Scaling and Antiscalants

Scaling betekent het afzetten van deeltjes op een membraan, waardoor deze verstopt raakt. Zonder enige manier om aanslag te remmen, zullen membranen van omgekeerde osmose (RO) en stroomdoorgangen binnen membraanelementen schalen als gevolg van precipitatie van slecht oplosbaar gas, zoals calcium carbonaat, calciumsulfaat, barium sulfaat en strontium sulfaat. De meeste natuurlijke wateren bevatten relatief hoge concentraties calcium-, sulfaat- en bicarbonaationen.

Bij ontziltingsbewerkingen van membranen bij hoge herstelverhoudingen, overschrijden de oplosbaarheidsgrenzen van gips en calciet de verzadigingsniveaus, wat leidt tot kristallisatie op membraanoppervlakken. De oppervlakteblokkering van de weegschaal resulteert in een afname van de permeaatflux, waardoor de efficiëntie van het proces afneemt en de bedrijfskosten toenemen.
De effecten van schaal op de permeatiesnelheid van RO-systemen worden geïllustreerd in de volgende afbeelding. Na een inductieperiode neemt de plantstroom snel af. De lengte van deze periode is afhankelijk van het soort kalkaanslag en de mate van oververzadiging van het slecht oplosbare zout.

Scaling vs. plant performance for RO systems

Zoals uit de grafiek blijkt, is de inductieperiode voor calciumcarbonaat veel korter dan die voor sulfaataanslag, zoals calciumsulfaat. Het heeft economisch de voorkeur om kalkaanslagvorming te voorkomen, zelfs als er effectieve reinigers voor kalkaanslag zijn. Weegschaal verstopt vaak de toevoergangen van RO-elementen, waardoor schoonmaken moeilijk en zeer tijdrovend is. Er bestaat ook het risico dat kalkaanslag het membraanoppervlak beschadigt.

Er zijn drie veelgebruikte methoden voor schaalcontrole:

verzuring
ion exchange verzachtend
antiscalant verslaving

Verzuring: zuurverslaving vernietigt carbonaationen en verwijdert een van de reactanten die nodig zijn voor calciumcarbonaatprecipitatie. Dit is zeer effectief om het neerslaan van calciumcarbonaat te voorkomen, maar niet effectief om andere soorten aanslag te voorkomen. Bijkomende nadelen zijn onder meer de corrosiviteit van het zuur, de kosten van tanks en bewakingsapparatuur en het feit dat zuur de pH van het RO-permeaat verlaagt.

Ion exchange softening: deze methode maakt gebruik van het natrium dat wordt uitgewisseld voor magnesium- en calciumionen die geconcentreerd zijn in het RO-voedingswater, volgens de chemische vergelijkingen:

Ca²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + CaZ₂
Mg²⁺ + 2NaZ => 2Na⁺ + MgZ₂

(NaZ vertegenwoordigt de natriumuitwisselingshars).
Als alle natriumionen zijn vervangen door calcium en magnesium, moet de hars worden geregenereerd met een pekeloplossing. Door het verzachten van ionenuitwisseling is een continue toevoer van zuur of antikalkmiddel overbodig.

Antiscalants: het zijn oppervlakteactieve materialen die neerslagreacties op drie primaire manieren verstoren:

    Drempelremming: het is het vermogen van een antisclant om oververzadigde oplossingen van in het voorjaar oplosbare zouten vast te houden.
    Kristalmodificatie: het is de eigenschap van een antiscalant om kristalvormen te vervormen, wat resulteert in een zachte niet-hechtende schaal. Wanneer zich een kristal begint te vormen op submicroscopisch niveau, vallen negatieve groepen op het antiscalant-molecuul de positieve ladingen op schaalkernen aan en onderbreken ze de elektronische balans die nodig is om de kristalgroei te verspreiden. Bij behandeling met kristalmodificatoren zien kalksteenkristallen er vervormd uit, over het algemeen meer ovaal van vorm en minder compact.
    Dispersie: dispergerend vermogen is het vermogen van sommige antiscalantia om op kristallen of colloïdale deeltjes te adsorberen en een hoge anionische lading te geven, waardoor de kristallen vaak gescheiden blijven. De hoge anionische lading scheidt ook deeltjes van vaste anionische ladingen die op het membraanoppervlak aanwezig zijn.

Drempelmechanisme

Verspreiding

In de afgelopen twee decennia zijn er op de markt nieuwe generaties antiscalants verschenen, waarbij de actieve ingrediënten meestal gepatenteerde mengsels zijn van polycarboxylaten en polyacrylaten met verschillende molecuulgewichten.

Er bestaan berekeningsprocedures om de waarschijnlijkheid van schaalvorming te voorspellen. Het gebruik van deze voorspellers is afhankelijk van een actuele wateranalyse en kennis van systeemontwerpparameters. De ionen in het voedingswaterconcentraat via het RO-systeem, het punt van maximale schaalpotentieel is de concentraatstroom. Het type antiscalant en de dosering zijn daarom gebaseerd op de minerale analyse op dit punt.
Het is belangrijk om de optimalisatie van de antiscalant-behandeling te vinden met betrekking tot het type en de dosering, het identificeren van het juiste antiscalant-middel om te gebruiken en de relatie tussen het type dosering en inductie voor het uitgebreide niveau van superverzadiging.

Lenntech kan u helpen bij de selectie van de beste antiscalant voor uw specifieke toepassing.

Economische analyse

Zuurtoevoeging is niet erg kosteneffectief vanwege de kosten van zuur, tanks en bewakingsapparatuur. Tenzij verwijderd door ontgassing, verhoogt overmaat kooldioxide in het permeaat van zuurgevoede systemen de kosten van regeneratie door ionenuitwisseling.
Antiscalants zijn relatief goedkope producten en hebben geen extra kosten.
In vergelijking met toevoeging van zuur of antiscalant, is het belangrijkste nadeel van ontharding de kosten die worden meegerekend in de apparatuurkosten. Door een analyse van de huidige waarde is er geen hardheidsniveau waarin ontharding economisch concurreert met de toevoeging van antiscalantia.
De volgende tabel geeft een kostenvergelijking tussen opties voor ontharding en ontkalkingsbehandeling voor verschillende hardheidsniveaus, op basis van een RO-systeem dat is ontworpen om 75 gpm (17 m3 / h) permeaat te produceren bij 75% terugwinning.

Economical comparison between softening and antiscalant addition