Waterchemie bij omgekeerde osmose: preventie van minerale afzettingen en membraanvervuiling

De bescherming van membranen voor omgekeerde osmose begint met inzicht in het voedingswater. Opgeloste zouten, zwevende deeltjes, micro-organismen en organische stoffen vereisen elk een andere aanpak bij de voorbehandeling.

Deze gids legt uit hoe de waterchemie en bedrijfsomstandigheden afzettingen en membraanvervuiling beïnvloeden, en beschrijft de belangrijkste preventiemethoden voor RO-systemen voor brak water en zeewater.

Op deze pagina

• Beoordeel het voedingswater en het terugwinningspercentage
• Voorkom minerale afzettingen
• Begrijp berekeningen van het afzettingsrisico
• Beheers silica-afzettingen
• Verwijder deeltjes, colloïden en metalen
• Beheers biologische vervuiling
• Beperk organische vervuiling
• Vergelijk voorbehandelingsopties

1. Beoordeel het voedingswater en het terugwinningspercentage

Bij de beoordeling van de voorbehandeling worden de waterbron, temperatuur, pH, alkaliniteit, opgeloste zouten, silica, ijzer en aluminium meegenomen, evenals zwevende stoffen, organische stoffen en microbiële activiteit. Het beoogde terugwinningspercentage bepaalt in hoeverre de tegengehouden bestanddelen zich concentreren.

Voor een eerste schatting, ervan uitgaande dat er nauwelijks zout door het membraan gaat en er geen neerslagvorming optreedt:

Deze vereenvoudigde schatting houdt geen rekening met concentratiepolarisatie: de concentraties aan het membraanoppervlak kunnen hoger zijn dan in het water als geheel. Bij het gedetailleerde ontwerp moet ook rekening worden gehouden met interacties tussen ionen, de prestaties van het membraan en de opbouw van de RO-trappen.

2. Voorkom minerale afzettingen

Afzettingen ontstaan wanneer slecht oplosbare zouten neerslaan en zich op het membraan afzetten. Mogelijke afzettingen zijn calciumcarbonaat, calciumsulfaat, bariumsulfaat, strontiumsulfaat en calciumfluoride. De geschikte preventiemethode hangt af van de aanwezige zouten en hun concentraties onder bedrijfsomstandigheden.

Zuurdosering

Een verlaging van de pH kan het risico op calciumcarbonaatafzettingen verminderen. Zuurdosering biedt niet dezelfde bescherming tegen sulfaatafzettingen. Zwavelzuur voegt bovendien sulfaat toe, wat het risico op neerslagvorming van calcium-, barium- of strontiumsulfaat kan verhogen.

Dosering van antiscalant

Antiscalants vertragen de vorming en groei van kristallen; sommige formuleringen dispergeren ook deeltjes. De productkeuze en dosering zijn afhankelijk van de volledige wateranalyse, het terugwinningspercentage, de temperatuur en de compatibiliteit met het membraan. Compatibiliteit met stroomopwaarts gebruikte coagulanten is bijzonder belangrijk: achtergebleven kationische polymeren kunnen reageren met anionische antiscalants en afzettingen vormen.

Ontharding

Kationenwisseling met een sterk zure hars kan hardheid en andere aanslagvormende kationen verwijderen. Kationenwisseling met een zwak zure hars zorgt voor gedeeltelijke ontharding in samenhang met de bicarbonaatalkaliniteit. Ontharding met kalk of kalk en soda biedt alternatieven op basis van neerslagvorming. Bij de keuze moet rekening worden gehouden met resthardheid, pH, regeneratie of slibverwerking en daaropvolgende filtratie.

Aanpassing van het terugwinningspercentage

Een lager terugwinningspercentage verlaagt de concentratie van tegengehouden zouten in het concentraat, maar vergroot de hoeveelheid afvoerwater. Het terugwinningspercentage moet in samenhang met de voorbehandeling worden gekozen en niet als een onafhankelijk bedrijfsdoel worden beschouwd.

3. Berekeningen van aanslagvorming begrijpen

Het risico op carbonaataanslag kan worden beoordeeld met de Langelier-verzadigingsindex (LSI), of met de Stiff-Davis-verzadigingsindex voor water met een hoger zoutgehalte. Een positieve index wijst op een thermodynamische neiging tot neerslag van calciumcarbonaat; de index beschrijft niet alle soorten aanslag.

Voor andere slecht oplosbare zouten wordt bij de beoordeling van aanslagvorming het ionenactiviteitsproduct vergeleken met het betreffende oplosbaarheidsproduct. Temperatuur, ionsterkte en chemische speciatie beïnvloeden het resultaat. Concentraties alleen zijn geen volwaardig alternatief voor een beoordeling op basis van activiteiten.

Ga bij de risicobeoordeling uit van de omstandigheden in het concentraat. De bedrijfsgrenzen voor antiscalants moeten worden gebaseerd op de berekeningen van de gekozen leverancier en de richtlijnen van de membraanfabrikant, niet op één universele verzadigingsgrens.

4. Silicaataanslag beheersen

De concentratie silica neemt toe naarmate het terugwinningspercentage stijgt. De oplosbaarheid hangt af van temperatuur en pH, terwijl ijzer en aluminium kunnen bijdragen aan moeilijk te verwijderen silicaatafzettingen.

Mogelijke beheersmaatregelen zijn een lager terugwinningspercentage, verwijdering van silica door geschikte voorbehandeling en, waar van toepassing, het gebruik van een compatibele formulering voor silicabeheersing. Elke aanpassing van de pH of temperatuur moet ook worden getoetst aan andere risico's op aanslagvorming en de bedrijfsgrenzen van het membraan.

Beoordeel opgeloste en colloïdale vormen afzonderlijk. Deeltjesfiltratie verwijdert geen opgeloste silica of opgeloste metalen.

5. Deeltjes, colloïden en metalen verwijderen

Zwevende stoffen en colloïden kunnen zich op membranen afzetten en de doorstroming beperken. Afhankelijk van de kwaliteit van het voedingswater kan de voorbehandeling bestaan uit coagulatie en flocculatie, klaring, filtratie over filtermedia, microfiltratie of ultrafiltratie.

IJzer en mangaan vereisen bijzondere aandacht, omdat oxidatie opgeloste vormen kan omzetten in onoplosbare deeltjes. Als oxidatie deel uitmaakt van de voorbehandeling, moeten de ontstane vaste stoffen vóór de RO-membranen worden verwijderd.

Patroonfiltratie vormt een laatste barrière tegen deeltjes, maar mag een ontoereikende voorafgaande behandeling niet compenseren. Controleer naast deeltjes uit het ruwe water ook op doorslag van coagulanten, flocculanten en metaalhydroxiden.

6. Biologische vervuiling beheersen

Micro-organismen die een RO-systeem bereiken, kunnen zich aan oppervlakken hechten en biofilms vormen. Een toenemend drukverschil en een afnemende genormaliseerde permeaatstroom kunnen op vervuiling wijzen, hoewel deze verschijnselen op zichzelf de oorzaak niet aantonen.

Een strategie voor biologische beheersing combineert geschikte voorbehandeling, microbiologische monitoring en beheersing van groei in tanks, leidingen en filters. Chlorering of UV-behandeling vóór de RO-installatie kan geschikt zijn, afhankelijk van de waterkwaliteit en de procesconfiguratie.

Als chloor wordt gebruikt vóór chloorgevoelige polyamidemembranen, moet het resterende oxidatiemiddel vóór de RO-trap worden beheerst. Actieve kool en natriumbisulfiet of natriummetabisulfiet zijn mogelijkheden voor dechlorering. Dosering, menging en monitoring van chemicaliën moeten voldoen aan de eisen van het gekozen membraan.

7. Organische vervuiling verminderen

Natuurlijk organisch materiaal, oliën, vetten en sommige polymeren kunnen aan membranen adsorberen en de permeaatstroom verminderen. De verwijdering ervan hangt af van hun vorm en samenstelling: coagulatie, actieve kool en ultrafiltratie kunnen verschillende organische fracties aanpakken.

Beoordeel organische verontreiniging in samenhang met de beoogde behandelingschemicaliën. Een proces dat deeltjes effectief verwijdert, kan nog steeds opgeloste organische stoffen doorlaten tot de RO-membranen.

8. Voorbehandelingsopties vergelijken

Bespreek uw eisen voor RO-voorbehandeling

Plant u een nieuwe installatie of beoordeelt u een bestaand systeem? Neem contact op met Lenntech om de voedingswaterkwaliteit, de terugwinning tijdens bedrijf en geschikte opties voor voorbehandeling te bespreken. Een wateranalyse en bedrijfsgegevens kunnen helpen om het gesprek concreet te maken.