Принцип роботи дозування на кожному етапі роботи зворотного осмосу
Під час процесу зворотного осмосу, коли нерозчинна сіль перевищує межу насичення, вона випадає в осад з концентрованої води, утворює накип на поверхні мембрани, зменшує потік RO мембрани, підвищує робочий тиск і падіння тиску, і спричиняє продукт погіршення якості води. Це явище утворення шару осаду на поверхні мембрани називається забрудненням мембрани, а результатом забруднення мембрани є погіршення продуктивності системи.
Необхідно попередньо обробити необроблену воду перед тим, як вона потрапить у систему зворотньоосмотичної мембрани, щоб видалити зважені тверді речовини, розчинні органічні речовини та надмірні нерозчинні сольові компоненти, які можуть спричинити забруднення зворотньоосмотичної мембрани та зменшити тенденцію до забруднення мембрани. Метою попередньої обробки вхідної води є покращення якості вхідної води та забезпечення надійної роботи RO мембрани.
Ефект попередньої обробки сирої води відображається в абсолютному зниженні показників якості води, таких як TSS, TOC, COD, BOD, LSI, і таких забруднюючих речовин, як залізо, марганець, алюміній, кремній, барій і стронцій.
Іншим важливим показником якості води, що характеризує схильність до забруднення мембрани, є SDI. На додаток до зниження вищевказаних показників до діапазону, необхідного для води на вході в систему мембрани зворотного осмосу шляхом попередньої обробки, також важливо максимально знизити SDI. Ідеальне значення SDI (15 хвилин) має бути менше 3.
Щоб покращити робочі характеристики системи зворотного осмосу, до вхідної води можна додавати такі агенти: кислоту, луг, бактерицид, інгібітор накипу та диспергатор.
Соляну кислоту та сірчану кислоту можна додавати до вхідної води для зниження pH. Сірчана кислота дешева, не димить і не роз’їдає навколишні металеві компоненти, а мембрана має більший рівень видалення іонів сульфату, ніж іонів хлориду, тому сірчану кислоту використовують частіше, ніж соляну.
Для зворотного осмосу підходить промислова сірчана кислота без інших добавок. Комерційна сірчана кислота має дві специфікації концентрації: 20% і 93%. 93% сірчана кислота також називається сірчаною кислотою 66 градусів Боме. Будьте обережні при розведенні 93% сірчаної кислоти. При розведенні до 66%, тепло може підняти температуру розчину до 138 градусів. Кислоту необхідно додавати у воду повільно при перемішуванні, щоб запобігти місцевому нагріванню та кипінню водного розчину.
Соляна кислота використовується в основному, коли ймовірне утворення накипу сульфату кальцію або сульфату стронцію. Використання сірчаної кислоти збільшує концентрацію сульфат-іонів у живильній воді RO, що безпосередньо призводить до збільшення тенденції до утворення накипу сульфату кальцію. Промислову соляну кислоту (без добавок) дуже легко придбати, а комерційна соляна кислота зазвичай містить 30-37%.
Основною метою зниження рН є зменшення тенденції до утворення накипу карбонату кальцію в концентраті RO, тобто зменшення індексу Ланжельє (LSI). LSI – це насиченість карбонату кальцію в солонуватій воді з низькою солоністю, що вказує на можливість утворення накипу або корозії карбонату кальцію.
У хімії води шляхом зворотного осмосу LSI є важливим індикатором для визначення того, чи відбудеться утворення накипу карбонату кальцію. Коли LSI негативний, вода роз’їдає металеві труби, але накип карбонату кальцію не утворюється.
Якщо LSI позитивний, вода не є корозійною, але відбудеться утворення накипу карбонату кальцію. LSI – це pH насичення карбонатом кальцію мінус фактичний pH води.
Розчинність карбонату кальцію зменшується з підвищенням температури (так утворюється накип у чайниках) і з підвищенням pH і концентрації іонів кальцію, тобто лужності.
Значення LSI можна знизити шляхом впорскування кислоти (зазвичай сірчаної кислоти або соляної кислоти) у воду для живлення RO, тобто зниження pH. Рекомендоване значення LSI для концентрату RO становить {{0}}.2 (що вказує на концентрацію на 0,2 одиниці pH нижче концентрації насичення карбонату кальцію). Полімерні засоби проти накипу також можна використовувати для запобігання осадженню карбонату кальцію, і деякі постачальники засобів проти накипу стверджують, що їхні продукти можуть досягати LSI до +2.5 для RO концентрату (більш консервативна конструкція — LSI {{6} }.8).
Луг рідко використовується в первинному RO, і луг вводять у живильну воду RO для підвищення pH. Єдиним лугом, який зазвичай використовується, є гідроксид натрію, який легко придбати та легко розчинний у воді. Гідроксид натрію промислового сорту без інших добавок може загалом задовольнити потреби.
Комерційний гідроксид натрію доступний у вигляді 100% пластівців, 20% і 50% рідин. Додаючи луг для підвищення рН, майте на увазі, що збільшення рН збільшить LSI і зменшить розчинність карбонату кальцію, заліза та марганцю.
Найбільш поширеним застосуванням для додавання лугу є двоступенева система RO. У двоступеневій системі зворотного осмосу первинна вода RO подається до вторинної RO як сира вода. Вторинний зворотний осмос «полірує» первинну воду, отриману шляхом зворотного осмосу, і якість води вторинного зворотного осмосу може досягати 4 МОм.
Є чотири причини для додавання лугу до вторинної живильної води RO:
a. При рН вище 8,2 весь вуглекислий газ перетворюється на карбонатні іони, які можна видалити шляхом зворотного осмосу. Вуглекислий газ сам по собі є газом і вільно потрапляє у воду продукту RO разом із пермеатом, спричиняючи надмірне навантаження на обробку полірування іонообмінного шару.
b. Деякі компоненти TOC легше видаляються при високому pH.
в. Розчинність і швидкість видалення кремнезему вищі при високому рН (особливо вище 9).
d. Швидкість видалення бору також вище при високому pH (особливо вище 9). Існує особливий випадок застосування лугу, який зазвичай називають процесом HERO (високоефективна система зворотного осмосу), який регулює рН води на вході до 9 або 10. Первинний зворотний осмос використовується для обробки солонуватої води, яка має проблеми із забрудненням (такі як жорсткість). , лужність, залізо, марганець тощо) при високому pH. Для попередньої обробки зазвичай використовується система слабких катіонних смол і дегазаційний пристрій для видалення цих забруднень.
Щоб відповідати вимогам поліамідної композитної мембрани, вміст вільного хлору у вхідній воді RO та NF має бути знижений до рівня нижче 0.05ppm. Існує два методи попередньої обробки для видалення хлору: адсорбція гранульованого активованого вугілля та використання відновників, таких як сульфіт натрію.
У невеликих системах (50-100 галлонів на хвилину) зазвичай використовуються фільтри з активованим вугіллям, і інвестиційні витрати є розумнішими. Рекомендується використовувати високоякісне активоване вугілля, яке було промито кислотою для видалення жорсткості та іонів металу, а вміст дрібних частинок має бути дуже низьким, інакше це призведе до забруднення мембрани.
Щойно встановлений вугільний фільтр необхідно повністю промити до повного видалення вугільних частинок, що зазвичай займає кілька годин або навіть днів. Не можна покладатися на фільтри безпеки 5 мкм для захисту мембрани зворотнього осмосу від забруднення вугільним пилом.
Бісульфіт натрію (SBS) є типовим відновником, який вибирають для великих установок RO. Для приготування розчину твердий метабісульфіт натрію розчиняють у воді. Чистота комерційного метабісульфіту натрію становить 97.5-99%, а термін зберігання в сухому стані становить 6 місяців.
Розчин SBS нестійкий на повітрі та вступає в реакцію з киснем, тому рекомендований термін служби 2% розчину становить 3-7 днів, а термін служби менш ніж 10% розчину становить {{3} } днів. Теоретично 1,47 ppm SBS (або 0,70 ppm метабісульфіту натрію) може зменшити вміст хлору на 1,0 ppm.
Коефіцієнт надійності промислової системи солонуватих водних ресурсів враховується під час проектування, а кількість доданого SBS становить 1.8-3.0ppm на кожну 1.0ppm хлору. Порт для ін’єкції SBS має бути вище мембранного елемента, а відстань має бути встановлена так, щоб забезпечити час реакції 29 секунд перед входом у мембранний елемент. Рекомендується використовувати відповідний вбудований перемішувач (статичний змішувач).
Більшість інгібіторів накипу є деякими спеціальними органічними синтетичними полімерами (такими як поліакрилова кислота, карбонова кислота, полімалеїнова кислота, металоорганічні фосфати, поліфосфонати, фосфонати, аніонні полімери тощо), і молекулярна маса цих полімерів коливається від 2000 до 10000 дальтон.
Будьте особливо обережні, використовуючи інгібітори накипу на основі поліакрилової кислоти. Коли вміст заліза високий, це може призвести до забруднення мембрани. Це забруднення збільшить робочий тиск мембрани. Для ефективного видалення цього типу забруднень потрібна кислотна промивка.
Якщо під час попередньої обробки використовуються катіонні коагулянти або допоміжні фільтри, особливу увагу слід приділити використанню аніонних інгібіторів накипу. Утворюватимуться в’язкі та липкі забруднення, які підвищуватимуть робочий тиск і дуже важко очистити.
Гексаметафосфат натрію (SHMP) є поширеним інгібітором накипу, який використовувався у зворотному осмосі на початку, але з появою спеціальних інгібіторів накипу дозування було значно зменшено, і існують деякі обмеження щодо використання SHMP. Розчин слід готувати кожні 2-3 днів, оскільки під дією повітря він гідролізується. Гідроліз не тільки зменшить ефект від накипу, але й спричинить можливість утворення накипу фосфату кальцію.
Використання SHMP може зменшити утворення накипу карбонату кальцію, а LSI може досягти {{0}}.0. Засоби проти накипу перешкоджають росту кристалів солі у воді і концентраті RO, таким чином дозволяючи важкорозчинним солям перевищувати насичену розчинність у концентраті. Антискаланти можна використовувати замість додавання кислоти або в поєднанні з додаванням кислоти. Існує багато факторів, які впливають на утворення мінерального накипу. Нижча температура зменшить розчинність мінералів, що утворюють накип (за винятком карбонату кальцію, який, на відміну від більшості речовин, зменшується з підвищенням температури), а більш висока TDS збільшить розчинність важкорозчинних солей (це тому, що висока іонна сила перешкоджає утворенню затравочні кристали).
