bude korodovat kovové trubky, ale nebude se tvořit usazenina uhličitanu vápenatého.
Pokud je LSI pozitivní, voda není korozivní, ale dojde k usazování uhličitanu vápenatého. LSI je pH nasycení uhličitanem vápenatým mínus skutečné pH vody.
Rozpustnost uhličitanu vápenatého se snižuje se zvyšující se teplotou (takto se tvoří vodní kámen v kotlích) a se zvyšujícím se pH a koncentrací vápenatých iontů, tedy zásaditostí.
Hodnotu LSI lze snížit vstřikováním kyseliny (obvykle kyseliny sírové nebo kyseliny chlorovodíkové) do napájecí vody RO, tj. snížením pH. Doporučená hodnota LSI pro koncentrát RO je {{0}}.2 (udává koncentraci 0,2 jednotek pH pod saturační koncentrací uhličitanu vápenatého). Polymerní činidla proti usazování vodního kamene lze také použít k zabránění srážení uhličitanu vápenatého a někteří dodavatelé přípravků proti usazování vodního kamene tvrdí, že jejich produkty mohou dosáhnout LSI až +2,5 pro koncentrát RO (konzervativnější návrh je LSI {{6} }.8).
Alkálie se v primární RO používají zřídka a alkálie se vstřikují do napájecí vody RO pro zvýšení pH. Jediným běžně používaným alkalickým činidlem je hydroxid sodný, který lze snadno zakoupit a snadno rozpustný ve vodě. Hydroxid sodný průmyslové kvality bez dalších přísad může obecně vyhovět potřebám.
Komerční hydroxid sodný je dostupný ve 100% vločkách, 20% a 50% kapalinách. Když přidáváte alkálie ke zvýšení pH, uvědomte si, že zvýšení pH zvýší LSI a sníží rozpustnost uhličitanu vápenatého, železa a manganu.
Nejběžnější aplikací pro přidávání alkálie je dvoustupňový RO systém. Ve dvoustupňovém systému reverzní osmózy je primární produkt RO přiváděn do sekundárního RO jako surová voda. Sekundární reverzní osmóza „leští“ vodu primárního produktu reverzní osmózy a kvalita vody sekundárního produktu RO může dosáhnout 4 megaohmy.
Existují čtyři důvody pro přidání alkálie do sekundární napájecí vody RO:
A. Nad pH 8,2 se veškerý oxid uhličitý přemění na uhličitanové ionty, které lze odstranit reverzní osmózou. Oxid uhličitý sám o sobě je plyn a bude volně vstupovat do vody produktu RO s permeátem, což způsobí nepřiměřenou zátěž na následné leštění iontoměničového lože.
b. Některé složky TOC lze snadněji odstranit při vysokém pH.
C. Rozpustnost a rychlost odstraňování oxidu křemičitého jsou vyšší při vysokém pH (zejména nad 9).
d. Rychlost odstraňování boru je také vyšší při vysokém pH (zejména nad 9). Existuje speciální případ aplikace alkálií, obvykle nazývaný proces HERO (High Efficiency Reverse Osmosis System), který upravuje pH vstupní vody na 9 nebo 10. Primární reverzní osmóza se používá k úpravě brakické vody, která má problémy s kontaminací (jako je tvrdost , alkalita, železo, mangan atd.) při vysokém pH. Předúprava obvykle používá systém slabě kyselé kationtové pryskyřice a odplyňovací zařízení k odstranění těchto kontaminantů.
Volný chlór ve vstupní vodě RO a NF musí být snížen pod 0,05 ppm, aby byly splněny požadavky na polyamidovou kompozitní membránu. Existují dva způsoby předúpravy pro odstranění chlóru, adsorpce granulovaného aktivního uhlí a použití redukčních činidel, jako je siřičitan sodný.
V malých systémech (50-100gpm) se obecně používají filtry s aktivním uhlím a investiční náklady jsou rozumnější. Pro odstranění tvrdosti a kovových iontů se doporučuje používat vysoce kvalitní aktivní uhlí, které bylo promyto kyselinou a obsah jemných částic musí být velmi nízký, jinak dojde ke kontaminaci membrány.
Nově nainstalovaná uhlíková filtrační média musí být zcela propláchnuta, dokud nejsou uhlíkové částice zcela odstraněny, což obvykle trvá několik hodin nebo dokonce dní. Nelze spoléhat na 5μm bezpečnostní filtry, které ochrání membránu reverzní osmózy před kontaminací uhlíkovým prachem.
Bisulfit sodný (SBS) je typické redukční činidlo vybrané pro větší jednotky RO. Pevný disiřičitan sodný se rozpustí ve vodě a připraví se roztok. Čistota komerčního disiřičitanu sodného je 97.5-99 % a doba skladování v suchu je 6 měsíců.
Roztok SBS je na vzduchu nestabilní a bude reagovat s kyslíkem, takže doporučená životnost 2% roztoku je 3-7 dnů a životnost méně než 10% roztoku je {{3} } dnů. Teoreticky může 1,47 ppm SBS (nebo 0,70 ppm disiřičitanu sodného) snížit 1,0 ppm chlóru.
Bezpečnostní faktor průmyslového systému brakické vody se bere v úvahu při návrhu a množství přidaného SBS je nastaveno na 1.8-3.0ppm na každý 1.0ppm chlóru. Vstřikovací port SBS by měl být před membránovým prvkem a vzdálenost by měla být nastavena tak, aby byla zajištěna reakční doba 29 sekund před vstupem do membránového prvku. Doporučuje se použít vhodné in-line míchací zařízení (statický mixér).
Většina inhibitorů vodního kamene jsou některé speciální organické syntetické polymery (jako je kyselina polyakrylová, karboxylová kyselina, kyselina polymaleinová, organokovové fosfáty, polyfosfonáty, fosfonáty, aniontové polymery atd.) a molekulová hmotnost těchto polymerů se pohybuje od 2000 do 10000 Daltonů.
Buďte zvláště opatrní při použití inhibitorů vodního kamene na bázi kyseliny polyakrylové. Pokud je obsah železa vysoký, může způsobit znečištění membrány. Toto znečištění zvýší provozní tlak membrány. K účinnému odstranění tohoto typu znečištění je nutné mytí kyselinou.
Pokud se při předúpravě používají kationtové koagulanty nebo pomocné filtrační prostředky, je třeba věnovat zvláštní pozornost použití aniontových inhibitorů vodního kamene. Vznikne viskózní a lepkavé znečištění, které zvýší provozní tlak a velmi obtížně se čistí.
Hexametafosfát sodný (SHMP) je běžný inhibitor vodního kamene používaný při reverzní osmóze v prvních dnech, ale se vznikem speciálních inhibitorů vodního kamene bylo dávkování značně sníženo a existují určitá omezení pro použití SHMP. Roztok by měl být připravován každých 2-3 dní, protože na vzduchu hydrolyzuje. Hydrolýza nejen sníží účinek proti usazování vodního kamene, ale také způsobí možnost usazování fosforečnanu vápenatého.
Použití SHMP může snížit usazování uhličitanu vápenatého a LSI může dosáhnout {{0}},0. Antiscalants brání růstu krystalů soli v RO napájecí vodě a koncentrátu, čímž umožňují, aby málo rozpustné soli překročily nasycenou rozpustnost v koncentrátu. Místo přídavku kyseliny nebo ve spojení s přídavkem kyseliny lze použít prostředky proti usazování vodního kamene. Existuje mnoho faktorů, které ovlivňují tvorbu minerálního kamene. Nižší teplota sníží rozpustnost usazovacích minerálů (kromě uhličitanu vápenatého, který se na rozdíl od většiny látek s rostoucí teplotou snižuje) a vyšší TDS zvýší rozpustnost málo rozpustných solí (vysoká iontová síla totiž narušuje tvorbu zárodečné krystaly).
